【走一趟新竹科學園區】台灣積體電路產業如何起步?工研院靠「轉讓技術」成幕後推手

(本文書摘內容出自《一本書看懂晶片產業:給未來科技人的入門指南》,由 早安財經 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題。)

【我們為什麼挑選這本書】生活中各應用處處是晶片,如手機的 SoC(系統單晶片)、筆電的處理器晶片(CPU)、顯示器驅動晶片、圖像處理的圖形處理器(GPU)等,在這個物聯網結合 AI 的時代,晶片的使用只會越來越多!本文截自《一本書看懂晶片產業:給未來科技人的入門指南》「走一趟新竹科學園區」章節,透過台灣晶片產業的發展史,提供想了解晶片製程技術轉變、產業上下游關係的讀者,一個多面向的認識。(責任編輯:賴佩萱)

就在中國大陸的積體電路產業在改革開放的大潮中轉型之時,台灣的積體電路迎來了發展的新起點。

台灣積體電路發展幕後功臣:工研院

台灣的積體電路從 20 世紀 70 年代的封裝環節起步,發展於 20 世紀 80 年代末的晶圓代工廠,逐漸成為全球積體電路產業的重要力量。台灣的積體電路發展,與其 20 世紀 70 年代開始的非營利性質的工業研究院鋪墊密切相關。

在此之前的 1966 年,台灣在高雄市前鎮區設立了高雄出口加工區,這是當時台灣的第一個出口加工區,美國通用儀器在此設廠裝配電晶體,成為發展的起點。此後,鑒於當時台灣低廉的人工成本(不及當時先進國家的 10%),美國的德州儀器和艾德蒙、荷蘭的飛利浦、日本的日立和三菱均在台灣設立了工廠,由此拉開了技術轉移帶動電子產業代工的序幕。

在 1969 年參觀韓國科學技術研究院後,台灣從韓國聘請美國韓裔研究人員回國創業的經驗中獲得啟發,於 1973 年將當時幾家石化類研究所整合成為「台灣工業技術研究院」(簡稱「工研院」)。20 世紀 70 年代,工研院看到當時台灣並無電子產業的研究基礎,便於 1974 年成立了電子工業研究中心,並在 1975 年推出了「積體電路示範工廠設置計劃」(「積體電路」即為通常所稱的積體電路)。

在計畫實施過程中,在曾任美國無線電公司微波研究室主任潘文淵的推動下, 工研院從美國無線電公司(RCA)購買了專利技術後,同時向美國 IMR 公司購買光罩製版,建設生產線,並改造升級再轉讓技術,以推動產業進步

期間,工研院還組織 40 多名留學人員到 RCA 公司培訓,後來的聯發科董事長和聯發科創始人蔡明介、前世界先進董事長章青駒、創惟科技董事長王國肇、華邦電子創辦人楊丁元,都在其中。1977 年 10 月 29 日,工研院的 3 英寸晶圓中試生產線落成,採用 7 微米 CMOS 製造工藝。

李國鼎預見先機:台灣必須發展電子資訊

在台灣的積體電路發展中,被譽為經濟奇跡的重要推手李國鼎,是業界公認的標誌性人物。李國鼎 1910 年出生於南京,1926 年進入東南大學學習物理學,後赴英國劍橋大學留學,1937 年抗日戰爭全面爆發後輟學回國。20 世紀 60 年代至 70 年代,李國鼎當經濟部長,草擬過投資獎勵條例,推動過出口加工區,並力推建立新竹開發區。

經過 20 世紀 50 年代至 70 年代的進口替代、出口替代後,台灣的小商品、小家電等勞動密集型產業有了很大的發展,鋼鐵、造船、石油化工等重化工業也已經有了很大的起色。然而, 隨著土地和勞動力價格的快速上漲,不少人意識到低工資、低成本的模式無法延續,需要產業轉型

「應集中力量發展微型電腦及其週邊設備和中文電腦軟體」,這是李國鼎當時的判斷。1976 年開始,李國鼎支援多所大學研製半導體各階段的技術。1978 年,李國鼎赴美招攬外籍專家學者作顧問,同時開始制定政策吸引人才回到台灣。1979 年,李國鼎推動成立財團法人資訊工業策進會,隨後實施了資訊科技人才推廣教育計畫,以普及先進的資訊科技知識和軟體研發。

李國鼎等人考察美國後,認為資訊將成為未來社會發展的重要資源,台灣適合電子資訊產業的發展 。「從工業產品的特點來看,將來發展的趨勢可以大體上描述如下:原料工業趨向於能源密集型;系統設備和部件工業趨向於技術密集型;最終產品工業趨向於腦力密集型。

由於台灣缺乏原料和能源,所以必須利用它的腦力資源來發展非能源密集型工業。微電子技術及其相關工業的發展就屬於這一類 。」這是李國鼎的看法。由此,台灣的積體電路產業起步。

竹科的誕生讓台灣轉型以「科技導向」發展布局

與李國鼎一起推動的,還有孫運璿。孫運璿曾於 1973 年推動工研院的成立,後來又推動了美國無線電公司向台灣的積體電路技術轉移,與李國鼎共同促進了新竹科學工業園區區的成立。

新竹科學工業園區於 1976 年便開始籌建,1980 年底正式成立,主要位於新竹市東區與新竹縣寶山鄉,與中部科學工業園區、南部科學工業園區構成台灣的「西部科技走廊」。 在籌建期內,全球範圍的金融危機、糧食危機與石油危機使台灣的出口導向型經濟體經濟大受衝擊,轉型升級迫在眉睫

在調整過程中, 台灣遵循「二高二低二大」(技術密集度高、附加價值高,能源密集度低、污染低,關聯度大、市場潛力大)的原則,選擇機械工業和資訊產業作為重點工業,並將科技園區作為落實重點工業的發展措施之一 ,而新竹科學工業園區區則成為從「出口導向」向「科技導向」轉型的節點加以佈局。

