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比技術更具威脅!臺積電下一步須跨越的4 座大山

2019-11-17 12:55:50 來源:財訊

11 月4 日,臺積電股價已突破300元,市值超越半導體巨擘英特爾,堪稱半導體業界第一。

 

然而,在如此耀眼的光環背后,并不代表前途就一片光明,前面還有諸多挑戰,在等著臺積電

挑戰1:生產制程摩爾定律達到極限了嗎?

臺積電一向以技術領先著稱,因此外界最關切者,莫過于臺積電向來依據摩爾定律延續晶圓代工業務,隨著納米制程持續微縮,線寬尺寸恐怕已接近極限,這會影響到臺積電的競爭優勢嗎?

11 月2 日,臺積電創辦人張忠謀在臺積電運動會上不諱言:「摩爾定律何時終結沒人知道。」因為早在1998 年時,就曾有人問過張忠謀與英特爾前執行長克雷格?巴瑞特(Craig R.Barrett)關于摩爾定律何時會失效?

當時克雷格與張忠謀都回答大約20 年,但現在證明兩人都錯了,后面還將會發展5納米,甚至2納米。但是在2納米之后呢?業界對摩爾定律的焦慮是不是又會重演一次?

針對這個疑問,臺積電董事長劉德音重申:「過去摩爾定律靠密度,現在半導體進展不只制程微縮,不再以線寬尺寸度量,而是以邏輯運算密度或運算能力,做為進步指標。」

為了解決運算密度以及異質架構整合的問題,先進封裝被視為延續摩爾定律的最佳解法之一,英特爾與三星都在相關技術上有極大的突破,而臺積電同樣自2009年已跨足先進封裝領域,如CoWoS(基板上晶圓上封裝)、InFO(整合扇出型封裝)、SoIC(系統整合單芯片)等,今年4 月,也正式推出全球首顆3D IC(三維芯片)封裝技術,預計2021 年量產。

臺積電總裁魏哲家也指出,只靠線寬縮減,已不足以達到新技術所要的標準,臺積電布局封裝已有6 至7 年生產經驗,未來3D IC 將可達到客戶需要的效能與結構。

換言之,芯片的線寬密度已經不再是決定摩爾定律延續與否的唯一因素,反而更多樣化的芯片設計與制造方式才能讓摩爾定律適用的范圍更寬廣。

挑戰2:人才缺口八千位,研究人員從哪來?

9 月,在「科技智庫領袖高峰會」會末,劉德音以半導體協會理事長的身分,向經濟部部長沈榮津提出建言,提到半導體人才短缺的問題。

劉德音表示,中國臺灣半導體廠商求生之道就是技術領先,然而近年來包括中國、南韓均加碼半導體研究經費,臺灣應居安思危,擴大基礎研究布局。「臺灣半導體缺才,最根本的問題在每年研究經費不足,導致愿意深入研究的教授數量不足,進而影響學生人數,最后影響半導體專業人才數量。」

劉德音在半導體年會中已證實,將在臺灣地區新竹縣寶山鄉建立研發中心,可容納八千名工程師,投入未來20 至30 年科技、材料研發及半導體產業的基礎研究,「這將是類似于貝爾實驗室的中心」,劉德音對該實驗室寄予厚望。但這些人才要從哪里來?

今年4 月時,臺積電曾在中科廠區通往美光的馬路上,沿路插上一整排招聘旗幟,但由于「表現過于直接」,驚動美光高層,最后是直接打電話給臺積電高層后,才終于撤下旗幟。

挑戰3:中國大陸的影響及競爭威脅

因中興、華為先后遭受美國的技術禁運制裁,中國政府痛定思痛,決定全力發展自己的半導體技術產業鏈。

透過政策推動與資金投入,中芯和華力微先后宣布14納米制程將進入量產,中芯的制程布局也已經前進到7納米,良率雖仍無法與臺積電相提并論,但仍可能產生一定的替代效應。

除了來自技術的競爭,另一個挑戰則來自市場。隨著中國晶圓代工廠在主流與高端制程走向成熟,占臺積電近兩成的中國客戶收入恐怕會進一步受到影響。更急迫的是,中美貿易戰轉趨火熱,最終臺積電恐怕將面臨選邊風險,不論站哪一邊,都可能面對客戶流失,甚至退出特定市場的后果。另一方面,南韓也透過政策布局協同三星想趁虛而入,如何降低相關負面影響,考驗著臺積電高層的智慧。

挑戰4:新興科技崛起,量子電腦、衛星通訊會顛覆市場嗎?

 

▲ IBM展出量子電腦的內部結構,像盞巨大吊燈。(Source:IBM)

由于事關國家競爭力以及資訊戰能否占據優勢,量子電腦已是美中等國家的戰略技術發展核心,過去從學界到業界都全力發展,投入的資金每年都達到數百億美元的規模;反觀臺灣地區“科技部”2018年才首次通過臺幣7千萬元的預算,與美國及中國大陸相比僅是九牛一毛。

廣達電腦董事長林百里曾表示,即使是量子電腦,未來肯定還是脫離不了硅這個材料。而臺積電對硅材料的掌握度,可以說是地球上數一數二,若量子電腦真的能夠流行,那么臺積電同樣能從中獲得好處,而這也是劉德音之所以說臺積電未來在量子電腦也不會缺席的最大原因。

雖然主流是接近絕對零度的超導量子,但以硅材料為基礎的常溫量子運算技術還是不可少,且發展潛力更大,如英特爾提出的自旋電子技術,以及中國全力發展的光量子架構。

二者的制造流程與現有主流半導體芯片大同小異,且不需要最先進的制程節點,或許臺灣業界也可以從這方面的技術著手進行研發,搭配臺積電的制程發展,將可帶來更好的綜效。

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