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。