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穩坐晶圓代工龍頭 台積電仍有三大挑戰

張忠謀的告別之作 3奈米進駐南科
文 / 陳育晟    
2017-10-31
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穩坐晶圓代工龍頭 台積電仍有三大挑戰
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張忠謀退休前宣布台積電3奈米廠確定落腳南科,但該如何克服缺電、摩爾定律問題,與來自三星、英特爾的挑戰,攸關台積電能否永續壯大。

9月底,就在台積電董事長張忠謀無預警宣布退休的幾天前,台積電正式宣布,將把最先進的3奈米製程,留在台灣南科,使不少憂心台積電出走的政府官員,鬆了一口氣。

其實,這項計畫原本要到明年中才會拍板定案,卻提前到今年9月底宣布。張忠謀在接受《遠見》專訪時透露,其實是政府答應他,會盡「洪荒之力」幫忙,並請他馬上宣布落腳南科。

受訪時,張忠謀說:「一個月以前,政府對我們說,你們一直在講台灣優先,政府也已經答應,會盡洪荒之力幫忙,那你們乾脆宣布嘛,不要再等了。」

至於為何選擇台南,而非其他縣市,則是經濟規模的考量。

目前台積電在南科有負責生產12吋超大晶圓的14廠,及生產8吋晶圓的6廠,若加上未來的5奈米廠及3奈米廠,南科將成為台積電先進製程重要基地,對時常需要調度工程師的台積電而言,3奈米廠設址南科,是再合理也不過的選擇。

對此,張忠謀表示,假如台積電到別處投資3奈米廠,將失去經濟規模,也會拉高成本,「這就是我們為何講台灣優先。」

然而,對台灣近年來愈來愈凸顯的五缺困境:缺水、缺電、缺工、缺地、缺人才,曾公開表示「台積電一秒鐘都不能沒有電」的張忠謀,難道不擔心?

挑戰1〉嚴重缺電 自建電廠 法令未鬆綁

特別是台積電未來兩年將導入EUV(極紫外光微影)製程,利用波長極短的紫外線,在矽晶圓上刻出更微細的電路圖案,預計用電量會比傳統製程高十倍。

台經院產經資料庫副研究員劉佩真估算,台積電3奈米新廠所需要的電力,至少比現在高出80%以上。不少人心中的疑問都是:電量真的夠用嗎?

為了解決潛在缺電危機,台積電早在兩年前就積極評估自建電廠,但礙於《電業法》規定業者發電僅能自用,且要同時發電供中科、南科使用,輸電線路必須拉得很長,或由台電代輸,但自設線路有難度,委由台電代輸則待法規鬆綁。

今年年初,《電業法》完成修法,各界原預期將為台積電自建電廠帶來曙光,但結果卻只開放綠電自由買賣,且因輸配電系統尚未獨立分割管理,連綠電也無法自由買賣。

任內規畫開發南科園區的前台南縣長蘇煥智表示,若能改革目前台電專買、專賣的獨占模式,並開放台積電在南科設電廠,不僅能讓台積電用電自給自足、解決缺電燃眉之急,多餘電力也可賣給周遭廠商。

挑戰2〉列強競爭 三星、英特爾來勢洶洶

台積電的第二個挑戰,來自三星和英特爾。

目前,台積電在全球晶圓代工市占率仍以50.6%,大幅領先第二名的格羅方德9.6%、第三名的聯電8.1%、第四名的三星7.9%。

如果只看數字,可能會覺得台積電與三星在晶圓代工戰場上並非同一等級,但三星近年來磨刀霍霍,目標要在五年內把晶圓代工市占率拉到25%,成為市場上僅次於台積電的老二。

「以前大家都把台積電、格羅方德、聯電放在一起比,現在則是把台積電和三星、英特爾放在一起,這是很大的改變,」國際半導體產業協會產業研究資深經理曾瑞榆說。

三星不只擁有晶圓設計、製造的能力,也是國際知名電子大廠,自然常與蘋果、高通等客戶產生競爭關係,與純做晶圓代工的台積電有很大不同。

為了在晶圓代工市場追趕台積電,三星在今年5月將晶圓代工部門獨立切割出來,減少和代工客戶的直接利益衝突。劉佩真觀察,這樣的商業模式是否能讓客戶安心,恐怕還得畫上問號。

目前,在三星的藍圖中,預計將在2020年推出4奈米製程,屆時將與台積電的5奈米正面對決,至於台積電最新宣布的3奈米製程,則還不在三星的公布的規劃中。

這並不代表台積電可以高枕無憂。台積電預計將在未來兩年漸進式導入EUV技術,這種技術也將在3奈米製程扮演重要角色,但三星將在明年採取跳躍式進程,全面導入EUV技術。

但是,由荷蘭業者艾司摩爾(ASML)獨家供應的EUV技術一台要價1.5億美元,一年只生產12台,外傳三星將搶訂10台,阻礙台積電先進製程發展的意圖不言可喻。

劉佩真觀察,儘管三星將大幅導入EUV,想降低成本、提升晶片效能,但市場上普遍認為台積電以漸進式導入,可能較穩當。

「從資本效率來講,台積電當然比三星要好,可能是全球最強之一,」曾瑞榆分析,台積電喜歡兩個世代共用相同機台,對節省邊際成本很有幫助,未來隨著技術難度增加,資本支出也會變高,但不是跳躍、爆炸式成長。

至於英特爾,則公認是全球目前半導體製程最先進的業者,不管是在金屬閘極間距,還是晶片集積度都還是保持領先。

劉佩真指出,即便英特爾10奈米製程推出第三代,明年可能也還是停在10奈米,但晶片表現卻比台積電、三星的7奈米要好,是台積電不可忽視的競爭對手。

但是,英特爾雖然技術領先,卻不擅長經營晶圓代工市場,過去英特爾以製造自家CPU(中央處理器)為主,是單一產品線在單一晶圓廠的生產模式,與晶圓代工同時幫多家客戶進行各種代工的模式,差異很大。

甚至,平時溫文儒雅的張忠謀也曾公開表示,「英特爾並不是專業晶圓代工,只是把腳伸到池裡試水溫,相信英特爾會發現水是很冰冷的。」

不難發現,在3奈米先進製程取得領先的台積電,在晶圓代工領域領先的格局,雖然有挑戰,但短期內領先的格局仍不變。

挑戰3〉摩爾定律 物理極限 奈米研發難突破

即便三星、英特爾撼動不了台積電的晶圓代工帝國,物理極限卻是不可忽視的敵人。

根據摩爾定律推算,2奈米製程將在2024年,也就是距今七年後問世,但2奈米已接近物理極限,就連張忠謀自己也不敢說做得出來。

「5奈米和3奈米都已經在研發當中,2奈米有不確定性,而2奈米以後就很難了。」一位外資分析師指出,台積電能在晶圓代工領先群雄,就是因為摩爾定律做得比別人要更早,如果3奈米是終極製程,當然對台積電影響很大。

但曾瑞榆卻樂觀認為,就算3奈米是終極製程,還是會有矽以外的新材料或新架構進來,「這算是柳暗花明又一村,總是會有新東西出來嘛。」

未來兩岸是否會彼長我消?瑞銀證券亞太區半導體首席分析師呂家璈指出,比起IC設計、封測,晶圓代工是大陸最難超越台灣的領域,目前至少落後台灣1到1.5個世代。

就像張忠謀在退休記者會上所說的,「過去30年,從來沒有一天是萬里無雲。」該怎麼讓沒有張忠謀的台積電繼續贏,考驗兩個接班人。

(圖/台積電 提供)

本文出自 2017 / 11 月號

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