台積電赴美投資的新天地
郭永興／台中科技大學國貿系教授

傳聞已久的台積電美國新投資案，昨日塵埃落定。台積電公告將前往亞利桑那州，設立先進製程五奈米製程晶圓廠，該晶圓廠將於二○二一年動工，於二○二四年開始量產。國內媒體評論這項投資，大多認為是中美霸權爭霸戰下，台積電被迫選邊站，不得不在高成本的美國設廠，是一項「忍讓為安、委曲求全」的決定。

說台積電美國新廠涉及中美霸權抗爭，是一點也不為過。台積電宣布設廠之後，美國國務卿龐培歐（Mike Pompeo）立刻在推特上表示歡迎，他寫道美國歡迎台積電來美國投資，設立最先進五奈米晶圓廠，在中國試圖霸占先進技術和控制關鍵產業的時局下，這筆交易能加強美國國家安全。

台積電是世界邏輯晶片製造技術最領先企業，最新製程的五奈米晶圓，將在今年第二季開始量產（有可能因疫情影響而延後一些），領先第二名韓國三星電子至少半年以上。現在美國確定將世界最先進的台積電工廠，拉進美國生產，為美國產業與國防工業服務，這是一件很有面子的事情，也難怪國務卿要在推特上大書特書。

而台積電在美國投資，將面對高成本問題，這也是事實。資深半導體產業分析師陸行之在臉書表示，美國缺乏晶圓代工製造所需要的效率，工程師也很難每天廿四小時輪班工作及研發；早在十年前，他就估算出英特爾的美國廠晶圓製造成本是台積電的兩倍以上，主要關鍵就在於良率、產能利用率、半導體上中下游群聚效益及工作效率差異。陸行之分析台積電已經在華盛頓州投資的WaferTech八吋晶圓廠，一直沒擴廠就可以知道，在美國做晶圓廠的經濟效應不佳。

陸行之認為，台積電最佳的商業策略是，「做個樣板廠，弄個研發及銷售團隊，糊弄一下美國政府勉強可以」。而台積電公布投資計畫後，陸行之認為台積電策略正確：「還好是個樣板廠，每年投資十三億美元，占台積電資本開支連十％都不到」。

從生產規模來看，美國新廠被稱之為樣板廠，實在不為過。以台積電為五奈米量身打造的台南Fab 18超大晶圓廠（GigaFab），預估等到三座晶圓工廠產能全面開出時，五奈米晶圓年產能可超過一百萬片，即是月產能超過八萬片。而美國亞利桑納州新廠，等到產能全面開出時，月產量只有兩萬片。

然而，台南的五奈米晶圓廠，主要產品是消費性電子晶片，客戶主要是輝達（NVIDIA）、超微（AMD）、博通（Broadcom）、聯發科等消費性電子ＩＣ設計大廠。而亞利桑納州新廠，預計主要買家之一是美國的軍工產業。目前台積電在台灣的晶圓工廠，也有生產晶片供Ｆ-35戰機使用，美國希望其國防工業所需的高端晶片都能在美國境內生產，這也是硬要把台積電先進製程晶圓廠拉進美國的重要因素。

軍工產業所需晶片與一般民生消費電子有很大的不同，少量多樣與高單價是其特性。試想，一台iPhone手機最貴也不過四萬台幣出頭，而一個F-35戰機專用頭盔的單價就高達四十萬美元（約台幣一千兩百萬元）。再者，軍工產業用晶片，也多為航太產業採用，這又是另一個高門檻、高單價的晶片產業。

由此看來，台積電的美國新廠，有可能是應付美國壓力的一個樣板工廠，但也有可能是台積電更深入美國軍工、航太產業的新據點，為台積電的發展帶來新天地。

想像你正在經營一間科學園區，園區內土地雖然小卻實力強大，屬於勞力與技術密集的經濟體，科學園區還住著一大群的工程師，你的公司得靠工程師輪班撐起產品的出貨量，所以越多的工程師產量就越高，但你需要在園區內提供住宅給工程師居住。

