【籠罩竹科的危機感】摩爾定律終究會失靈,到時台灣半導體拿什麼當籌碼?

【為什麼我們要挑選這篇文章】台灣竹科廠的主管們,或許在這幾年感受到產業無比的挑戰。一方面是中國崛起、一方面是技術似乎瀕臨一個臨界點。在這個存亡之秋,台灣應該要有什麼樣的認知與思維,才能好好面對未來挑戰?(責任編輯:鄒昀倢)

1965 年,英特爾創辦人之一的戈登.摩爾大膽假設:今後每隔十八個月,半導體製程技術就可以進步,讓每個電晶體所占的平面面積縮小一半。

換句話說,如果一顆 IC 晶片所占晶片大小不變,可以塞入的電晶體數目就倍增,可以增加許多功能。同時由於電晶體變小,電晶體與電晶體間的距離變短,連接用的金屬也變細變短,使得電子移動的速度變快,好處多多。於是整個半導體的供應鏈上的廠商,如生產設備、設計、設計工具、封裝、測試等都照著摩爾的假設去經營,時間久了,假設就變成了定律,影響深遠。雖然後來 18 個月一代的週期放慢到 24 個月,摩爾定律的精神繼續演進。

當我剛進入業界時用的製程是 6 微米(或 6000 奈米),時為 1978 年。37 年後的現今(2015 年)已經可見一年內業界最新的製程將會縮小到 10 奈米。10 奈米的下一代為 7 奈米,再下一代為 5 奈米。線寬愈小,造成的新問題就愈多,譬如漏電現象。當漏電變得很嚴重時,將無法準確地做出模擬模式,IC 設計就做不下去了。這個問題後來經加州大學柏克萊分校的胡正明教授團隊提出用鰭式場效電晶體(FINFET)代替傳統的金屬氧化場效電晶體(CMOS transistor)得到解決。

另一個問題是用來定義電晶體尺寸的光學設備未能與時俱進,只好用舊的機器多曝光幾次。本來用一層光罩曝光即可,現在得用二、三或四層光罩,因此光罩成本大增。現今必須用到先進製程的公司及應用已屈指可數。

例如:智慧手機、高端 3D 繪圖晶片、現場可編式列陣(FPGA),深度學習所需的人工智慧晶片等高複雜度、高閘數的應用。現今生產類似產品的新創公司幾乎沒有了,因為成本太高(工程師薪資加光罩費用),動輒要二、三千萬美元才能做成一顆產品。加上市場和其他風險,要讓公司上市,需要的資金更高。高到投資人卻步,尤其是在美國、台灣。

假設摩爾定律短期內仍適用,10 奈米量產在 2016 年,7 奈米在 2018 年,5 奈米在 2020 年。由於克服新問題所需要的時間可能會拉長,整個半導體產業產生很強的危機感,積極在探索下列問題的答案:

一、當領先的半導體公司慢下來時,後面的競爭者不就縮短距離,趕上來了嗎?

二、當摩爾定律放慢或走不下去時,整個半導體產業怎麼辦?

三、屆時哪些公司會存活下來?

我不是危言聳聽,十年之內,這些問題會愈來愈嚴峻,不如提早面對。

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(本文書摘內容出自《我們這一代:一個半導體 工程師 的回憶錄》由合作夥伴聯經出版社授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,首圖來源:CH.Tseng, CC licensed)


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