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台湾集成电路产业发展史 一场始于豆浆店的产业

  工研院产业趋势与经济研究中心(IEK)统计,2017年中国台湾半导体产业链产值达新台币2.46兆,全球排名第三,在专业晶圆代工制造领域更长期独占鳌头。这些傲人的成果,始于40多年前,由政府与工研院共同推动的「集成电路计划」,不仅将集成电路技术引进中国台湾,也翻转了中国台湾的产业经济结构。

  ▲工研院超大型集成电路(VLSI)厂房,于1987年公开招标租予台积电,是台积电发展最初的起点。

  2018年是集成电路(Integrated Circuit;IC)发明60周年,走过一甲子,IC驱动了世界快速演进,包括电脑、通讯、家电、汽车等3C产品都少不了它。随着集成电路产业不断制造出更强、更快、更小的晶片,它实现了无处不在的运算,在可预见的未来,汽车自动驾驶不再只是科幻想像,而智慧家庭、智慧厂办、智慧交通、智慧城市的梦想实现不再遥不可及。

  集成电路产业引领科技不断创新,中国台湾身为半导体设计与制造的重镇,不仅上、中、下游产业链整合完整,更首创专业分工模式,打造出晶圆、IC封测代工业,以打群架、技术领先的模式,带动全世界集成电路产业蓬勃发展。

  时光回到1974年,当时中国台湾以劳力密集的轻工业、加工出口业为主,面临产业已发展成熟,且第三世界国家崛起,拥有大量低廉劳力,中国台湾面临寻找下一世代接棒产业的转捩点。

  2月,在台北市南阳街小欣欣豆浆店中,聚集了当时中国台湾政治财经界重量级人物,包括行政院长费骅、经济部长孙运璿、电信总局局长方贤齐、交通部长高玉树、工研院院长王兆振、电信研究所所长康宝煌,以及力主中国台湾发展集成电路产业的美国无线电公司(Radio Corporation of America;RCA)研究室主任潘文渊。

  他们一边吃早餐一边进行早餐会报,在讨论之中决定以集成电路技术作为产业发展蓝图,勾勒出中国台湾未来转型高科技产业的愿景,并决定以最有效率的方式自美国寻求合作伙伴,引进集成电路研发、制造、封测等技术,以争取时效。

  1974年7月,潘文渊专程回台,在圆山饭店闭关一周撰写「集成电路计划草案」,写完后于第一时间送达经济部,孙运璿随即召开专案会议,并在8月17日正式核定该计划。

  随后潘文渊在美国召集海外学人组成电子技术顾问委员会(Technical Advisory Committee;TAC),并遴选RCA公司作为技术转移的合作伙伴,选定引进集成电路中的「互补式金属氧化物半导体」(Complementary Metal -Oxide-Semiconductor;CMOS)技术,同时在工研院成立电子工业研究发展中心(后扩大为电子工业研究所),作为发展「集成电路计划」的执行单位。

  工研院看好当时民生消费及通讯等产品在未来的发展趋势,选定以电子表作为验证技术成果的载具,「但我们所有投入的专家、学者、人才、主政者都不只是将这个计划当作科专计划,做出电子表就结案,而是一开始就规划完完整整地将集成电路技术引进,让中国台湾日后能拥有自主研发与生产的能力!」当时担任计划主持人、工研院电子工业研究发展中心主任的胡定华,一语道出所有加入计划的参与者,积极投入擘划未来远景的雄心壮志,希望打造以集成电路为基础的资讯电子产业,燃亮中国台湾产业的革命之火。

  计划拟定后,团队即刻开始招兵买马,当时在美国普林斯顿大学攻读博士毕业的史钦泰、杨丁元、章青驹等人,放弃在美国工作的机会,回国加入工研院,投身集成电路计划的引进,并分成设计、制造、测试、设备4组,由他们担任赴美国RCA公司取经团的领队。

  1976年4月,经过招募培训的19人团队,怀着兴奋、紧张,以及期待的心情,出发前往美国。当年那群30岁上下的年轻小伙子,不负所望地将集成电路技术成功带回中国台湾,如今,他们皆成为中国台湾电子科技业中重量级人物,各自拥有一片天,持续为中国台湾经济打拼。

  现任台积电副董事长的曾繁城,为当初第一批赴美的19人团队之一,他回忆道,「当时我们很都年轻,怀抱着无比的热情,想要把中国台湾的集成电路技术做起来。」史钦泰亦相当肯定RCA技转计划的成果,他表示,「RCA技转计划为中国台湾建立自行研发技术的信心。」有别于过往中国台湾产业以制造加工业为主,RCA计划的成功,让社会及国人发现,中国台湾有能力自行研发技术,进而坚定转往高科技产业发展的目标。

  1977年10月,工研院打造的全中国台湾首座集成电路示范工厂正式落成启用,当初赴美受训的人才返国投入生产研发。示范工厂采用7.5微米制程,产品良率在营运的第6个月已经高达7成,远高于技术转移母厂RCA公司的5成,技术成效超乎预期,甚至让中国台湾跃升成为全球第三大电子表输出国。

  由于示范工厂营运成效良好,为将技术落实产业化,决定在1980年以衍生公司的方式,设立中国台湾第一间半导体制造公司联华电子,并移转4吋晶圆技术以及研发团队,转任联电研发制造,其中包括后来担任联电董事长的曹兴诚。

