美國要重振半導體製造業很難,主要原因在這個問題

作者 | 發布日期 2024 年 02 月 08 日 10:00 | 分類 半導體 , 科技政策 , 金融政策 line share follow us in feedly line share
美國要重振半導體製造業很難,主要原因在這個問題


半導體產業是美國發明和發展,但現在多數最高性能晶片都是由晶圓代工龍頭台積電(TSMC)生產,且僅從生產他人設計的晶片就獲超過 700 億美元年營收。晶片是所有高性能電子系統的關鍵推動者,因國安系統問題,美國政府通過提供 530 億美元補助,給予願意在美國當地建立晶片生產工廠的企業,以重振美國高性能晶片生產地位。

然而,市場分析師表示,高性能晶片製造是世界最具挑戰性的產業,除了建造工廠需花費數十億美元,還有相關企業無法買到熟悉操作設備的合格員工,是最重要的挑戰。如果沒有大量增加能操作設備工廠的先進技術人員,美國晶片復興計畫也不會成功。

1960 年代以來,晶圓廠發展與營運是依賴數年累積,而不是數月培訓獨特熟練還合乎規定的技術人員。透過人員運作晶圓廠設備並商業化,過程極其複雜且需要精準規定。然而,開發此類人員的專業知識經常需要數年時間,當前這在發展美國很不容易。尤其,在此類製造已經大部分轉移到海外的情況下,使得英特爾成為美國境內唯一的高性能晶片製造商,人才的需求情況已經大不如前。

市場分析師指出,美國在高性能晶片的設計方面仍然處於領先地位,例如輝達 (NVIDIA) 近期在人工智慧晶片設計方面所獲得的成功就是一個例子。然而,除英特爾外,包括輝達在內的晶片設計廠商則很樂意將最複雜的晶片生產外包給台積電。而且,事實也證明,台積電的確是一家可靠的先進晶片生產企業。所以,台積電逐漸獲得生產全球晶片設計的最先進晶片設備和技術,並成為利潤豐厚的晶片製造技術領導者。

而當前,先進晶片製造具有挑戰性是因為兩個因素。首先,電晶體核心器件的尺寸不斷縮小,目前已處於低奈米範圍,其已接近原子間尺寸。另外一個原因就是需要管理生產過程,其中包括不同的化學材料沉積在 12 吋晶圓上的技術。這通常使用各種技術沉積和圖案化都要多達 100 多道的工序,並且必須針對不同的器件結構控制具體配置,使得這些 3D 結構達到需要電路互連的圖案。因此,通常在完成的晶片上每平方英吋可能有數十億個互連的電晶體。

因此,要控制這樣的生產過程可以說是世界最困難的製造問題之一。而且,不同的產品需要不同的生產工序,包括從開始到結束的工序數以千計。甚至,生產過程中不能出現任何錯誤,因為錯誤會影響到晶片的性能。這些問題就可以讓人想像到進入這樣一個產業是充滿挑戰與難度的。難怪台積電能在營運上做得如此出色,也讓 IC 設計公司選擇避免擁有此類生產工廠,專心將訂單交由台積電生產。

現在美國為了重返半導體產業的企業,雖然有政府資金支持,但仍舊充滿挑戰。因經營如此複雜的晶圓廠需要高水準技能人員,更重要的是,高階技術人員學習時有受過良好化學、機械和電子技術教育。台積電這樣的企業,生產技術人員是最終決策者,因最了解技術良率和元件性能間權衡,專業知識能有效下決策,並反映至公司生產績效和成本。

所以,美國政府沒有辦法達到重振半導體製造業的目標,這方面只有對正確的在教育計畫上進行認真投資,才可能藉由國家的資金幫助達到訓練出高階技術人才來。這不是一個短期努力就一蹴可及的目標,因為面對最尖端製造業進行長期的教育與培訓工作,才能真正有利於美國半導體製造業的發展,扭轉美國高科技產業持續下滑的局面。而這目標需要大量資本和訓練有素的技術人力的配合。如果沒有更多正確的人才培育計畫,美國政府給企業的補助金就會成為被浪費的納稅人金錢。

(首圖來源:英特爾)