10:00~11:00
笛思林夢想之樹
主持人: 彭宗平
2015/10/26
22:15
電子業未來的發展,會受到物理極限的限制嗎?
想讓摩爾定律繼續往下走,還有哪些發展的策略?
台灣電子業的前景如何?我們贏的策略何在?電子業將如何影響台灣的整體競爭力?
請聽旺宏電子總經理、IEEE Frederik Philips Award、總統科學獎得主盧志遠,為您解密!
引言:
主持人彭宗平教授(以下簡稱彭):
歡迎您收聽《台灣的明天‧明天的台灣》,我是彭宗平。我們這一季要討論的主題是科技產業。上個禮拜邀請了旺宏電子的盧志遠總經理到我們節目來,跟大家說明台灣電子產業過去發展的過程、現在發展的現況、跟面臨的國際競爭。今天特別邀請他針對未來電子業所面臨的技術瓶頸,還有發展的前景做進一步的討論。
大家知道我們台灣在過去幾十年來的發展,電子產業的實力跟影響力已經在世界上舉足輕重,其他的產業跟它也有相當深的依存關係,所以探討電子產業,是我們講科技產業的第一個議題。盧總經理,歡迎您又回到我們節目來。
來賓盧志遠總經理(以下簡稱盧):彭教授您好,非常高興又回到節目跟大家討論。
彭:是,盧總經理他有非常輝煌的產、學、研經驗。他從2007年開始擔任旺宏電子的總經理,事實上他也是學界人士,一直持續從事學術研究,在2012年獲得IEEE Frederik Philips Award,這是公認的科技研發工程師的奧斯卡金像獎。他也在2013年,就是兩年前獲得總統科學獎,又是第一位來自產業界,獲得國家最高科學獎項的傑出人才。
1. 電子業競爭嚴酷,不能鬆懈
上個禮拜我們提到電子業的過去、現在,事實上更重要的是未來。因為台灣面臨未來激烈的競爭,透過《台灣的明天‧明天的台灣》這個節目,我們怎麼看未來台灣電子業發展的前景?
盧:謝謝彭教授,謝謝各位聽眾的收聽。彭教授您問的這個問題,確實是大哉問,確實也關係到我們國家的前途。因為現代的國家如果沒有競爭力,尤其在高科技方面缺乏競爭力的話,其實是很困難的。尤其像台灣這樣,沒有豐富自然資源的國家,那真是非常困難。所以我們一定要在這方面站住我們的腳步。
世界上高科技的變化,因為它進步很快,從另外一個角度講,它的變化、興衰也非常快,只要我們一不小心,我們可以從第一名一下子落到不列名,所以真的是要非常小心。建立起來不容易,花了十年、二十年、五十年建立起來,可能在五年之內就衰敗。從很多的高科技公司看得出來,比如說摩托羅拉如今何在?以前手機的霸王諾基亞,於今又何在?這麼大的一個公司,你看它這樣子崛起,也可能看到它非常快地衰敗。一個國家的某個產業也是一樣,所以我們不能鬆懈一步。
常常我聽到有人說,哎呀,你們這個半導體啦、電子啦,已經很成功了嘛,你們不需要太多資源就可以了。其實不然,不能放鬆一刻。你放鬆一刻,你就垮下去。因為你的競爭者、你的敵人都是24小時都在想怎麼樣把你打敗,你也要想24小時,你怎麼把他打敗。如果你只想2小時,他想24小時,除非你比他聰明十倍,要不然你怎麼贏得了他?所以我們是一刻都不能放鬆,一刻都不能夠鬆懈的。在資源方面,也是有多少都要做最optimized(最佳化的)全面估算投進去。我倒不是說,關於電子業什麼東西都要投入最多的資源,這也是做不到的,連世界最大強國都不見得能做到,但是要估算,做最佳化的資源投入。
2. 電子業發展是否受限於物理極限?從元件面積角度探討。
彭:當然我們面對未來的競爭,來自於各方面的競爭,需要投入資源。但在技術的部分,我們常常聽到的半導體技術規格,以前是微米,後來就進到所謂的奈米,又慢慢一直縮,到22奈米,然後14、10奈米,將來要做到7、甚至5奈米。過去好像有一個摩爾定律,預測這個進步的趨勢。您是不是先跟大家談一下摩爾定律?然後這樣子一直走下去的話,因為物理的極限,是不是有一天會讓我們碰到瓶頸?
