▲台積電董事長劉德音。（圖／記者高兆麟攝）
記者高兆麟／台北報導
晶圓代工龍頭台積電（2330）董事長劉德音今日出席SEMICON Taiwan 2023大師論壇，並進行專題演講，劉德音表示，半導體現在已經超越了 2D 微縮，進入到 3D 系統整合，更表示在十年內，多晶片GPU預估將由超過 1 兆個電晶體組成，最後也強調，半導體開發過去50年就像走在隧道中，但現在到達隧道出口，雖然開發會更難，但會有更多可能性。
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劉德音首先回顧90年代後期，由 IBM 開發的深藍(Deep Blue)超級電腦擊敗了世界西洋棋冠軍，展現了超級電腦技術的突破性發展，讓人們首次看到「高效能運算」有朝一日超越人類智慧的可能性。 接下來10年，AI應用於許多實際任務，例如臉部辨識、語言翻譯、電影和商品推薦。接下來的10年，AI將進步到另一個層次，能夠「匯整合成知識」。生成式AI可以創作詩詞及藝術品、診斷疾病、 撰寫報告和電腦代碼，甚至可以設計出與人類打造的積體電路相媲美的相似產品。AI 為人類的生活和工作帶來重大改變，也為半導體產業帶來龐大的商機。
劉德音指出，AI應用的突破性發展來自三個因素。首先是高效深度學習演算法的創新，其次是透過網路取得的大量訓練資料，第三是半導體技術的發展提升了節能運算的能力。
AI發展過程中的幾個重要里程碑是由當時領先的半導體技術實現的。例如，深藍超級電腦採用0.13微米技術，深度神經網路的初始圖像辨識採用45奈米技術，著名的AlphaGo採用28奈米技術，最初用於訓練的ChatGPT伺服器採用5奈米技術，最近的ChatGPT則是由採用台積電4奈米技術生產的伺服器提供支援。在過去的 5 年，AI 訓練所需的運算能力和記憶體容量增加了好幾個數量級。
劉德音說，自從積體電路發明以來，半導體技術一直在進行尺寸微縮，試圖將更多的半導體元件置入指甲般大小的晶片中。現今，整合技術已往上提升了一個層次，將許多晶片整合到一個緊密且大規模互連的系統中。現在已經超越了 2D 微縮，進入到 3D 系統整合。
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藉由台積電CoWoS或SoIC技術，系統整合晶片中的總元件數量遠大於一 個單晶片容納的數量。AI訓練使用的GPU晶片已經達到了光罩曝光面積限制，其電晶體數量約為1000億個。電晶體數量增加趨勢的延續需要由多個與2.5D或3D整合互連的晶片來執行運算。
十年內，多晶片GPU預估將由超過 1 兆個電晶體組成。透過互連間距的微縮， 將有足夠的空間容納更多比目前更大的SoIC互連數量。將互連密度進一步提高一個數量級或甚至更高並沒有基本限制。
劉德音也解釋，這些創新的硬體技術是如何對系統的效能做出貢獻，針對伺服器 GPU 的能源效率(EEP)趨勢，劉德音說，在過去的 15 年中，半導體產業約每兩年將能源效率提高了三次，此趨勢必將延續下去，也會受到許多創新的驅動，包括新材料、元件和整合技術、極紫外光(EUV)和設計技術協同優化(DTCO)的進步、電路設計和系統架構設計。特別的是，CoWoS和SoIC的發展將協助提高能源效率。此外，系統技術協同優化(STCO)等概念將變得越來越重要。
劉德音也提到，在現今3DIC的領域，設計的部分包括 VLSI 設計、系統架構設計和軟體/硬體優化設計。製程技術的部分包括晶片微縮技術、3DIC 技術和先進封裝技術。同樣的，人們需要一種描述語言來定義所述技術，並將其轉換為 EDA 技術檔，以便設計人員設計 3DIC 系統。 這正是最近台積電推出 3D Blox的目的，它使用通用的解釋標準來描述各種 3DIC 技術。設計人員可以自由地進行 3DIC 系統設計， 而無須理會基本的 3DIC 技術。3D Blox 已被現今大多數科技公司和 EDA 公司所接受。
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劉德音說，在人工智慧時代，半導體技術是新 AI 能力和應用的關鍵推動力。新的半導體產品不再受限於晶片尺寸及新世代電晶體微縮。整合式 AI 系統涵蓋數量最大化的節能電晶體、專為運算工作負載設計的高效系統架構、以及軟體和硬體優化。
劉德音在演講最後也指出，在過去的 50 年，半導體技術的發展就像走在隧道裡一樣，前方有明確的道路， 每個人都知道做什麼，就是縮小電晶體。 如今，人們已經抵達隧道的出口。半導體技術的開發日趨艱難，然而，在隧道之外，未來充滿更多可能性，人們將不再受隧道的束縛。