半導體業掌握台灣產業轉型的關鍵

晶片製造是六大核心戰略產業計畫的基礎,特別是在數位與資訊科技領域

蔡英文政府在第一個任期推出五加二產業創新計畫之後,2020年再訂定六大核心戰略產業政策,以因應全球產業鏈的變化,並加速台灣的產業轉型。由於美中關係持續緊張,COVID-19也為全球產業帶來衝擊,自由市場民主國家的關鍵科技產業鏈正在進行整併。自從美國與中國爆發貿易爭端以來,台灣的地位就開始提高,如今出現新的典範轉移,讓台灣的重要性更甚於以往。

台灣晶片產業從設計、製造到封裝、測試的強大實力,在驅動著台灣在全球產業鏈地位的提升。台灣今年第二季出口金額達到1,090億美元,創下歷史新高,其中半導體相關的出口值占30%以上。根據科技部的統計,台灣半導體產業的大本營3大科學園區今年上半年總營業額達到新台幣1.7兆元(約617億美元),比去年同期增加25.2%。

根據台北的產業研究機構集邦科技,台積電依然是全球最大晶圓代工廠,今年第二季的全球市占率達52.9%。台積電6月營收達到新台幣1,485億元,創下該公司史上單月最高數字,8月營收1,374億則是史上次高。

TSMC’s North America Headquarters in San Jose, California. The chipmaking giant’s US$12 billion investment in Arizona could pave the way for broader international expansion.

雖然半導體未被列入六大核心戰略產業,它卻是這項政策成功不可或缺的要素。晶片做為電腦的心臟,是六大戰略產業政策數位與資訊科技部分的關鍵。六大產業中的資安、精準醫療與國防也要仰賴晶片的應用。

蔡英文總統去年與半導體業領袖會面時說,半導體產業是六大核心戰略產業極為重要的部分,也是台灣未來發展第一優先的事項。她說,半導體處在「全球供應鏈的中心地位」,政府將善用台灣半導體產業的優勢,把台灣發展成先進的製造業樞紐。

半官方機構工業技術研究院副總經理暨產業科技國際策略發展所所長蘇孟宗說:「台灣將能受惠於藉著半導體技術的領導地位推動其他相關的應用。」 他指出,這些應用包括5G、人工智慧、物聯網、電動車、醫療、航太、數位匯流及其他包含在六大核心戰略產業當中的技術。

精準醫療有若干具有前景的半導體應用方式,例如陽明交通大學電子工程機和林口長庚醫院的研究人員利用台積電的半導體製程研發出一種可能用來治療帕金森氏症的微型系統單晶片。它被命名為「智慧型可適性閉迴路深腦刺激系統」,可依個別患者腦部獨特的生理訊號給予電波刺激,以緩和因帕金森氏症造成的藥效波動。跟帕金森氏症傳統腦部深層刺激療法相比較,這項新研發的療法更為精準,且可降低耗電量。

Members of a research team from National Chiao Tung University and Linkou Chang Gung Memorial Hospital hold a press conference to unveil its miniature system- on-a-chip used to treat Parkinson’s disease. Photo: CNA

根據科技部網站公布的新聞稿,領導這項研究的專家之一柯明道引述最近的報告說,「腦部深層刺激手術期間記錄的生理訊號可用來預測手術的長期功效以及病人後續的情緒波動」。他並說,「這些結果有助於腦部深層刺激的客製化與精準程度」。

跟台灣半導體產業早期的發展相比,目前的階段涉及在全球多個地區的投資,而不再限於台灣和中國,這項轉變的背後有客戶需求與地緣政治的雙重因素。台積電決定投資120億美元在美國亞歷桑那州成立晶片製造廠,就是一個實例。它將是台積電在台灣之外最大的投資案,規模遠超過海外第二大廠。台積電70%的業務來自美國,但若非美國決心要在本土發展更堅強的半導體供應鏈,台積電在亞歷桑那州設廠一事可能就永遠不會發生。做為美國軍方的主要供應商,台積電是少數與美國合作在美國境內開發先進晶片的公司之一,另一家是英特爾。

