日本发展先进半导体制造的挑战
日本的半导体产业还远不到需要文艺复兴的程度,中世记的黑暗从未来过。在上游的半导体材料市场日本仍占近一半,处于绝对宰制的地位;机器设备市场也占3分之1左右,仍然有很强的话语权。在NAND Flash、功率元件、车用半导体等元件领域均名列前茅,CIS亦如半导体材料一样,撑起半边天。 即使是日本自己认为积弱的半导体制造,也只是停滞在40納米。当年只因为研发的规模不够,所以停滞不前。如今事隔多年,想要重新推动邻接時代技术比当年要简单多了。但是日本志在先进制程。 肩负重振日本半导体先进制造重任的是Rapidus。Rapidus会长东哲郎曾说Rapidus面临3个挑战, 东哲郎还说他当初也考虑过发展成熟制程,他讲的成熟制程大概是7~28納米之间的制程。他的顾虑是既存公司的设备大概已折旧殆尽,Rapidus以一个新进者使用新设备、高折旧费会让竞争增加难度。 这个理由其实没有那么决定性,却恰巧幸运的避开自2018年中美贸易战后中国厂商对于半导体制程设备的连续防御性备货采购。这些积累的设备采购当然会转变成产能。到了2027年时,预计中国的成熟制程产能会占全世界的一半。而成熟制程市场的红海其实早已开始了,看看各成熟制程代工厂的稼动率虽然维持高档,而利润率都逐渐下滑即可知晓。这是一个Rapidus幸运的正确抉择。 东哲郎认为Rapidus主要的挑战有三:技术是否能真正量产、客户与市场定位以及筹资问题。在我来看,问题还可以再简化。第一个是是否可以研发出2納米制程的原型(prototype)?以日本过去的积累以及科技的实力,我认为答案是肯定的,只是时间长短的问题。但是能否进入量产,有经验的问题,也有客户的问题。 Rapidus的合作伙伴多是比较像研究机构的单位,像IBM、Imec、Leti等。譬如IBM最后的量产技术节点22納米 SOI都是近10年以前的事了。之后在量产技术发生的重大变化包括AI、与先进封装的整合等大概率是有知识、没实务经验的。这一点会让量产的过程走得比较艰辛。 量产的过程需要有适合的产品来验证制程,这个条件的成就,和顾户与公司的定位有关。 从时间的纵深以及产业的格局来看,Rapidus的挑战还有2个,一个是重新切入半导体先进制造的时间,一个是规模经济,而这二者是相互关连的。 Rapidus从2納米做起,这已相当接近摩尔定律的后段;想一想,矽的共价键长度不过也只0.234納米,2納米的长度也不过只是8个矽共价键长。虽然现在因为晶體管有3D结构,技术节点的命名并不真的代表临界尺度(critical dimension),但是制程的进展已不能用简单的微缩(shrinking)二字来形容。 从14納米的FinFET,制程从平面变得立体;3納米后,制程变成GAA nanosheet;A71下可能会改采CFET;A3以下有可能采取2D FET。 这些制程的推进与以前制程演进式的微缩大不相同。每一次新制程的元件都在晶體管结构、甚至在材料上有突变式的变迁。更要命的是这些变迁往往只能支撑个2、3个時代。 2、3个時代就要量子式跃迁的制程推进,意味著庞大的研究经费以及快速的研发经费摊提。这一切都需要从营业利得去找回,这也看出规模经济的必要性。 然后东哲郎的另外2个挑战就自然浮现了。 Rapidus的原始资金73亿日圆由8家商社分摊。从2022年以来迄今日本政府投入近1萬億日圆,原始资金与之相较显得微不足道,但这只是就到2027年每月量产25,000片的花费。之后的扩张产能以及下時代制程的研发—如果是一家正常的资本主义商业公司—要从自己的盈余中去投入、或另行募资。 照半导体产业过去的经验,一家公司的营业额若占全世界市场15%以上,就有能力做持续的、独立的先进制程研发。这也解释为什么许多代工业者都策略性的止步于14納米。上述的15%是在过往制程以微缩方式发展的年代的数据,对于现在快速变迁的先进制程,市占率可能要更高一些,才可能攒够钱做下時代制程研发。 