留美工程師帶動台灣產業轉型 BBC:台灣打造晶片王國的秘密武器

產業動態

英國國家廣播公司《BBC》12月17日刊登一篇文章指出,今天台北既富裕又時尚,台灣2022年人均GDP首次超越南韓,這些經濟成績一大部分要歸功於比指甲還小的微薄晶片,現在台灣以晶片製造聞名全球,台灣打造晶片王國的秘密武器是美國技術與台灣耐勞聰明的人才。

文章一開始,時間回到1969年夏天,現任工研院院士史欽泰當時只有23歲,他搭上飛美國的飛機,飛往一個不同的世界。

留美工程師帶動台灣產業轉型

他在被甘蔗田包圍的高雄縣漁村出生長大,後來考上台大電機系,到台北讀書時街道塵土飛揚,公寓大樓灰色,路上很少有汽車。

23歲的他要去美國普林斯頓大學,當時美國才將太空人送上月球,波音747首次飛上天空,美國的經濟規模比蘇聯、日本、德國和法國的總和還要大。

「當我下了飛機,我很震驚美國的現代化,我心裡想:台灣這麼窮,我必須做點什麼,盡力幫助它變得更好。」現年77歲的史欽泰回憶說。

他做到了,史博士和一群雄心壯志的年輕工程師將大宗出口蔗糖和T恤的島嶼轉變為電子業王國。

今日台灣高鐵以最高時速350公里奔馳西海岸,運送乘客。曾經是世界上最高建築的台北101大樓高聳於信義商圈,象徵台北的繁華富裕。

台灣2022年人均GDP首次超越南韓

台灣2022年以人均GDP 3萬2,811美元,超越南韓的3萬2,237美元,大部分歸功於每項科技的核心:晶片,現在全球晶片有一半以上是台灣製造的,最大的晶圓代工廠商台積電(TSMC)是全球市值第9大上市公司。

因此,台灣幾乎不可取代,卻很脆弱。由於北京擔心可能被切斷最先進晶片的供應,中國正豪擲數十億美元來竊取台灣的晶片技術,或者它威脅要以武力統一台灣,來吞併台積電。

不過,台灣晶片業達到今年超級巨星之路不容易複製,因為台灣有一種秘密武器:經過數十年辛勤工作磨練出來的工程師。儘管製造業依賴兩岸經濟聯繫網路,但是持續升級的中美競爭現在試圖破壞這種聯繫。

史博士說他就讀普林斯頓大學時,「美國剛開始半導體革命。」

當時,距離諾伊斯(Robert Noyce)1959年首次造出「單晶片電路」,將電子元件封裝在單片矽片上,這是啟動個人電腦革命的微晶片早期版本。

1970年代末,他與台灣最優秀、最聰明電機工程師在新成立的研究實驗室工作,這個名稱聽起來老氣的工研院將在重塑台灣經濟方面發揮巨大作用。

台積電的南科3奈米廠開始量產

巨星之路始於小城市新竹科學園區,如今已成為全球電子業中心,以台積電的大型晶圓廠為主,這些晶圓廠都有幾個足球場那麼大,堪稱地球上最乾淨的地方,精細的製造細節是嚴格保守的秘密,不允許使用外部攝影機。

台積電最新的晶圓廠位於台南,耗資約200億美元,這座18廠今年開始生產用於蘋果下一代iPhone的3奈米晶片。

這一切成就都遠遠超越史博士和同事在1970年代開設實驗工廠的想像。當時他們充滿希望,因為他們獲得美國一家主要電子產品製造商的技術授權,但是令大家驚訝的是,該工廠的表現優於其母公司。很難解釋其中的原因,直到今天,台灣晶圓廠成功的確切方程式仍然難以捉摸。

史博士淡淡的回憶說:「產量比原來的RCA工廠更好,成本也更低,因此,這給了政府信心,也許我們真的可以做點什麼。」

首先,台灣政府為聯電提供初始資金,然後在1987年為台積電提供資金。

政府對聯電與台積電提供初始資金

為了營運該公司,他們聘請美籍華裔工程師、美國電子巨擘德州儀器公司前高階主管張忠謀,要麼是他運氣,要麼是他天才,或者兩者兼而有之,今年93歲的張忠謀被稱為「台灣半導體之父」。

當時,他很快就意識到台積電最好是幫別家公司製造晶片,而不是自己設計晶片。在1987年這種聞所未聞的「代工模式」,改變產業格局,為台灣成為晶圓代工王國鋪平道路。

接下來的時機再好不過了,矽谷崛起一批新創公司,包括蘋果、高通、輝達、高通、超微(AMD),他們沒有資金建造自家的晶圓廠,很難找到製造商來生產晶片。

「他們必須找領先的半導體公司,詢問他們是否有多餘的產能可以利用,但是後來台積電出現了。」史博士表示。

現在,加州的「無晶圓廠」公司可以與台灣的晶片製造商合作,而台灣的晶片製造商沒有興趣竊取美商的設計或與他們競爭。

台灣晶圓廠良率世界第一

「台積電立下第一條規則就是不要與你的客戶競爭。」史博士說。

全球每年生產超過一兆顆晶片。一輛現代汽車使用1,500到3,000顆晶片,一支iPhone 12智慧手機內建約1,400顆半導體。

台灣晶片業成就非凡,超過數十億顆晶片和幾乎所有最先進的晶片都由台灣出貨,有能力掌控生產數量,換句話說,台灣晶片製造業的效率令人難以置信。

最重要的關鍵在於晶圓良率,1970年代美國公司的晶圓廠良率最低為10%,最高也只有50%,1980年代日本晶圓廠的良率平均為60%,而台積電良率高達80%左右,超越所有美商、日商。

隨著時間的推移,台灣晶片商已經成功將更多電路塞進了令人難以置信的更小空間。使用最新的極紫外光刻機(EUV),台積電可以在單一微處理器上蝕刻1000億條電路,相當於每平方毫米蝕刻超過1億條電路。

作業員與工程師都願意值夜班

史博士認為這很簡單:「我們擁有全新的設施,配備最先進的機台。我們招募最好的工程師,機台作業員都技術精湛。然後我們不只是引進技術,我們向美國老師學習,吸收新技術並不斷改良。」

在台灣最大電子公司工作幾年的年輕人對此表示同意:「我認為台灣公司不擅長在技術上取得重大突破。但我們非常擅長採納別人的想法,並使它變得更好,這是可以做到的,只要通過反覆測試,不斷調整小小細節。」

這是很重要步驟,因為在半導體工廠裡面,機台需要不斷校準。製造微晶片是複雜的工程,但它還不止於此,有些人將製造晶片比作烹飪,就像一場美食盛宴,為兩位廚師提供相同的食譜和食材,其中更好的廚師會做出更好的菜餚。