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比技术更具威胁!台积电下一步须跨越的4 座大山

2019-11-17 12:55:50 来源:财讯

11 月4 日,台积电股价已突破300元,市值超越半导体巨擘英特尔,堪称半导体业界第一。

 

然而,在如此耀眼的光环背后,并不代表前途就一片光明,前面还有诸多挑战,在等着台积电

挑战1:生产制程摩尔定律达到极限了吗?

台积电一向以技术领先著称,因此外界最关切者,莫过于台积电向来依据摩尔定律延续晶圆代工业务,随着纳米制程持续微缩,线宽尺寸恐怕已接近极限,这会影响到台积电的竞争优势吗?

11 月2 日,台积电创办人张忠谋在台积电运动会上不讳言:「摩尔定律何时终结没人知道。」因为早在1998 年时,就曾有人问过张忠谋与英特尔前执行长克雷格‧巴瑞特(Craig R.Barrett)关于摩尔定律何时会失效?

当时克雷格与张忠谋都回答大约20 年,但现在证明两人都错了,后面还将会发展5纳米,甚至2纳米。但是在2纳米之后呢?业界对摩尔定律的焦虑是不是又会重演一次?

针对这个疑问,台积电董事长刘德音重申:「过去摩尔定律靠密度,现在半导体进展不只制程微缩,不再以线宽尺寸度量,而是以逻辑运算密度或运算能力,做为进步指标。」

为了解决运算密度以及异质架构整合的问题,先进封装被视为延续摩尔定律的最佳解法之一,英特尔与三星都在相关技术上有极大的突破,而台积电同样自2009年已跨足先进封装领域,如CoWoS(基板上晶圆上封装)、InFO(整合扇出型封装)、SoIC(系统整合单芯片)等,今年4 月,也正式推出全球首颗3D IC(三维芯片)封装技术,预计2021 年量产。

台积电总裁魏哲家也指出,只靠线宽缩减,已不足以达到新技术所要的标准,台积电布局封装已有6 至7 年生产经验,未来3D IC 将可达到客户需要的效能与结构。

换言之,芯片的线宽密度已经不再是决定摩尔定律延续与否的唯一因素,反而更多样化的芯片设计与制造方式才能让摩尔定律适用的范围更宽广。

挑战2:人才缺口八千位,研究人员从哪来?

9 月,在「科技智库领袖高峰会」会末,刘德音以半导体协会理事长的身分,向经济部部长沈荣津提出建言,提到半导体人才短缺的问题。

刘德音表示,中国台湾半导体厂商求生之道就是技术领先,然而近年来包括中国、南韩均加码半导体研究经费,台湾应居安思危,扩大基础研究布局。「台湾半导体缺才,最根本的问题在每年研究经费不足,导致愿意深入研究的教授数量不足,进而影响学生人数,最后影响半导体专业人才数量。」

刘德音在半导体年会中已证实,将在台湾地区新竹县宝山乡建立研发中心,可容纳八千名工程师,投入未来20 至30 年科技、材料研发及半导体产业的基础研究,「这将是类似于贝尔实验室的中心」,刘德音对该实验室寄予厚望。但这些人才要从哪里来?

今年4 月时,台积电曾在中科厂区通往美光的马路上,沿路插上一整排招聘旗帜,但由于「表现过于直接」,惊动美光高层,最后是直接打电话给台积电高层后,才终于撤下旗帜。

挑战3:中国大陆的影响及竞争威胁

因中兴、华为先后遭受美国的技术禁运制裁,中国政府痛定思痛,决定全力发展自己的半导体技术产业链。

透过政策推动与资金投入,中芯和华力微先后宣布14纳米制程将进入量产,中芯的制程布局也已经前进到7纳米,良率虽仍无法与台积电相提并论,但仍可能产生一定的替代效应。

除了来自技术的竞争,另一个挑战则来自市场。随着中国晶圆代工厂在主流与高端制程走向成熟,占台积电近两成的中国客户收入恐怕会进一步受到影响。更急迫的是,中美贸易战转趋火热,最终台积电恐怕将面临选边风险,不论站哪一边,都可能面对客户流失,甚至退出特定市场的后果。另一方面,南韩也透过政策布局协同三星想趁虚而入,如何降低相关负面影响,考验着台积电高层的智慧。

挑战4:新兴科技崛起,量子电脑、卫星通讯会颠覆市场吗?

 

▲ IBM展出量子电脑的内部结构,像盏巨大吊灯。(Source:IBM)

由于事关国家竞争力以及资讯战能否占据优势,量子电脑已是美中等国家的战略技术发展核心,过去从学界到业界都全力发展,投入的资金每年都达到数百亿美元的规模;反观台湾地区“科技部”2018年才首次通过台币7千万元的预算,与美国及中国大陆相比仅是九牛一毛。

广达电脑董事长林百里曾表示,即使是量子电脑,未来肯定还是脱离不了硅这个材料。而台积电对硅材料的掌握度,可以说是地球上数一数二,若量子电脑真的能够流行,那么台积电同样能从中获得好处,而这也是刘德音之所以说台积电未来在量子电脑也不会缺席的最大原因。

虽然主流是接近绝对零度的超导量子,但以硅材料为基础的常温量子运算技术还是不可少,且发展潜力更大,如英特尔提出的自旋电子技术,以及中国全力发展的光量子架构。

二者的制造流程与现有主流半导体芯片大同小异,且不需要最先进的制程节点,或许台湾业界也可以从这方面的技术着手进行研发,搭配台积电的制程发展,将可带来更好的综效。

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