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摩尔定律能吃吗?走得下去吗?

  • 2019-09-18
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1965年,英特尔创办人之ㄧ的戈登‧摩尔大胆假设今后每隔十八个月,半导体製程技术就可以进步让每个电晶体所占的平面面积缩小一半。换言之,如果一个IC晶片所占晶片大小不变,可以塞入的电晶体数目就倍增,可以增加许多功能。

同时由于电晶体变小,电晶体与电晶体间的距离变短,连接用的金属也变细变短,使得电子移动的速度变快,好处多多。

于是整个半导体的供应链上的厂商如生产设备、设计、设计工具、封装、测试等都照着摩尔的假设去经营,时间久了,假设就变成了定律,影响深远。虽然后来十八个月一代的周期放慢到二十四个月,摩尔定律的精神继续演进。当我刚进入业界时用的製程是六微米(或六千奈米),时为1978年。

37年后的今天(2015年)已经可见一年内业界最新的製程将会缩小到十奈米。十奈米的下一代为七奈米,再下一代为五奈米。线宽愈小,造成的新问题就愈多。譬如说漏电现象。当漏电变得很严重时,将无法準确地作出模拟模式(Simulation Model),IC设计就作不下去了。这个问题后经柏克莱加大的胡正明教授团队提出用鳍式场效电晶体(FINFET)代替传统的金属氧化场效电晶体(MOS Transistor)所解决。

摩尔定律能吃吗?走得下去吗?

另一个问题是用以定义电晶体尺寸的光学设备未能与时俱进,只好用旧的机器多曝光几次。本来用一层光罩曝光即可,现在得用二、三或四层光罩。因此光罩成本大增。今天需要用到先进製程的公司及应用已屈指可数,例如智慧手机,高端3D绘图晶片,现场可编式列阵(FPGA),深度学习所需的人工智慧晶片等高複杂度,高闸数的应用。今天做类似产品的新创公司几乎没有了,因为成本太高(工程师薪资加光罩费用),动辄要二,三千万美金才能做成一颗产品。加上市场和其他风险要把公司带上市,需要的资金更高。高到投资人却步,尤其是在美国及台湾。

 假设摩尔定律短期内仍适用,十奈米量产在2016年,七奈米在2018年,五奈米在2020年,由于克服新问题所需要的时间可能会拉长,整个半导体产业产生了很强的危机感。三星及台积电以往都把自己定位为快速的追随者(Fast Follower),两家公司也都有财力、人力去竞争,继续玩下去。

2015年整个半导体产业的产值约三千三百亿美金。整个产业链上的公司多过三千家。当任何一家上市公司营收不能成长,获利下降,甚至亏损时,股价就会大跌。公司应该早做準备以免被迫关门。转型和併购是两条可行的路。

摩尔定律能吃吗?走得下去吗?

当一个产业碰到技术瓶颈时,最常发生的事情就是合併,大併小。併了以后再去芜存菁。今年就有多项大型国际併购案,金额动辄数十亿,上百亿美金。有技术但应用市场在萎缩的公司会寻求併购。无技术差异化又面对萎缩市场的公司就会被淘汰了。

最近大家谈得很多的物联网应用不需要最先进的数位製程技术,减少耗电是最高优先。感应器(Sensor)是个重点,8吋晶圆的需求量会增加,但是物联网还看不到杀手级应用(Killer Applications) ,需要时间将有必要的「物」优先联结起来,在企业界有个观念叫「必备品」(must have)和「有也不错」(nice to have)的产品。当一个新产品刚问世时因为功能不完整或价格昂贵,许多人会觉得可有可无。早期的GPS即是如此。等到价格合理了,功能齐备了,每人都想买一个,就流行起来。今天的智慧手机就是必备品最好的例子。

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