民營企業進軍、海歸派創業,竹科成台灣技術重鎮

初期,台灣投入大量資源開展園區的基礎設施建設,並設立了《科技園區設置條例》《科學工業園區區外匯管理辦法》《科學工業園區區貿易管理辦法》等配套的政策,建立了專業的園區管理機構,引進海歸人才創業。

1979 年,工研院電子中心升級成為電子工業研究所,開始了籌建商業公司的步伐。不過,在籌建聯華電子公司的過程中,其所邀請的聲寶、大同、東元、裕隆等民營企業並不積極。1980 年,聯華電子成立後,進駐新成立的新竹科學園區,從美國引進 4 英寸晶圓生產線,此後幾年內聯華電子的專案進展順利,而工研院也將新開發的 3.5 微米 CMOS 製造工藝轉讓給聯華電子。

在聯華電子的帶動下,一批民營企業進軍電子產業,同時也有一批海外留學人員回歸創業──例如曾在仙童半導體工作過的陳正宇,在將 16 KB/64 KBSRAM 技術轉讓給韓國現代電子後,回到台灣創辦了茂矽電子。

同時,在日本超大型積體電路計畫的成功經驗啟示下,台灣於 1983 年啟動了「電子工業研究發展第三期計畫」,計畫目標是 1988 年前將工藝提升至 1.25 微米。在計畫實施過程中,工研院借鑒三星在矽谷設立合資企業的做法,於 1984 年併購了矽谷的亞瑞科技。

新竹園區起步後,李國鼎多次前往矽谷招攬人才,僅 1983 年 5 月就在矽谷約見了約 2000 多名華裔科學家與工程師,邀請他們到台灣發展。同時,他還推動了《創業投資事業管理規則》和《創業投資事業推動方案》,以促進創業投資的發展。1985 年,時任工業研究院院長徐賢修找到張忠謀後,張忠謀答應了邀請,出任工研院院長。

竹科「晶圓代工」模式啟動,產業影響力大增

張忠謀出任工研院院長後,針對當時台灣缺少晶圓工廠的困境,推動了晶圓代工廠的發展。從 1987 年全球首家專業晶圓代工廠台積電發展開始,一批中小企業走上了專業代工的道路。1995 年,垂直一體化製造商(IDM)聯電公司也進行轉型,進軍專業的晶圓代工,以晶圓代工為支柱的垂直分工產業鏈不斷發展。

在台灣積體電路企業展露鋒芒的進程中,新竹科學工業園區(簡稱新竹園區)逐步形成了覆蓋晶片設計、光罩制板、晶片製作、封裝、測試等環節在內的產業集群,例如在設計環節衍生了茂矽、矽統、威盛等企業。

在張忠謀出任工研院院長的同時,新竹科學工業園區的基建工程基本完成,但是新竹科學工業園區仍然是以大學科技園為主,品牌影響力有限,企業入駐數量增長緩慢。

在接下來的 5 年, 園區實施「科技生根、市場拓展」戰略,在全面規劃的同時與矽谷形成了良好的互動,並從美國大規模地引進人才、技術和專案,企業數量快速增長 。此後,積體電路的垂直分工在台灣發端,園區創新創業的環境得到了極大改善,民間投資大批滲入,園區影響力日漸增加,各種跨國聯盟已從「引進來」到逐步「走出去」。

可以說, 新竹科學工業園區是台灣以關鍵元件或模組、週邊設備等為切入點,向垂直分工轉型,再向自主創新和自有品牌建設的轉型縮影 。新竹科學工業園區的晶圓代工廠模式發展後,台灣於 1990 年啟動了「次微米制程技術發展五年計劃」,以發展 8 英寸晶圓、0.5 微米工藝技術,計畫發展過程中一批留學人員歸來,為技術發展貢獻了力量。

產業易受大環境變動影響,鼓勵台廠自主研發核心技術

1994 年,為落實次微米計畫的研發成果,由台積電占 30 %股份,華新麗華、矽統、遠東紡織等 13 家公司參股的世界先進積體電路股份有限公司在新竹園區組建,並建設了台灣第一座 8 英寸晶圓廠。世界先進積體電路公司的主要產品為動態儲存裝置晶片,但是在激烈的競爭面前多年虧損,被迫退出產業競爭,最後在台積電主導下轉型成為晶圓代工廠。

同樣在 1994 年,精英(力捷)電腦的董事長黃崇仁在獲得日本三菱電機的技術授權後,在新竹園區成立了力晶半導體。不過,力晶技術儲備有限,再加上資金鏈未能跟上,出現了嚴重虧損。後來,世界先進向力晶注資,成為力晶的最大股東,而力晶也自此向晶圓代工轉型。

21 世紀以來,園區的土地、水電、勞動力成本、環保、效能等各方面已經承受了巨大的壓力,因而新竹園區開始了從製造為主向研發創新主導的轉型,但是並未達到理想的效果。在 2008 年全球金融危機中,記憶體價格暴跌,新竹園區的力晶、茂德等出現了巨額虧損。

回顧新竹園區乃至整個台灣的動態隨機記憶體業務發展歷程,可以發現沒有核心技術研發能力、依賴歐美日的技術授權,使其失去了發展的根本驅動力 。這種技術局限,不僅表現在產品設計上,也表現在其生產線所需的設計研發上,因而一旦遭遇訂單萎縮或是價格下跌,這些通過技術授權和設備引進擴充產能的「快進快出」企業便立刻陷入了困境。

(本文書摘內容出自《一本書看懂晶片產業:給未來科技人的入門指南》,由 早安財經 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題。)

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