臺積電霸主背後的隱憂:存儲技術缺席,而一支上海復旦幫正暗地助力

臺積電的技術寶劍是越磨越利，在 7nm 製程攀上高峰後，5nm 即將全球首發，一次次漂亮出擊成功讓全球霸主地位更加穩固，還稱不上獨孤求敗境界，因為死敵三星耍盡各種花招追趕，英特爾更要在 5nm 奪回全球半導體霸主之位。

無論是三星在邏輯製程上的死纏爛打，或是英特爾失誤「讓賢」寶座後的發奮直追，臺積電心中都有定見與盤算。

唯獨讓臺積電束手無策，且是未來技術前景最大隱憂，是存儲技術的全然缺席，而這一點卻是勁敵三星手中握有的最大籌碼。

異質整合技術趨勢崛起

或許你會問，臺積電已經稱霸全球邏輯製程領域，與存儲技術之間是井水不犯河水，為什麼存儲技術上的缺席，會是臺積電霸主之位的最大挑戰？

因為半導體技術未來的趨勢，走向邏輯與存儲的異質整合(heterogeneousintegration)技術，要有能力同時整合邏輯和存儲兩個技術，才能掌握主流半導體產業的成長腳步。

業界一直以來遵循的處理器和存儲晶片分離的馮紐曼計算架構，到了人工智慧晶片時代，逐漸凸顯不合時宜的一面。因此，如何讓邏輯與存儲技術雙劍合璧，成為半導體江湖上，人人想練就的「蓋世神功」。

臺積電與海力士、美光合作無火花

以臺積電在全球半導體領域的地位，誰會不想和臺積電在生意上沾上邊，尋求合作機會。但是，這樣的邏輯到了存儲世界，似乎有點「碰壁」。

過去十年期間，臺積電先後與SK海力士、美光針對異質型 3D IC 晶片，彼此進行技術跨界合作，採 TSV 技術整合邏輯和 DRAM 技術，開發測試晶片。

這樣的跨界是合理的，因為臺積電在晶圓代工市佔率達到 50％，邏輯技術與產能是稱霸全球，但在下一世代的異質型整合技術上，缺少的 DRAM 技術被視為最大短板。

放眼全球 DRAM 領域供應商只有三家：三星、SK海力士、美光。

三星和臺積電在晶圓代工市場是捉對廝殺，自然不可能合作，因此臺積電找上SK海力士、美光合作開發技術，是再自然不過的事。

只是，臺積電與SK海力士、美光的進度開發進度在 2013 年、2014 年低調曝光後，就沒有進一步的發展傳出。

業界認為，過去合作廠商與臺積電合作，都是把臺積電視為座上賓，但SK海力士、美光在存儲領域都各自是一方之霸，邏輯、存儲之間有條難跨越的鴻溝，彼此之間的合作可能是「點到為止」。

復旦幫助力，臺積電跨越技術圍籬

在人工智慧時代逼近下，加速了邏輯和存儲整合型技術的需求。然而放眼全球，擁有存儲技術的公司實在不多，邏輯霸主臺積電也是急了。

近期，臺積電在存儲技術上，找到一個突破口，背後有上海復旦幫的助力。

根據問芯Voice了解，臺積電以自己的邏輯工藝，與力晶的 DRAM 存儲晶片，加上 IP 供應商愛普的特殊 IP 技術的設計，可望做出全球第一顆以堆疊式技術開發而成的邏輯與存儲晶片，中間不需要 IO，傳輸速度大幅增加。

這樣技術的關鍵，在於愛普提供的IP技術，可以透過特殊的客制化設計，將 DRAM 晶片和邏輯晶片的介面設計吻合，順利整合在一起，實現存算一體 Computing in Memory 技術概念。

在人工智慧架構中，存儲晶片是採用高帶寬存儲HBM（High Bandwidth Memory），目前已發展至第二代 HBM2，專為下一代超級電腦、人工智慧、繪圖系統所設計，號稱能提供最高等級的 DRAM 性能，以及極快速的資料傳輸速率。但這樣做法下，人工智慧中用的 HBM 存儲晶片，與運算功能還是分開的。

臺積電與力晶、愛普的概念，是以異構集成的方式，把存儲和運算封裝再一起，其實概念與 HBM 非常類似，應用領域也是雷同，而優勢是把存儲帶寬在 HBM 基礎上提高 100 甚至 1000 倍，意思是，存儲和邏輯之間的帶寬幾乎是無限的增加。