蘇孟宗說,亞歷桑那的晶片廠可能為台積電和美國帶來長遠的利益。他說:「台灣半導體產業可與美國創新產業生態圈其他的部分接軌,利用比原本大得多的國際人才庫在當地展開先進的研發工作。」從華府的觀點來看,「更為本土化的半導體(價值鏈)會在美國建立具有韌性和安全的產業鏈,對美國經濟和就業有所助益」。

亞歷桑那州的投資案可能代表台積電將進一步向海外發展。由於全球都在發生晶片短缺的現象,各國政府和企業都急欲確保晶片供應。加州高德納諮詢公司負責半導體產業的副總裁王團說:「台積電如果在政府的支持下能確保有50%的利潤,那麼到國外找尋商機就是正確的選擇。它可以走出台灣,分散市場,因為台灣是個相對小的島嶼,資源有限。」

到日本設廠是一個選項。有報導說台積電將於2023年首度在日本設廠,提供晶片給該公司在日本最主要的客戶索尼。據Nikkei Asia報導,計畫中的台積電日本廠將設在南部的九州島,以28奈米技術每月生產大約4萬片晶圓。以這個技術生產的晶片可用於消費電子產品、影像處理器和車用微控制單元。

王團說,台積電可利用日本在基本材料研發方面的優勢以及與索尼的密切關係發展封裝技術。

台灣是德國汽車工業主要的晶片來源,因此德國是台積電拓展海外版圖的另一個可能地點。台積電董事長劉德音在7月的股東會上說:「有關在德國設廠的事,我們在認真評估,但目前仍屬非常早期的階段。」

薩克森矽谷執行長貝森柏格8月接受中央通訊社訪問時,強調德勒斯登半導體聚落的優勢。薩克森矽谷是晶圓代工廠格羅方德、汽車電子晶片製造廠英飛凌和汽車零件供應商勞勃‧博世等企業的重要生產基地。王團說:「歐洲很缺微控制單元,而台積電的技術遠超過其他競爭者。」

保持優勢

由於本地半導體企業享有技術優勢,台灣可望在未來幾年保持在這個產業的領先地位。而這個形勢將讓台灣在人工智慧、5G、物聯網和邊緣運算等新興科技方面獲得相當大的市占率。

集邦科技分析師喬安指出,配合物聯網和5G運用,電子產品需要更快的數據傳輸速度和更好的性能,因此這些產品內含的晶片也必須體積更小、耗電量更低。因此製造技術必須演進,以便能生產越來越進步的晶片。據集邦科技說,台積電在低於和包含1X奈米先進製程的市占率達到70%,南韓的三星占30%。

喬安說:「台灣的無廠半導體公司不僅透過科技定標與節點收縮對客戶提供PPA(性能、功耗與面積)優勢,在矽晶片全面智慧財產權核以及長期產品開發服務方面也是無人能及。台灣的競爭者短期之內不太可能在這些領域獲得突破,並追上台灣的晶圓企業。」

對台灣的IC設計產業來說,前景就不那麼樂觀。隨著美中關係惡化,原本依賴美國供應商的中國晶圓廠改找台灣企業,聯發科技與聯詠科技因而獲益,但台灣企業若依賴中國市場,對他們的長期發展可能有負面效應。中國政府在努力發展晶片自給自足的能力,到目前已對兩個由政府支持的基金投注560億美元的經費。

半官方的資策會產業情報研究所資深分析師鄭凱安說:「就短期來說,台灣的IC設計產業似乎因為美國決定與中國脫鉤而獲益,但因為中國在積極發展自己的IC設計產業,長期來說,台灣在這方面將面對來自中國的強力競爭。」

王團說:「只要外國公司有技術優勢,中國都會開門迎接,一旦他們可以自己來,就開始把門關上。」他舉例說,一旦華為旗下的IC設計公司海思半導體的技術水準能跟得上聯發科,華為可能就會改向海思半導體購買晶片,而不再向台灣企業下單。

但中國半導體產業要趕上台灣,會需要時間。工研院副總裁蘇孟宗說,台灣的技術領先至少5年,而美中技術脫鉤可能會打擊中國開發6G和量子計算等新一代技術的能力,「影響將持續到2030年」。 他說,因此,「競爭態勢在未來10年不太可能會有很大改變」。

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