星期一, 8 月 15, 2022

自由共和國》林修民/日本自建2奈米工廠 仍無法撼動台積電 也無法成為台灣有事的備案

筆者認為日本自行設置2nm半導體製造基地窒礙難行,不只無法撼動台積電的位置,更是無端浪費資源。(路透檔案照)

林修民/東吳大學講師

根據日經亞洲六月十五日的報導,日本將跟美國合作最快在二○二五年於日本國內設立最先進二奈米(nm)的製造基地,因應各國都在加速下一代商業化晶片的競賽。東京和華盛頓會互相支援技術和合作,而商業公司則追求設計與量產的工作。可行的方法是日本與美國業界設立新的合資公司,或者日本公司自行設立的一個新的製造基地,而日本經濟產業省將補助研發和資本資出。

許多評論皆認為劍指台積電而來,甚至更上綱到台積電甚至整個台灣將成為美日的棄子,但筆者認為日本自行設置2nm半導體製造基地窒礙難行,不只無法撼動台積電的位置,更是無端浪費資源。因為日本政府想要的結果是日本能夠自行生產用於資料中心運算晶片與旗艦手機晶片,但此計畫最可能的結果只是產生一些論文以及專利收尾,完全無法達到日本政府的期望。

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研發就好與還是能商業量產化

根據日經的報導,追求研發設計與量產(Pursue research on design and mass production)這句真的充滿學問。對業界實務而言,這句話涵蓋超廣。因為對於半導體產品而言,實驗室有結果發論文到可以量產完全是兩件完全不同的事。因為實驗室能夠做出樣品只需要考慮工程科學研究就好,但量產則是完全取決於市場,也就是說市場能不能接受才是量產的主要因素。

如果產品在製造工廠的良率過低,那單位成本就會非常高,超過市場能接受的能力就達不到量產的標準,這種例子在半導體界歷史上比比皆是,最近人盡皆知的例子就是intel在14nm與10nm連續好多年都良率達不到量產標準,導致規劃的產品不斷延遲,最後拱手讓出先進製程王座給台積電。

筆者對日本的技術研發能力絕對非常有信心,與intel相同、在九○年代開始日本的記憶體與intel的CPU技術就是筆者那個年代年輕時膜拜的對象,可惜的是日本對於減少量產成本的能力比intel更早被人詬病,甚至被日本人自己人批評缺乏量產低價化的能力才是日本半導體失落的主要原因(湯之上隆、日本製造業的敗北)

2nm代表的是產業環境,不只是

閘級或是鰭(Fin)的寬度

在日經報導日本經產省的計劃中,對於2nm製造工廠就能製造用於資料中心超級運算電腦或是旗艦級手機晶片直接連結恐怕有些誤解。光是只有能製造2nm 的電晶體是遠不足夠生產模擬彈道資料中心的電腦晶片。

現今先進的晶片都已經是以小晶片(chiplet)搭配先進封裝技術,就純以運算晶片至少要涵蓋記憶體連接技術。就像台積電以CoWOS或是intel 的EMIB來連結不同的製程技術的小晶片或是記憶體。就連旗艦級手機晶片也需要先進封裝、例如從iPhone 7以後採用的inFO封裝技術。除了先進封裝,一顆先進晶片還需要電腦輔助設計(CAD)的支援,甚至比較低階的製程技術以支援不同的模塊功能。遠非只是一顆電晶體或是靜態隨機存取記憶體(SRAM)只要能達成2nm閘級或是鰭(Fin)寬度即可。

日本國家與產業安全

除了上述因素,日本仍缺乏IC周邊的環境產業外(日本目前在半導體業的強項是設備與材料),經產省設定與國家安全的連結其實也有疑問。誠如日本政府所言,先進2nm晶片將用於資料中心運算與旗艦級手機連結國家安全。事實上日本目前並沒有上述的晶片設計公司,就算設立了2nm製造工廠,還是要倚靠來自美國或是台灣的設計訂單,資料中心運算晶片設計目前有美國(絕大多數為x86架構),而旗艦手機晶片目前只有(台灣、美國與韓國),上述沒有任何一家是日本廠商,日本政府如果要依照國家安全達到完全自製恐怕還要另外成立大型的晶片設計公司才可。

台灣有事等同日本有事

相較於目前7nm以下的晶片代工,台灣佔全球九成以上。一旦台灣有事,全球高階晶片將遭到重大短缺打擊。事實上的確如此,但如果日本政府因此決定自建先進晶片廠,恐怕無助改變結果。誠如日本前首相安倍晉三去年十二月所言︰日本的先島群島、與那國島離台灣不過一百公里左右,武力侵犯台灣是對日本國土的重大危險。一旦台灣遭到佔領,不只日本的2nm晶圓廠馬上成了目標,連日本主要賴以維生的原油路線也會遭到重大威脅。

而根據日經亞洲的報導,中國在新疆沙漠地區放了一個E-767空中預警機(AWACS)的模型,專家分析是為了攻擊日本而作為練習,顯然台灣一但遭到攻擊,把周邊日本含嘉手納基地甚至阻絕美國航母戰鬥群介入也已經被視為一種可能的攻擊方案。故日本自建2nm晶片廠只是多一個一旦台灣有事可能被攻擊的廠而已。

吾人絕對相信日本先進研發能力,有足夠的時間也有足夠的經費支持絕對可以誕生全球最先進的晶片廠,只是如上述分析要達成日本完全自製上述先進晶片,以日本政府二○二一年計劃以六千億日圓補助先進半導體為例,筆者認為這金額遠遠不足支撐建立以及營運一座2nm晶片工廠,如果連資料中心的運算晶片設計或是旗艦手機晶片設計公司也考慮,六千億日圓(五十二億美元)恐怕連十分之一都不夠。

台灣目前有全球最完整的半導體產業環境,不只有先進晶片製造公司還有周邊設備物料供應,甚至包含上游的晶圓供應以及下游半導體出海口的資通訊業。對於日本而言,要穩固國家安全又能以最經濟效率達成就是與台灣建立更穩固的關係,自建先進半導體工廠實非上策。

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