鄭秀玲/台大經濟系兼任教授
近期美國總統候選人川普頻頻對外聲稱台灣搶走了美國晶片生意,事實上台灣半導體產業是成就美國科技霸主的關鍵幫手,詳述如下︰
一、台積電專注在美商不擅長的晶圓代工製程創新,台美相輔相成
一九八○年代後期我的博士論文探討美國半導體產業的競爭力,當時日本業者製造出比美國同業更物美價廉的記憶體,出口至美國。美國政府以反傾銷稅保護其國內業者,但終究無效。當時賓州大學Mansfield教授研究發現美國業者大都將其研發資源放在產品創新,反之,日本業者則著重在製程創新。
台積電自一九八七年成立迄今已卅八年,其業務是幫全球無晶圓廠的IC設計業者設計出來的複雜電路圖製成晶片,用於個人電腦、手機、物聯網感測器、自駕車、先進武器和AI大型語言模型訓練等。他們投入的研發資源都投注在如何改善晶片製造良率的製程創新。這是美國業者不喜歡也不擅長的製程創新領域啊!
二、台積電長期花巨資在晶圓製程研發和創新,才贏過三星和Intel大廠
台積電初期只是一家中型晶圓代工公司,受限於資源及研發人力競爭不過Intel和Samsung等大型IDM(Integrated device manufacturer)公司,即從上游的IC設計、中游晶圓製造和下游IC封裝等都在大公司內完成。台積電花了廿五年埋首努力並推出廿四小時三班研發及製造工程師輪班制,數萬名員工不間斷進行晶圓製程研發和製造,終於於二○一一年在廿八奈米晶圓製程及良率上超越了Samsung。TSMC後續領先開發的廿奈米製程更成功獲得 Apple 公司當時最新手機及筆電晶片A8處理器訂單迄今。
長期以來,TSMC堅持每年研發投入費用占其總營收八%; 其二○二三年研發經費高達六五三億美元,比美國MIT 全年預算廿億美元高出許多,才能成為今日全球晶片製造霸主。全球找不到第二家公司願意長期花巨資專注在晶圓製程創新啊!從我們團隊蒐集台積電、Samsung 和 Intel 於 二○○一年初至二○二三年底所獲美國專利商標局核准在半導體專利技術類別(H01L Semiconductor devices not covered by class)的專利數表現可見一斑︰台積電有三五五九一筆專利、Samsung有一六○八○五筆及 Intel 有二七六七七筆。台積電此類專利占其全部專利數的比重高達八十%以上,反之,IDM廠 Samsung 和 Intel 的 H01L 類專利占其專利比例約在十%至卅%之間,均遠低於台積電。
三、全台半導體業者群策群力像一家IDM大廠
TSMC另一成功關鍵是與台灣在地供應鏈的長期緊密合作,以致其製造成本相對低和生產效率高的主因之一。根據ITIS《二○二三半導體產業年鑑》報告,二○二二年台灣整體半導體產業上中下游廠商共有三一四家,包括 IC 設計廠商二六二家、晶圓製造商十五家、封測廠商卅七家以及光罩、基板、導線架、晶圓材料等廠商。經過近四十年來不斷的努力,在地化供應鏈的垂直分工生產模式,台灣半導體產業像一家類IDM大廠,才能在全球市場表現亮眼。
四、 台灣半導體產業是成就美國科技霸主的關鍵幫手
台灣半導體產業成就了美國成為全球半導體產業的龍頭地位︰美國半導體公司營業額約占全球的四十八%,遙遙領先其他地區,包括美國的無晶圓IC設計總產值全球第一,其中輝達、博通、AMD、高通和邁威爾等前五大公司的產值就高達四.八兆美元;半導體設備產業產值也是全球之冠,其應材公司是全球最大半導體製造裝置和服務供應商。
台積電早在二○○九年就投入一億美元設備及四百位工程師進行先進封裝(CoWoS)研發,近年才正式跨入此下游封裝業務。台積電和其他三星和Intel等IDM廠競爭,其總產值只占全球半導體產業產值的廿八%而已,惟在全球AI晶片製造的市佔率高達九成。台積電之所以能成就了現在美國市值第二大公司NVIDIA設計出最強AI Blackwell超級電腦,乃因為其AI晶片中必備的台積電先進封裝技術和海力士的高頻寬記憶體(HBM)是台韓這二業者常達十三年合作研發出來的,以及多家台廠的投入。NVIDIA創辦人黃仁勳一再強調沒有台灣,就沒有今天的NVIDIA並正和台廠們共同推動未來的AI產業革命。
AI技術攸關各產業數位化升級及各國軍力提升。台積電邏輯先進技術已實現單一晶片上超過二千億個電晶體,其前董事長預期未來透過3D封裝可達到超過一兆個電晶體!目前 AI 晶片製造大都採用台積電三奈米等先進技術,若單靠美商英特爾產能,未來美國AI算力技術可能與中國業者接近,遲早會輸掉AI競賽及商業與軍事設備優勢。因此,吾人深信美國未來若要繼續維持其在生技醫藥、國防和資安軟體等產業的科技霸主,勢必需和台灣半導體業者緊密合作。
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