台湾的半导体技术的发展
2020-12-15 16:02:47   来源:   评论:0 点击:

国大陆的半导体产业正在不断地向着强的方向发展,这是否会影响到在中国台湾地区的厂商?与之相关的议题近来持续发酵。目前,全球排名第一大的半导体封测厂商非台厂日月光莫属,而日月光董事长张虔生日前在接受媒体采访时就明确地表示,大陆的半导体厂商正面临人着如人才不足等问题,这使得台湾地区的半导体(技术)产业依然领先大陆至少5年的时间。需要特别补充的是,与台积电创始人张忠谋一样,张虔生也看好大陆发展半导体产业。

或许有人就想知道的是,台湾的半导体技术和产业是如何发展起来的,并且能跻身世界一流?这就得从40多年前说起了。(注:下文来源于工业技术研究院,‘我为科技狂’在不违背事实的基础上,对原文进行了修改)

2018年是集成电路发明后的第60年,集成电路芯片推动了全球快速演进,包括电脑、通信、家电、汽车等电子产品都离不开芯片。随着集成电路产业不断制造出更强、更快、更小的芯片,芯片实现了无处不在的运算,在可预见的未来,无人驾驶汽车不再只是科幻想像,而智慧家庭、智慧厂办、智慧交通、智慧城市的梦想等到真正实现的那一天也并非遥不可及。

集成电路产业引领科技不断地创新,中国台湾地区作为半导体设计与制造的重镇,不仅上、中、下游产业链整合完整,更首创专业的分工模式,打造出了晶圆、集成电路封测代工业,以打群架、技术领先的模式,带动了全世界的集成电路产业发展。

时光回到1974年,当时中国台湾以劳动力密集的轻工业、加工出口业为主,面临着产业已发展成熟,且第三世界国家崛起并有大量、低廉的劳力,中国台湾急需寻找下一世代的产业以实现转型突破。

当年的2月,在台北市南阳街小欣欣豆浆店中,聚集了当时在中国台湾可谓重量级的人物,包括费骅、孙运璿、方贤齐、高玉树、王兆振、康宝煌,以及力主中国台湾发展集成电路产业的潘文渊。

他们一边吃早餐一边进行早餐会报,在讨论之中决定以集成电路技术作为产业发展蓝图,勾勒出了中国台湾未来转型高科技产业的愿景,并决定以最有效率的方式从美国寻求合作伙伴,引进集成电路研发、制造、封测等技术,以争取时效。

1974年7月,潘文渊专门回到台湾,在圆山饭店闭关一周撰写《集成电路计划草案》,写完后第一时间送达政府。孙运璿随即召开专案会议,并在8月17日正式核定该计划。

随后潘文渊在美国召集海外学人组成电子技术顾问委员会(Technical Advisory Committee,简称TAC),并遴选美国无线电公司作为技术转移的合作伙伴,选定引进集成电路中的“互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal -Oxide-Semiconductor,简称CMOS)”技术,同时在工研院成立电子工业研究发展中心(后扩大为电子工业研究所),作为发展集成电路计划的执行单位。

工研院当时看好民生消费及通讯等产品在未来的发展趋势,选定以电子表作为验证技术成果的载具。“但我们所有投入的专家、学者、人才、主政者都不只是将这个计划当作科专计划,做出电子表就结案,而是一开始就规划完完整整地将集成电路技术引进,让中国台湾日后能拥有自主研发与生产的能力!”当时担任计划主持人、工研院电子工业研究发展中心主任的胡定华,一语道出所有加入计划的参与者,积极投入擘划未来远景的雄心壮志,希望打造以集成电路为基础的资讯电子产业。

计划拟定后,团队即刻开始招兵买马,当时在美国普林斯顿大学攻读博士毕业的史钦泰、杨丁元、章青驹等人,放弃在美国工作的机会,回到台湾加入工研院,投身集成电路计划的引进,并分成设计、制造、测试、设备4组,由他们担任赴美国无线电公司取经团的领队。

1976年4月,经过招募培训的19人团队,怀着兴奋、紧张,以及期待的心情,出发前往美国。当年那群30岁上下的年轻小伙,不负所望地将集成电路技术成功带回中国台湾。如今,他们皆成为中国台湾电子科技业中重量级的人物,各自拥有一片天。