當房子堆滿了園區，再也蓋不下任何一間房子時，園區就無法再招募更多的工程師，但你還是要持續提昇產能來讓自己更有錢。

身為慣老闆的你該怎麼辦？當然是蓋更高樓層的房子啊，還要在大樓內塞入更多公共設施，讓工程師可以全方位幫你賣命。

IC 設計就像土地規劃，如果地上擠滿了房子，那就往高樓層蓋。

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異質整合就是這樣情況下的產物，過去摩爾定律還有效時，半導體可以靠更先進的製程在同樣的晶片面積塞入更多的電晶體來提昇晶片效能，但是當電晶體的體積逼近物理限制時，像是台積電的 7nm 、 5nm 到 3nm 就已經在接近極限了。

為了持續性能突破，業界就朝向立體的晶片發展，同時要在單一晶片加入更多功能，朝獨立系統前進。

針對異質整合，我與國際半導體協會 SEMI 合作撰寫了一系列共四篇的文章，從概念、商業應用到挑戰，如果你對接下來半導體未來五年的趨勢有興趣，請務必參考：

系列文章連結：https://kopu.chat/tag/semi/

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另外廣告一下，如果你對異質整合想要更深入探討， SEMI 即將在 9 月 18 至 20 日舉辦國際半導體展 SEMICON ，論壇將由產、學、研各界專家分享，下方連結的此報名頁面已預先勾選好今年展期間異質整合相關的論壇活動，包含2019 系統級封測國際高峰論壇、半導體先進檢測與計量國際論壇、先進測試論壇等。

若只想報名其中幾場或是想一起報名其他論壇，報名者可以自行取消勾選或追加勾選，點進去有分付費及免費的場次，如果有興趣再依照自己的需求選擇吧！

【2018 暑期實習生 實習心得分享】
讓我們來看看來自美國Texas A&M University化工所同學Timothy Dai ，分享台積兩個月的實習生活吧 !
六年前進入台大化工系就讀的時候，我已經非常確定未來要進入產業界，也始終以成為一位合格的工程師為努力的方向。然而，即便在念完碩士班一年級之後，對於製程工程師實際上的工作範疇仍是非常模糊。因此，這個暑假有寶貴的機會可以進來台積電CVD製程課實習，最大的目標就是認識並參與在薄膜製程部門所負責的日常工作內容。除此之外，也希望透過實習更深入了解半導體產業、半導體的各段製程，以及台積電的公司文化。

這一次在CVD製程實習，恰逢廠區全力拚產能的階段，因此，實習主要參與的工作內容大多與預防和降低製程defect有關。原本以為需要長時間在無塵室工作，但其實大多是在辦公室遠端進行數據分析。在Fab tour之後，我才知道先進製程廠區的無塵室自動化比例已經超過90%。有娃娃機這樣的設計和各樣的線上操作系統，不只是讓工程師不再需要長時間待在Fab裡面，也可以提升工作效率和降低人為出錯的機會。

剛進去實習時什麼都不會，交接會議也聽不懂。不過，在每天不斷地問問題和跟在學長姐身邊學習，我慢慢可以開始跟別人解釋製程比較深入的問題，也可以在討論中提出一些自己的看法，實習最大的收穫，是觀察並吸收學長姐解決問題的方法和處事的經驗，這些是網路上找不到的，也是即便在實習結束之後還可以帶著走的。另外，HR安排的課程和演講，讓我對於半導體其他段的製程以及整體的發展有更進一步的認識，在聽過這些演講之後，我開始體會到台積電所做的不只是努力搶訂單，提高良率效能，然後分紅可以拿到多一點，而更是可以對人類的生活產生很大的影響力。

兩個月的時間不長，雖然無法深入了解製程，但仍有初步的認識。平時學長姐很忙，不可能隨時指派我工作，因此積極的態度很重要。不論是主動問問題或是跟著設備課學長一起進Fab學習，都盡量不要浪費實習寶貴的機會。在台積電實習「好不好」？我認為「好不好」在於你對實習的期望是什麼。先前在我的印象中，半導體就是很賺錢的產業，而台積電只跟輪班畫上等號。這兩個月的實習完全打開我的眼界，改變我的許多想法，我更認識半導體產業的製程和發展、台積電的企業文化和核心價值、以及製程工程師的工作責任。在兩個月的實習之後，我覺得半導體是我畢業之後會想要嘗試的產業，而成為一位製程工程師也是我會想要發展的方向。