經濟部發表MOSAIC 3D AI晶片斬獲R&D100大獎 展示「聽聲辨別」AI晶圓研磨機 提升5倍效率

半導體年度盛事「2024 SEMICON TAIWAN」今（4）日盛大展開，「經濟部產業技術司主題館」一口氣展示45項前瞻技術，其中，全球首款專為生成式AI應用所設計的MOSAIC 3D AI晶片（Memory-cube Operability in a Stacked AI Chip；MOSAIC），不僅拿下2024 R&D100大獎，更劍指市場一片難求的高頻寬記憶體（High Bandwidth Memory；HBM），提供AI產業更高效能、高彈性、高性價比的替代方案。另外，現場也展示內嵌超音波的AI智能晶圓研磨加工系統，大幅提升製程良率與效率，有助於我國半導體供應鏈自主化程度提升。

經濟部產業技術司司長邱求慧表示，根據Fortune Business Insights預估，生成式AI市場規模，將從2024年的670億美元，增長到2032年的9,676億美元，年均複合成長率高達39.6%，經濟部產業技術司積極投入AI人工智慧、HPC半導體、化合物半導體等前瞻技術研發，截至目前已投入超過300億元在相關領域，尤其著重在提升我國半導體供應鏈自主化，此次榮獲2024 R&D100大獎的MOSAIC 3D AI晶片技術，不僅能顯著提升AI模型的運算效能，還能在成本和能耗方面提供更具競爭力的解決方案，為我國在全球AI產業競賽中奠定了堅實基礎。

力積電副總經理暨技術長張守仁表示，目前HBM記憶體雖是目前AI應用的首選，但伴隨AI推動科技應用革命的浪潮，許多科技業者也正積極尋求替代方案。以期能針對這些應用於耗能、散熱及單價等層面提供最佳解決方案。此次攜手工研院打造的MOSAIC 3D AI晶片，採用晶圓級記憶體+邏輯堆疊方案，大幅縮短記憶體與運算核心間的傳輸距離，顯著提升資料傳輸頻寬，帶來高性能、低成本、可擴展、客製化等優勢，尤其共同打造的全球領先3D晶片堆疊一站式(Total Solution)服務，獲得國際晶片大廠青睐。

穩晟材料董事長朱閔聖表示，工研院首創AI智能晶圓研磨加工系統，可透過AI聲頻感測器分析，對晶圓加工過程的訊號進行判讀，即時分析研磨砂輪的填塞及鈍化狀態，並搭配內嵌智慧高頻致震輔助研磨主軸，將晶圓研磨中的碎屑震出，讓研磨刀具保持鋒利，不需像過去頻繁停機更換耗材，讓整體晶圓加工效率提升3～5倍，且可降低耗材使用率。目前穩晟材料已導入該系統，並試量產研磨6吋與8吋碳化矽晶圓，預期可提升國內半導體關鍵設備自製率，同時成為推動碳化矽應用產業的強勁助力。

工研院電子與光電系統研究所所長張世杰提到，AI人工智慧將改變人們生活方式，更引領未來產業轉型與經濟發展，尤其是生成式AI的出現，推動雲端運算發展到邊緣運算，也加速消費性電子、智慧家庭等應用快速變化。面對全球對AI需求激增，工研院積極投入半導體前瞻技術研發，推動晶片設計與製造技術革新的同時，也滿足市場需求，以確保我國在這場科技競賽中保持領先地位。

2024 SEMICON TAIWAN「經濟部產業技術司主題館」亮點技術

1.MOSAIC 3D AI晶片

生成式AI已是大勢所趨，隨著AI處理器性能的提升，對於提供高算力和大頻寬的高速記憶體需求也越來越迫切。目前關鍵記憶體存取技術就是高頻寬記憶體（High Bandwidth Memory；HBM），但因製作工序複雜且價格高貴，僅限用於高階伺服器產品。工研院與力積電（PSMC）合作研發全球首款將邏輯運算和記憶體整合在一起，設計出可彈性延伸的3D堆疊技術「MOSAIC 3D AI 晶片」，使晶片間的傳輸距離從微米(um)大幅縮短至奈米(nm)，產生的熱能也僅1/10，成本也僅1/5。此技術具有模組化、多層次、易於擴展的優勢，可滿足各類型AI產品的應用需求，從攜帶式終端、邊緣運算裝置到HPC伺服器，實現GAI無所不在的願景。