盧:是。我們可以這樣講,摩爾定律是觀察出來的經驗法則,它不是一個物理定律,它是一個經濟發展的規則。這個是摩爾先生,也是Intel創辦人,在IC於1960年代剛開始的時候,做了幾年以後,他就觀測到了這麼一個規律,他說:每隔18個月,IC的元件會縮小一半,縮小一半的意思,就是我們在同樣大小的矽晶圓上就可以生產兩倍的元件。你本來如果有一百個,現在就可以有兩百。那兩百個意思是什麼?上次我們講過,就像烤餅乾一樣,你烤出來一大片,等於能切成兩百片小餅乾,是以前的兩倍,那你的成本是不是就變成一半?所以,摩爾定律的意思是每18個月到24個月,成本會少掉一半。就是說大家要努力哦,你的競爭對手每隔18個月成本就是一半。有人跟上,就表示上帝不禁止;那上帝不禁止,最厲害的人就能做到;他能做到,你做不到,你就被淘汰。至於怎麼做到呢?就是剛剛彭教授您談到的,一開始有微米世代的技術。
彭:再進入奈米。
盧:微米進入奈米。為什麼微米世代進入奈米世代呢?是這樣子,如果你的結構的粗細大小,每隔一代,你能夠做到是原來的70%,那你的面積變成百分之多少?會是70%的平方,就是49%。所以簡單地說,你做一個東西,在一度空間縮成70%的話,二度空間就是50%。這就是剛剛講的,每隔18個月到24個月,元件的面積就縮了一半,它的成本就變成一半。
所以大家拼死一定要跟上,每隔18個月,我的結構就要縮小變成70%,整個面積就變成一半。於是結構就從10微米變成7微米,你看這就是70%。7微米的70%,大約就變成5微米;5微米的下一代就是3.5微米;3.5微米再乘70%就是2.5微米,就這樣一直下去。
那微米完了就是奈米。微米、奈米差多少?差一千倍!但是只要二十年它就縮了將近一千倍,因為每次就這樣子縮縮縮,其實是縮得很快的。我本人做IC的時候是十個微米,還不是一個微米。所以我後來主持電子所的計畫,叫次微米計畫,是小於一微米的意思,就叫「次微米」計畫。那個時候都覺得了不起的不得了了,那是1990年代,那時候不得了。可是現在是奈米,奈米是微米的…
彭:千分之一。
盧:千分之一啊!現在台積電最先進的技術16奈米,所以現在是奈米的時代。剛剛主持人問到,再縮下去,會不會縮不下去?會的。為什麼?因為我們一個原子的直徑,按照元素的不同,有的也會達到一個奈米左右啊,你再縮,難道要縮到半個原子嗎?太過份了,那個是縮不下去的。可是,摩爾定律所謂的成本一直砍一半,是不是能做到?我跟大家分析一下,這個是可以繼續做到的。所以在將來,各位年輕人要從事這個行業,還有挑戰性,還有財富可以創建出來。
3. 電子業發展是否受限於物理極限?從其他技術角度探討。
彭:在此整理一下,剛才盧總跟我們提到,從微米技術演進到奈米技術,要再發展下去,可能要面臨物理極限的挑戰。將來已經要往10奈米以下,幾乎要趨向接近原子大小的技術,在此恐怕會碰到瓶頸。但在這裡頭,盧總卻看到有相當大的機會,當然也是一個很大的挑戰。所以我們要洗耳恭聽盧總您怎麼看?將來這技術怎麼再往前走,機會在哪裡?
盧:是的。剛剛講摩爾定律,它最關鍵的內容就是說,當IC技術繼續走下去,它的成本要一倍一倍砍下去。摩爾定律並沒有講要怎麼走下去,但是它告訴你一個經驗法則,就是一倍一倍的成本這樣砍下去。可是碰到物理極限怎麼辦呢?
