摩爾定律能吃嗎?走得下去嗎?
專欄作家胡國強
2016-09-18 11:08

1965年,英特爾創辦人之ㄧ的戈登‧摩爾大膽假設今後每隔十八個月,半導體製程技術就可以進步讓每個電晶體所占的平面面積縮小一半。換言之,如果一個IC晶片所占晶片大小不變,可以塞入的電晶體數目就倍增,可以增加許多功能。

 

同時由於電晶體變小,電晶體與電晶體間的距離變短,連接用的金屬也變細變短,使得電子移動的速度變快,好處多多。

 

於是整個半導體的供應鏈上的廠商如生產設備、設計、設計工具、封裝、測試等都照著摩爾的假設去經營,時間久了,假設就變成了定律,影響深遠。雖然後來十八個月一代的周期放慢到二十四個月,摩爾定律的精神繼續演進。當我剛進入業界時用的製程是六微米(或六千奈米),時為1978年。

 

37年後的今天(2015年)已經可見一年內業界最新的製程將會縮小到十奈米。十奈米的下一代為七奈米,再下一代為五奈米。線寬愈小,造成的新問題就愈多。譬如說漏電現象。當漏電變得很嚴重時,將無法準確地作出模擬模式(Simulation Model),IC設計就作不下去了。這個問題後經柏克萊加大的胡正明教授團隊提出用鰭式場效電晶體(FINFET)代替傳統的金屬氧化場效電晶體(MOS Transistor)所解決。

 

 

另一個問題是用以定義電晶體尺寸的光學設備未能與時俱進,只好用舊的機器多曝光幾次。本來用一層光罩曝光即可,現在得用二、三或四層光罩。因此光罩成本大增。今天需要用到先進製程的公司及應用已屈指可數,例如智慧手機,高端3D繪圖晶片,現場可編式列陣(FPGA),深度學習所需的人工智慧晶片等高複雜度,高閘數的應用。今天做類似產品的新創公司幾乎沒有了,因為成本太高(工程師薪資加光罩費用),動輒要二,三千萬美金才能做成一顆產品。加上市場和其他風險要把公司帶上市,需要的資金更高。高到投資人卻步,尤其是在美國及台灣。

 

 假設摩爾定律短期內仍適用,十奈米量產在2016年,七奈米在2018年,五奈米在2020年,由於克服新問題所需要的時間可能會拉長,整個半導體產業產生了很強的危機感。三星及台積電以往都把自己定位為快速的追隨者(Fast Follower),兩家公司也都有財力、人力去競爭,繼續玩下去。

 

2015年整個半導體產業的產值約三千三百億美金。整個產業鏈上的公司多過三千家。當任何一家上市公司營收不能成長,獲利下降,甚至虧損時,股價就會大跌。公司應該早做準備以免被迫關門。轉型和併購是兩條可行的路。

 

 

 

當一個產業碰到技術瓶頸時,最常發生的事情就是合併,大併小。併了以後再去蕪存菁。今年就有多項大型國際併購案,金額動輒數十億,上百億美金。有技術但應用市場在萎縮的公司會尋求併購。無技術差異化又面對萎縮市場的公司就會被淘汰了。

 

最近大家談得很多的物聯網應用不需要最先進的數位製程技術,減少耗電是最高優先。感應器(Sensor)是個重點,8吋晶圓的需求量會增加,但是物聯網還看不到殺手級應用(Killer Applications) ,需要時間將有必要的「物」優先聯結起來,在企業界有個觀念叫「必備品」(must have)和「有也不錯」(nice to have)的產品。當一個新產品剛問世時因為功能不完整或價格昂貴,許多人會覺得可有可無。早期的GPS即是如此。等到價格合理了,功能齊備了,每人都想買一個,就流行起來。今天的智慧手機就是必備品最好的例子。

 

 

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