2.AI智能晶圓研磨加工系統

碳化矽（SiC）是高功率車用電子裝置的關鍵材料，但其硬脆特性增加了加工難度，影響生產效率和成本。為解決此一挑戰，工研院研發AI智能晶圓研磨加工系統，並串聯國內設備廠創技工業、主軸廠釸達精密及SiC長晶廠穩晟材料合作驗證。該系統能即時分析研磨砂輪的填塞及鈍化狀態，並搭配智慧超音波主軸震出研磨碎屑，保持研磨刀具的切削力，避免頻繁停機更換耗材。經驗證，此技術可將碳化矽的加工效率提升3至5倍，顯著降低耗材成本。這一創新技術的推廣，將大幅提升國內SiC加工設備的研發實力和全球競爭力，並推動碳化矽在車用電子市場中的應用。

3.車載化合物半導體

隨著電動車朝向800V電池電壓系統發展，高電壓、高電流的電力需求已為全球顯學，工研院鎖定電動車核心之馬達驅動、車載充電及充電樁系統應用，開發完整且高轉換效率「車載碳化矽技術解決方案」。此方案具備三大關鍵核心特色：一、兼具高耐壓與低損耗的1.7kV碳化矽元件；二、最適化功率模組封裝設計，且完成車規可靠度測試；三、打造從22kW車載充電、400V/700V充電樁至800V/250kW馬達驅動變頻器系統及驗證平台。目前已導入逾五家本土元件製造、模組封裝及系統業者，帶動我國碳化矽功率半導體產業發展碳化矽元件、模組封裝、測試及系統產品，快速接軌國際市場趨勢，打入歐美日汽車產業關鍵客戶，實現經濟與環境效益雙贏。

4.AI伺服器高階晶片散熱方案

隨著AI運算需求的增加，目前高階AI晶片發熱量已達1000W，然而傳統氣冷模組的750W散熱能力已達上限，未來AI伺服器晶片散熱將以液冷技術為主。在經濟部技術司的補助下，工研院從晶片均溫蓋板（Vapor Chamber Lid；VC Lid）著手，開發出應用於浸沒冷卻的均熱板蒸發器（VC Boiler）元件貼附於晶片之上，利用高均溫性與外表面微結構，加速沸騰蒸氣泡生成，並達成更高效能的晶片熱量移除效果。此外，針對浸沒式冷卻技術，工研院攜手其陽科技、一詮精密、哈伯精密與超淨精密等設備廠商，並採用AMD解決方案，成功進行產業上中下游的串連合作，藉此協助國內產業搶攻千億產值的AI伺服器散熱市場。

5.單站多功能精密元件檢測系統

半導體精密元件檢測以多站檢測模式為主，不僅耗時及設備成本高，且無法滿足先進封裝層疊結構共視野分析的檢測需求。本系統的一站式完整解決方案，提供單站2D顯微/3D干涉的多參數檢測模式，可共視野檢測晶圓及元件的關鍵尺寸、缺陷、高度及粗度參數。多站合一的導入將減少50%檢測時間，解決多站重複傳輸重新對位問題，亦降低40%的設備成本。本技術可直接應用於形貌關鍵尺寸、疊層偏移等場域監控，滿足先進封裝元件複雜度日益增加的檢測需求。

6.陣列3D檢測技術

全球半導體與電子製程先進封裝產能持續成長，因應檢測效率提升需求，工研院全臺首創微型化陣列式鏡組技術，達成2x2多鏡頭自動化顯微校準，可應用於奈米級檢測如先進封裝、μLED、被動元件等產業檢測設備，相較傳統單鏡頭檢測系統，本技術擴大４倍檢測視野，維持高精度，檢測效率提升4至10倍，滿足奈米級線上檢測在製程上的要求，已與國內設備商及系統整合商合作開發雛型設備，並完成國家標準技術研究所(NIST)標準件、μBump、μLED樣品驗證。

7.EUV計量標準

微影是製造半導體的關鍵工藝，隨著終端產品效能不斷提升，電晶體尺寸越縮越小，需要EUV曝光機才能在晶圓表面上蝕刻出微小電路，而精準確量測曝光機上EUV光源的波長、輻射計量等參數，正是確保整個微影製程良率的關鍵。工研院打造臺灣首套EUV光譜響應校正系統，建立光偵測器之光輻射特性量測技術、10奈米至20奈米波長量測技術，一舉將光輻射標準由UV推展至EUV，並透過輻射計量校正、波長校正等來協助正確量測曝光機台的EUV參數，進而調校機台以確保打出穩定EUV波長、正確輻射計量，既滿足目前半導體產業中EUV微影製程檢測設備的量測需求，更有助於先進半導體製程、先進材料開發。

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