現在我們有一個辦法,比如說你走到10奈米,假定我們做Flash memory,如果你要在兩度空間的平面繼續縮下去,它很困難。但是可以怎麼樣呢?可以朝第三度空間發展。所以現在我們發展3D IC的技術,就是疊起來啊!就像你造房子,你房子不能做得再小了,那怎麼辦?往上疊嘛,就造樓房嘛。造樓房,你說成本是不是很貴呢?造樓房的確很貴。因此一定要有新的技術發明出來,使得造樓房跟造平房差不多貴,沒貴多少,但是多了那麼多層樓,你不是又賺到了嗎?所以光是往3D走,就又可以走到等價於、相當於一兩個奈米這個世代的技術所能達到的功能。
那你說再走下去,還能發展嗎?如果你已經蓋了這麼高的樓,後來發現也有限制,怎麼辦?現在已經很多人在研究,比方我換一種材料可以嗎?Silicon、矽這種材料如果已經發展到極限,那麼換一種材料,它的功能性是不是能夠增加?只要它能夠用更少的component(元件),做出更高的功能,這樣也相當於在縮小,就等於說它的成本降低了。只要每18個月到24個月,成本一直降低,其實對設計者而言,他也不太在意裡面用的是什麼東西,只要能夠提供這樣子的材料給他用,製造和代工能夠做出這種效果,他就可以繼續進步嘛。那花樣多得很啊!
所以在學校裡面,在研究機構,已經都往這些方向走,在想怎麼換材料,怎麼換新的物理原理,怎麼把它三度空間的堆疊,讓它在功能上,「相當於」維持摩爾定律繼續走下去。我們現在觀察,功能上如果要走到「相當於」一兩個奈米是走得到的,再走下去,就靠大家再努力。說不定再過幾年,透過縮小尺寸以外的方法,讓元件的效能提升,「相當於」縮小到0.1奈米的世代,等於比一個原子還小的範圍,仍舊有可能。我在這方面是樂觀的,我覺得我們人類,包括這些年輕的小朋友,都很有創意,一定可以突破。
彭:您剛才講的3D IC,指的是FinFET(鰭式場效電晶體)這個概念嗎?
盧:不是,是比FinFET還要厲害的概念。FinFET還只是平面上的一層,只是把電晶體弄得翹起來,可以提高效能。3D IC不是,它是一層一層memory疊64層,或疊128層。現在的技術只有一層,而我都把你疊起來,等於像夾心餅乾一樣,做一個餅乾,一吃就這麼多層。
彭:所以這又是一個新的製程、新的設備、新的技術。
盧:對,而且是用很新的觀念。如果是笨笨的做法,像做三明治這樣,切開了晶圓再疊上來,你成本不會省的,不是這樣做,而是有新的做法。這個比較複雜一點,不過已經發明了,幾家大公司都在慢慢導入量產。
4. 半導體未來材料的發展
彭:您剛才提到材料有新的選擇。我也知道除了silicon,就是矽以外,可能有其他的選項,包括矽鍺、或三五族砷化铟鎵化合物這一類的,這些材料跟矽基本的性質有什麼差別?
盧:其實做IC最早用的材料不是矽,一開始是用鍺,性能非常好。可是鍺這種材料怕熱,它一碰到熱,性質就不穩定,而且它長不出一個很好的介質,就是鍺元素的氧化物。矽的氧化物長出來是最好的,所以我們這一路以來都用矽。但是你想一想,矽是第四族的元素,也就是元素週期表裡面,碳、矽、鍺、錫、鉛這一族,其實碳也很好,例如人類就發展出carbon nanotube(奈米碳管)這種新材料,所以碳說不定將來會變成一個選擇,現在也很多研究在進行。其實碳是變化多端的,它還可以變成鑽石、變成石墨,石墨烯就是它構成的。這一族的四價元素,在這邊有四個電子,要四個電子進來它就變八個電子滿足,從物理、從化學上講,這一列的元素都值得我們大大地開發。
5. 台灣電子業贏的策略
彭:依您看,台灣未來電子產業面臨技術的挑戰、國際的競爭,台灣贏的策略在哪裡?
