台积电全球研发中心座落于新竹科学园区，比邻台积电晶圆12厂第8期，目前进驻员工数约2200人，预计进驻员工总数到今年9月将超过7000人。
此座研发中心2020年7月动土，2023年2月研发人员开始陆续进驻，楼地板总面积共计30万平方公尺，约等同于42座标准足球场，建筑占地总面积2万平方公尺，兴建为地上10层、地下7层，将专注于先进逻辑制程技术发展及长期探索性研究的研发部门为主。
在绿建筑设计方面，包含雨水回收系统、植生墙、可最大限度利用自然光的窗户等，台积电全球研发中心建筑正申请美国LEED绿建筑认证和台湾EEWH绿色建筑标章，至于安装屋顶太阳能板装置，装置容量在高峰条件下可达287千瓦。
随著 5G 和 HPC 相关应用等产业长期大趋势，例如 AI 正推动对运算能力需求达到前所未有的程度，台积电的技术领先地位相较于过往更为重要，台积电去年研发支出为1622 亿台币（约54.7亿美元），相较于前1年成长30.1%，2022 年研发总支出占当年度营收约7.2%。
此外，截至今年6月30日，台积电研发组织的员工数量约8700 人，其中1890位拥有博士（PhD）学位。
台积电在1987 年递出第一件专利申请，截至 2022 年，专利获准总数已超过 5 万 6000 件；2022年台积电的台湾专利获准数排名第1，美国专利获准数名列第3，美国专利获准率达 100%，居前10大专利权人中第1。
台积电于1987年成立的初推出的制程技术为3.0微米与2.5微米。时至今日，台积电量产的最先进制程技术已迈入 3 奈米，而其 2 奈米制程技术亦计划于2025年开始量产。
从 2012 年的 28 奈米到 2023 年的 3 奈米，台积电在六代制程技术间实现每瓦能源效率提升超过 10 倍。
另外，台积电致力于维系与许多世界级研究机构的强力合作关系，包括美国的 SRC及比利时的 IMEC。公司亦持续扩大与全球顶尖大学的研究合作，达到半导体技术进步和培育未来人才的两大目标；2022 年共计 9 所国内大学与 17 所海外大学、134 位教授一同与台积电展开 147 件产学合作专案，自 2013 年起累计共提出 228 件美国专利申请。
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