問芯Voice了解到，臺積電、力晶、愛普進行技術合作開發的堆疊式邏輯與存儲晶片技術，是採用臺積電 16 nm 和 7 nm 工藝技術，臺積電也將這項技術展示給現有的客戶聯發科、Nvidia，作為一種現行技術的替代方案，至於後續這些大廠是否會採用，還有很多評估的面向。

這樣的概念應用和客戶類型，包括有人工智慧、網絡、手機等，更可以應用到 5G 概念上。

臺積電與力晶雙方各自提供邏輯和存儲晶片，促成這樣的技術合作，在這中間，愛普提供的 IP 扮演關鍵角色。

愛普執行長陳文良是在 1988 年上海復旦大學畢業，之後獲得美國耶魯大學應用物理博士。

他畢業後進入美國英特爾的微處理器設計部門，之後再進入 Cyprss 擔任存儲技術開發部門，曾任 Cypress 的特殊 DRAM 產品工程高管，因此對於存儲和邏輯技術都非常熟悉。

臺積電執行長魏哲家也是美國耶魯大學電機工程博士，陳文良是魏哲家在耶魯大學期間的學弟，雙方交情不錯，也讓這次的技術合作更為順利。

在這樣的合作架構下，愛普的 IP 會運用在幾個部分，包括 DRAM 晶片，以及存儲和邏輯晶片連結的 IP 設計技術上。

向學術界借將，臺積電補存儲短板

臺積電在存儲領域倒也不是一籌莫展，從近幾年的幾個策略上，可以看得出來公司積極要補上此短板。

首先，臺積電在 2018 年首次任用存儲領域的專家，同時也是史坦福電機工程系終生教職的黃漢森，接替原本是技術長職務的孫元成，出任技術研究組織主管。業界認為，這是臺積電在補足存儲技術上的短板。

眾所皆知，嵌入式存儲技術是邏輯工藝中非常重要的環節。一直以來邏輯工藝都是採用 eFlash 嵌入式技術，但是其速度太慢、佔晶片面積過大等缺點，讓 eFlash 嵌入式技術在 20 nm 以下逐漸遇到瓶頸。

其實這個問題從 28 nm 開始，幾乎每一家邏輯技術大廠都提出來討論過，因此陸續以 eMRAM 等新型態存儲技術做取代。

臺積電近幾年在新型態的嵌入式存儲技術上有所突破，成功進入 40 nm 的嵌入式 RRAM，以及 22 nm 的嵌入式 MRAM。

黃漢森擅長的技術領域正是新型態存儲技術的研發，臺積電借重他在該領域的長才，來持續強化深度，這番布局有其邏輯。

臺積電雖然在嵌入式存儲技術上有突破，但嵌入式技術和獨立 stand alone 存儲晶片是兩回事。因此，臺積電在存儲領域上亟欲尋求突破點。

事實上，NAND Flash 大廠東芝（現為鎧俠）在 2017 年舉行公開競標時，臺積電內部即評估過收購東芝的可行性，但最後沒有出手參與是認為綜效太低，臺積電認為和東芝之間技術的互補性太少。對於臺積電而言，對於 DRAM 技術的需求性，將會遠高於 NAND Flash。

在這樣的背景下，三星在邏輯與存儲的雙棲地位，對於臺積電而言絕對是巨大威脅，至於英特爾的狀況也很有趣。

英特爾 1968 年成立時，是作 SRAM 存儲起家，大概是在 1980 年代從 DRAM 領域退出，專心做處理器晶片，成為當今全球科技業的霸主。

後來英特爾也重新投入存儲技術的開發，包括和美光合作 NAND flash 技術，開發PCM 技術如 3D XPoint。

只是誰也沒想到，走在總是看似終點，卻又柳暗花明又一村的摩爾定律這條路上，經歷了超過 50 年的時間，如今與英特爾在同一個量級賽道的是晶圓代工起家的臺積電，以及存儲技術起家的三星。

未來全球半導體霸主之爭，彼此的較量賽是非常精彩，英特爾解開 10 nm 製程卡關的狀況急起直追，要取回龍頭寶座; 臺積電在邏輯製程領域，技術不斷領先，以實力問鼎全球; 三星手握邏輯和存儲兩大技術利器，是未來的最大優勢。

在異質型整合技術的趨勢潮流下，未來可能會看到更多跨界合作出現，這也反應在全球高端技術的賽道上，每一家大廠擁有的優勢和資源各異，彼此更是如履薄冰地前進著。

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