台積電全球研發中心座落於新竹科學園區，比鄰台積電晶圓12廠第8期，目前進駐員工數約2200人，預計進駐員工總數到今年9月將超過7000人。
此座研發中心2020年7月動土，2023年2月研發人員開始陸續進駐，樓地板總面積共計30萬平方公尺，約等同於42座標準足球場，建築占地總面積2萬平方公尺，興建為地上10層、地下7層，將專注於先進邏輯製程技術發展及長期探索性研究的研發部門為主。
在綠建築設計方面，包含雨水回收系統、植生牆、可最大限度利用自然光的窗戶等，台積電全球研發中心建築正申請美國LEED綠建築認證和台灣EEWH綠色建築標章，至於安裝屋頂太陽能板裝置，裝置容量在高峰條件下可達287千瓦。
隨著 5G 和 HPC 相關應用等產業長期大趨勢，例如 AI 正推動對運算能力需求達到前所未有的程度，台積電的技術領先地位相較於過往更為重要，台積電去年研發支出為1622 億台幣（約54.7億美元），相較於前1年成長30.1%，2022 年研發總支出佔當年度營收約7.2%。
此外，截至今年6月30日，台積電研發組織的員工數量約8700 人，其中1890位擁有博士（PhD）學位。
台積電在1987 年遞出第一件專利申請，截至 2022 年，專利獲准總數已超過 5 萬 6000 件；2022年台積電的台灣專利獲准數排名第1，美國專利獲准數名列第3，美國專利獲准率達 100%，居前10大專利權人中第1。
台積電於1987年成立的初推出的製程技術為3.0微米與2.5微米。時至今日，台積電量產的最先進製程技術已邁入 3 奈米，而其 2 奈米製程技術亦計畫於2025年開始量產。
從 2012 年的 28 奈米到 2023 年的 3 奈米，台積電在六代製程技術間實現每瓦能源效率提升超過 10 倍。
另外，台積電致力於維繫與許多世界級研究機構的強力合作關係，包括美國的 SRC及比利時的 IMEC。公司亦持續擴大與全球頂尖大學的研究合作，達到半導體技術進步和培育未來人才的兩大目標；2022 年共計 9 所國內大學與 17 所海外大學、134 位教授一同與台積電展開 147 件產學合作專案，自 2013 年起累計共提出 228 件美國專利申請。
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