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）