盧:所謂贏的策略有兩個方面:學術和產業,我們要落實到產業贏才行。我可以在學術上贏,這也是一種贏。可是這還不夠,我們要學術上贏,加上產業上贏,這才真的贏了。要不然好像為人作嫁,做了一大堆學問供別人用,並不是說這不好,但總是有點遺憾。所以我們學術界跟產業界,大家要一起來努力。
學術界的「贏」是什麼呢?它要有很多的variety(多樣性的研究)都要願意去試,都要去想。因此在這個方面,要給我們學術界的教授、研究人員空間,給他們資源。其實他們用的資源相對少,可是效果出來的話,如果有一個,就像中樂透一樣,效益很大。講老實話,這些教授的發明,甚至專利,十之八九後來是沒有用的,可是你沒有做出十項,你就沒有成功的那一項。所以呢,如果你一定要中那個樂透,你就要買那麼多張獎券,你才會中。因此給學術界空間和資源是第一個策略。
第二個就講到商業。商業上,你面臨的東西就更複雜一點,你面臨的競爭可能是國家資本主義要來跟你競爭,那你怎麼辦?我們每一個公司都是要自負盈虧的,但是很靈活。而他們是有一個專定的目標,國家把所有資源、所有人才都砸到這方面做。剛剛講過,不一定像共產國家才可以大規模地共用資源。像三星也是一樣,它的水泥業可以來支援,水泥賺的錢全部丟到IC來;汽車業賺的錢丟到這邊來,哪一天IC賺很多錢丟回汽車去,可以互相互補。我們很難這樣做,除非我們弄個很大的國營公司。但是這種體制也有缺點,通常企業大了就會比較僵化。
回到台灣,碰到這種公司怎麼競爭?其實也有一個很好的競爭辦法。就像矽谷,現在厲害的雖然有Intel這種大公司,但是更厲害的是如同野草一樣,到處有新的idea、新的小公司能夠實現。所以我們對年輕人,要鼓勵他們多有創見,而且他們要有勇氣創業,把他們新的idea拿出來,不怕失敗。所以美國矽谷真正的威力何在?我認為Intel只是一個典範,更多的典範是它的variety(多樣性),這種多樣性是台灣應該學習的。台灣如果用硬拼的方法,好像是會吃虧的,因為整個國家資源小。但是我們用這種創見,用找到niche(利基市場)做出來的東西,走這樣一個方向,我覺得我們是大有機會。而我也相信,這樣一個靈活的競爭策略,才是我們的正途。
彭:就是我們需要靠多元創意。年輕人的創意、創新跟創業,能夠結合,是我們將來在電子業非常重要的贏的策略。
盧:是。
6. 電子業如何影響台灣整體競爭力?
彭:我們都知道電子產業是台灣實力的象徵之一,電子業的發達,就代表台灣未來整體競爭力大幅的提升。盧總您本身是電子行業的大咖,也是大老。您怎麼看待電子業未來的蓬勃發展,對台灣整體產業的影響?如何帶動台灣整體競爭力的提升?
盧:電子產業它的特性不只在台灣,在任何國家其實都一樣。它不但是產業的龍頭,還可以帶動高科技的前進。從另外一個角度講,它也是產業的「稻米」,意思是到處都需要它。其實你做任何機械,機械裡面沒有IC就沒有智慧。我們也講工業4.0,這4.0的工業都是智慧的,每一個東西都是互相呼應的,大家都用網路連在一起。如果你沒有IC,這也是做不到。所以它是產業基礎的稻米,又是產業的火車頭在前面帶動,電子產業是這樣一個重要的工業,我希望我們全國同胞以及政府,都能夠認識這到一點,讓大家都很願意參與,大家都很願意支持。
其實我兩次回台灣,一共在台灣為電子業奮鬥三、四十年,我覺得最重要,我們得到最大的鼓舞,是全國老百姓在這方面的共識。只要所有的人都願意說,我們來幫助電子業成功與有榮焉的話,大家的鬥志就很高了。有鬥志跟沒鬥志,那是天壤之別。
彭:我們非常高興今天能夠邀請到旺宏電子盧總經理,跟大家分析台灣電子業未來的發展,以及未來技術的進展。特別呼籲要重視電子業,它是未來台灣各項工業的火車頭,應當大家群策群力,產、官、學、研、資金、技術、人才一起來努力,讓台灣的電子業持續在國際上舉足輕重,占有一席之地。今天的節目就先進行到這裡,下個禮拜我們將邀請到IBM前中國研究院的院長李實恭博士,跟大家探討台灣未來資訊產業的發展。