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談半導體和IC設計產業
2022/07/02 15:21
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個人以為半導體和積體電路(Integrated Circuit,IC)設計產業對於台灣、中國和美國的未來國運息息相關。本人曾習半導體元件模型和製造,後專攻IC設計。在這行業工作將近四十年後退休。作為一個半導體和IC設計產業老兵,有幸見證此產業的起伏。

 

個人也以為蔣經國先生對台灣的最大貢獻除了十項建設外,當屬開創台灣的半導體和IC設計產業。蔣之下,這項偉業的主要領導者是孫運璿和李國鼎先生。孫習電機,李習物理,兩位大老眼光深遠,為國為民,不求私利。他們的境界和貢獻遠非後來那些學法律的台灣領導者所能企及。在孫、李的支持和費驊與方賢齊先生介紹下,積體電路計畫主要執行者是潘文淵先生,顧問則包括凌宏璋先生等幾位專家(註1)。潘曾在RCA,凌曾在Westinghouse工作。他們睿智地選擇CMOS(註2)作為台灣半導體發展方向。之後潘文淵先生提拔胡定華先生擔任國家積體電路發展計畫主持人,並把一批年輕人送到RCA受訓,其中就包括曹興誠、史欽泰和曾繁城諸位先生而蔡明介先生也加入了IC設計團隊。數年後,孫、李又從美國請回張忠謀先生擔任工研院院長。在李國鼎先生大力奔走和籌資下,1987年工研院和荷蘭飛利浦合資成立台積電,並由張忠謀先生擔任董事長兼CEO。剛開始時台灣政府擁有台積電50%股份,但歷經數任總統後,台灣政府目前只剩6%左右的股份。真不知各屆政府把賣台積電股票的錢花到哪裡去了?

 

數十年來科學園區取代加工出口區,半導體產業撐起台灣經濟的半邊天並讓台灣有了「矽盾」保護。同一時期,在美國的打壓下,日本的半導體和IC設計產業由盛而衰,目前只能專注於半導體製程材料。南韓則在美國的扶持下成了半導體記憶體霸主,並正和台灣在晶圓代工產業拼得你死我活。歐洲在半導體相關產業只能算中等實力,但荷蘭ASML壟斷了晶圓代工產業中最關鍵的光刻機產業。

 

半導體和IC設計產業的世界霸主是美國。所有電晶體和半導體元件、製程和IC設計技術幾乎都源自美國。台灣半導體代工產業的興起史正反映了美國IDM(整合設計與製造)產業的衰弱史。美國目前的IDM大廠只剩Intel、TI和ADI等寥寥數家,但Qualcomm、NVDIA、 AMD、Broadcom甚至蘋果公司等仍是IC設計產業中的超強。在電腦輔助設計軟體、電腦與手機作業系統方面,美國仍佔壟斷地位。

 

台灣曾在太陽能產業有傑出表現,但在中國太陽能產業崛起後,台灣太陽能產業已元氣大損,很難再和中國競爭。半導體和IC設計產業的未來發展關係台灣的命運。如果台灣在此產業重蹈太陽能覆轍、也被中國反超則將大大不妙。在手機IC設計方面,台灣有聯發科,美國有Qualcomm,中國有華為的海思。在美國打壓下,海思發展受阻,中國對Qualcomm產生疑慮,聯發科趁勢而起。目前局勢對聯發科有利。一但中國半導體代工和光刻機產業有重大突破,海思如能使用先進製程則必將再起。除了華為,小米等手機公司也在自己設計IC。手機IC之外,近年來在政府大力投資和支持下,中國在其它IC設計包括處理器、雲端伺服器、人工智慧、通訊、射頻、車用(包括電動車)、高壓和類比IC等領域已有長足進步,台灣IC設計產業已受到威脅甚至在部分領域已被超越。在晶圓代工方面,中國中芯半導體在美國要求ASML禁售EUV光刻機的限制下,雖有悍將梁孟松(或稱「台積叛將」,FinFET發明人前台積技術長、加州大學柏克萊分校教授胡正明博士高徒)帶頭衝鋒,十年內很難超越台積電。台積電的主要對手仍是南韓三星和美國Intel。要注意的是,台灣晶圓代工產業的永續發展受到缺水、缺電和缺地的諸多限制,中國的晶圓代工產業則無此限制。台積電雖能到美日建廠,但成本大幅提高兼又難以採取台式「爆肝式」管理(試想:美國人願意無償加班或加入「夜鷹部隊」嗎?),成敗有待觀察。在記憶體方面,中國已超越台灣。長江儲存的快閃記憶體已打入蘋果供應鏈。台灣的旺宏、華邦和晶豪等公司只能設法守住利基記憶體市場。

 

中國在半導體和IC設計產業的優勢是龐大的內需市場、相當完整的工業生產體系和逐步完善的供應鏈。加上政府在政策、資源與財力的大力支持,以及充沛的能源、水源、人力和土地資源。劣勢則主要為來自美歐日的技術、高端儀器、設備和EDA軟體的限制和封鎖。台灣在此產業也有很好的供應鏈,但其它條件則有很多項不如中國。台灣的最大優勢是沒有來自美歐日的限制和封鎖,與多年來累積的人才、研發經驗、技術、專利和know-how。如果數年後中國在此產業能和美國爭鋒,則美國將很難再壓制中國經濟發展。在中低端製造工業,中國已強過美國。高端製造工業是美中爭霸的關鍵戰役,美中未來國運走向繫此一役。台灣要小心南韓、注意日本。美中爭霸下,如何找到此產業的生路應是夾在中間的台灣細思和努力以赴的最大挑戰。                                                                                                                                 

註1:潘文淵先生當時成立 Technical Advisor Committee (TAC)。成員七人包括潘文淵、凌宏璋、趙曾玨、羅无念、厲鼎毅、李天培和葛文勳。之後,虞華年先生於1977年加入TAC。TAC成員不拿政府報酬,完全是義務性顧問。施敏先生對開創台灣半導體產業也有很大貢獻。

註2:CMOS(Complemetary Metal Oxide Semiconductor),互補式金屬氧化物半導體。當時BJT(Bipolar Junction transistor,雙極性電晶體)和NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor,N型金屬氧化物半導體) 為主流技術,CMOS剛出現不久,速度較慢但較為省電。時至今日,CMOS已成半導體的主流技術。當年TAC正確地選擇CMOS讓台灣少走了很多冤枉路。                                                                                                                                     

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