  「集成电路计划」10年后,美、日、韩均已看出集成电路对国家发展的影响重大,无不积极投入,国际间兴起技术保护主义,让中国台湾很难再自海外技转。

  1984年工研院接下「超大型集成电路(VLSI)计划」,自行投入研发,隔年即邀来曾任美商德州仪器全球副总裁的张忠谋,担任工研院院长。中国台湾第一座6吋集成电路实验工厂于1986年正式完工,为发挥实验工厂的经济效益,在张忠谋的建议与当时政务委员李国鼎的支持下,1987年衍生成立中国台湾集成电路制造公司,将VLSI计划的设备与人才移转给台积电,并首创专业晶圆代工模式,充分发挥中国台湾在制造方面的优势。

  台积电很快发展成为全球举足轻重的晶圆代工厂,并大幅改变产业生态,逐步走向垂直分工模式。有别于早期半导体公司以IDM厂居多,自行包办从IC设计到产品制造的所有程序,晶圆代工模式成功后,设计公司只要专注做好产品设计,再委托代工量产即可,不必投资设立花费甚巨的晶圆厂。

  1990年代开始,中国台湾半导体产业链逐渐完备,在各领域的代表性公司除台积电、联电之外,还包括日月光控股(合并矽品)、联发科、群联、稳懋、旺宏、华亚科、南亚科等,携手为中国台湾缔造出傲人的兆元产值。

  此外,随着个人电脑快速成长,负责资料处理及运算的「动态随机存取记忆体」(DRAM)需求大增,政府因此在1990年委托工研院执行「次微米计划」,延揽当时在美国贝尔实验室任职的卢志远,担任计划主持人,负责研发DRAM制造技术,以4年半的时间发展出8吋晶圆0.5微米的制程技术,让中国台湾跻身世界半导体技术的领先群。

  中国台湾发展集成电路技术以来,垂直分工与产业群聚的特色,使得中国台湾拥有弹性高、速度快、客制化服务、低成本的特色,且以晶圆代工为主的模式与全球半导体产业结构不同,这也是中国台湾半导体产业独有的竞争优势。 2017年中国台湾半导体产业链的产值结构中,晶圆代工占49%、IC设计产业占25.1%、IC封装测试产业占19.4%、记忆体产业占6.5%,总产值达810亿美元,仅次于美国、韩国,全球排名第三。其中中国台湾又以晶圆代工领域的市占率最高,全球排名第一,占7成以上,产值达397亿美元,成就傲人。

  目前半导体制程已进入5奈米的竞赛,除了持续追求制程微缩之外,亦同步往高度异质整合晶片发展。新材料的探索也已展开,如量子运算所需的超导体、奈米碳材等材料,借此突破现今矽材料的极限。

  工研院IEK研究经理彭茂荣认为,在智慧物联网趋势的带动下,中国台湾半导体产业在以下领域较有发展机会:人工智慧、5G无线╱智慧机械、车联网╱自驾车、扩增╱虚拟实境(AR╱VR)、高效能运算晶片(HPC)、软体及网路服务。其中,智慧物联(AIoT)应用多元,制程上不需使用到最尖端前瞻的技术,可能只要90奈米,甚至微奈米等级就可以拓展新应用,成本与门槛不若其他应用高,将刺激中国台湾小型IC设计公司崛起,以创新应用服务取胜,驱动产业多元化发展,创造新一波荣景。

  他表示,中国台湾半导体产业犹如国家经济象征,随着资讯电脑、智慧手机与连网装置市场起飞,带动产业蓬勃发展,未来除将持续耕耘既有3C电子市场之外,在政府「5+2产业创新计划」,及智慧物联的创新应用带动下,预计到2025年,中国台湾半导体产值可达到4兆元新台币的里程碑。

  展望未来,中国台湾已具备科技矽岛的基础优势,而亚洲是未来全球最重要的市场,中国台湾地处关键位置,应杠杆既有半导体的优势,进一步打造满足以人为本的需求,发展具有文化底蕴的科技应用「创新生态岛」,在智慧物联的时代下,科技会更贴近人们的生活型态和消费者需求,并作为创新的示范场域,达到让人才聚集、产业群聚、资金多元、不断创新的愿景。

  1974年,潘文渊博士在美国积极规划集成电路技术,并召集当时美国IC界有名的华人专家成立「电子技术咨询委员会」,由潘文渊担任主任委员,以做为中国台湾技术、工业发展上的咨询机构。前排左起凌宏璋、葛文勋、赵曾玨、罗念、胡定华,后排左起厉鼎毅、史钦泰、李天培、杨丁元、潘文渊。

  1976年,工研院派员赴美国RCA训练。与RCA公关主任合影,左起曹兴诚、倪其良、曾繁城、戴宝通、刘英达、陈碧湾、史钦泰。

  1978年,工研院第一批商用IC出货,开启中国台湾制造集成电路产品的发展。此为使用工研院集成电路示范工厂所制造IC的电子表。

  1984年,工研院超大型集成电路实验工厂开工典礼。图左至右为章青驹、史钦泰、潘文渊、胡定华、曾繁城。



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