现任台积电副董事长的曾繁城,为当初第一批赴美的19人团队之一,他回忆道:“当时我们很都年轻,怀抱着无比的热情,想要把中国台湾的集成电路技术做起来。”史钦泰亦相当肯定美国无线电公司技转计划的成果,他表示:“美国无线电公司技转计划为中国台湾建立自行研发技术的信心。”有别于过往中国台湾产业以制造加工业为主,美国无线电公司技转计划的成功,让人们得以发现,中国台湾有能力自行研发技术,进而坚定转往高科技产业发展的目标。

1977年10月,工研院打造的中国台湾首座集成电路示范工厂正式落成启用,当初赴美受训的人才返台投入生产研发。示范工厂采用7.5微米制程,产品良率在营运的第6个月已经高达7成,远高于技术转移母厂美国无线电公司的5成,技术成效超乎预期。

由于示范工厂营运成效良好,为将技术落实产业化,决定在1980年以衍生公司的方式,设立中国台湾第一家半导体制造公司联华电子,并移转4吋晶圆技术以及研发团队,转任联电研发制造,其中包括后来担任联电董事长的曹兴诚。

10年后,美、日、韩均已看出集成电路对国家发展的影响重大,无不积极投入,国际间兴起技术保护主义,让中国台湾很难再自海外技转。

1984年工研院接下“超大型集成电路(VLSI)计划”,自行投入研发,隔年即邀来曾任美国德州仪器全球副总裁的张忠谋,担任工研院院长。中国台湾第一座6吋集成电路实验工厂于1986年正式完工,为发挥实验工厂的经济效益,在张忠谋等人的建议与支持下,1987年衍生成立中国台湾集成电路制造公司,将VLSI计划的设备与人才移转给台积电,并首创专业的晶圆代工模式,充分发挥中国台湾在制造方面的优势。

台积电很快发展成为全球举足轻重的晶圆代工厂,并大幅改变产业生态,逐步走向垂直化的分工模式。有别于早期半导体公司以IDM厂居多,自行包办从芯片设计到产品制造的所有程序,晶圆代工模式成功后,设计公司只要专注做好产品设计,再委托代工量产即可,不必投资设立花费甚巨的晶圆厂。

1990年代开始,中国台湾半导体产业链逐渐完备,在各领域的代表性公司除台积电、联电之外,还包括日月光控股(合并矽品)、联发科、群联、稳懋、旺宏、华亚科、南亚科等。

此外,随着个人电脑快速成长,负责数据处理及运算的动态随机存取记忆体(DRAM)需求大增,政府因此在1990年委托工研院执行“微米计划”,延揽当时在美国贝尔实验室任职的卢志远,担任计划主持人,负责研发DRAM制造技术,以4年半的时间发展出8吋晶圆0.5微米的制程技术,让中国台湾的半导体技术跻身世界一流。

中国台湾发展集成电路技术以来,垂直分工与产业群聚的特色,使得中国台湾具有弹性高、速度快、定制化服务、低成本的特色,且以晶圆代工为主的模式与全球半导体产业结构不同,这也是中国台湾半导体产业独有的竞争优势。

2017年中国台湾半导体产业链的产值结构中,晶圆代工占49%、芯片设计产业占25.1%、半导体封装测试产业占19.4%、记忆体产业占6.5%,总产值达810亿美元,仅次于美国、韩国,全球排名第三。其中中国台湾又以晶圆代工领域的市占率最高,全球排名第一,占7成以上,产值达397亿美元。

目前半导体制程已进入5奈米的竞赛,除了持续追求制程微缩之外,亦同步往高度异质整合芯片发展。新材料的探索也已展开,如量子运算所需的超导体、奈米碳材等材料,借此突破现今矽材料的极限。

工研院IEK研究经理彭茂荣看来,在智慧物联网趋势的带动下,中国台湾半导体产业在以下领域较有发展机会:人工智能、5G无线通讯、物联网、工业4.0/智慧机械、车联网/自驾车、扩增/虚拟实境(AR╱VR)、高效能运算芯片(HPC)、软件及网路服务。其中,智慧物联(AIoT)应用多元,制程上不需使用到最尖端前瞻的技术,可能只要90奈米,甚至微奈米等级就可以拓展新应用,成本与门槛不若其他应用高,将刺激中国台湾小型芯片设计公司崛起,以创新应用服务取胜,推动产业多元化发展,创造新一波繁荣。


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