制程研发所需要规模经济让Rapidus在市场定位上陷入两难:如果维持较小营运规模,的确可以依靠利基市场存活,但是无法积存足够盈余持续做下時代制程研发;如果要扩大市占率,势必要进入主流市场及制程,无可避免的要与垄断市场的寡头直接交火。对于一家新创,这样的自我定位可不妙。 所以Rapidus遇到的3个挑战其实只是日本选择在最困难的时间重回半导体制造环节:制程量子跃迁、产业近乎垄断。如果在65、40納米的时节重返,日子可能好些,但是历史没有如果。 所幸也因为晶圆制造环节制程发展困难,半导体产业创造价值的重担有一部分逐渐由先进封装肩挑起来,而先进封装是日本过去的强项之一,这也许是机会之一。
挑战未知 迎接媒体3.0的新时代
2024年的最后一天,也是《电子时报》纸媒的最后一天,我们向支持《电子时报》的读者告别,并宣示将以大椽-DIGITIMES全面的數字知识服务平臺提供更专业、有效的服务。2024年是公司营收续创新高的年度,2019年之后的五年内,大椽-DIGITIMES营收、获利倍增,对很多经营者而言,稳定成长,那又何必改弦更张呢?一如既往,我坚信所有的科技都不可靠,唯一可靠的是学习新科技的能力。不断的挑战自己,抛弃稳定、可行,但不一定是符合未来价值的事业模式则需要更大的勇气与企图心。我知道弯道超车仍有可能,但我更服膺学习曲线,相信只要保持经营锐气,不断的造自己的反,就是企业持盈保泰的黄金法则。1998年创业以来,《电子时报》在媒体的黑暗时代中挣扎,27年来臺湾的电子业风风雨雨,历经过亚洲金融风暴、網絡泡沫、产业外移、SARS、金融海啸、COVID-19,以及美中贸易大战。但科技业总部90%集中在新竹、臺北一小时车程内的优势,让日报型的纸媒营运仍为可能。然而,我们很明显感受到不断进化中的联网系统,已经进入到我们撷取、传递信息的工作细节中,并深刻的影响了企业运作型态。例如,送报生不再送报,他们加入吴柏毅(Uber Eats)的行列,创业之初我们很难想像傅胖达(Foodpanda)这种美食快递竟然成为终结臺湾送报体系的元凶,而传统纸媒的广告、发行营收骤减,更是带动传统媒体必须彻底变革的关键要素。大椽-DIGITIMES体量小、单价高,又从创业第一天起就将所有的文字、图表、客户行为数据化,我们几乎从未因「數字转型」而苦,在模塊化的数据,与独特的经营模式背后,我相信大椽-DIGITIMES拥有最好的弹性与经验面对人工智能时代的来临,唯一需要补强的反而是经营团队的智能与勇气。虚拟到府的新媒体时代1950年诞生的《征信新闻》是现代臺湾媒体1.0的滥觞。在人均所得只有200美元的时代,只有富裕的家庭会订一份报纸,每一份报纸的传阅量与价值,决定了那个时代的舆论走向,影响力不言可喻。1988年报禁解除之后,百花齐放,之后的十年,也是臺湾媒体界黄金半世纪的最后十年。千禧年之前,網絡兴起,开启了传统纸媒与網絡媒体大乱斗的「媒体2.0」新纪元。这也是媒体黑暗时代的开端,而我与大椽-DIGITIMES的团队,就在最不好的时刻参与这场世纪的变革。前20年在暗黑的隧道中摸索,乏善可陈,直到2016年之后,才掌握如何虚实并进、国内外双轨,善用實時新闻与研究报告交错的事业模式,建立了「媒体2.0」企业往「媒体3.0」迈进的基础。我想像中的「媒体3.0」,是在ChatGPT与人工智能、云端服务相继成熟之后媒体可能的因应之道。当大语言模型(LLM)越来越成熟时,企业用户希望透过信息的查找、问答取得企业经营决策信息时,用户们一边赞美人工智能可能带来新的时代,一边会忧心信息焦虑与信息安全的问题,而一般的媒体更忧心从内容创作到客户行为都将再面对一次被大时代煎熬的考验。我们能想像把整个DIGITIMES搬到客户家里,提供查询信息的可能性吗?在虚实整合的架构下,虚拟提供每日更新的數據,又在关键时刻能提出洞见(Insights)的见解,可能吗?其他行业或许很困难,一旦定义在电子业与未来科技领域的范围内,又能同时掌握国内外客户需求的经营模式,将是未来大椽-DIGITIMES迈向「媒体3.0」的布局战略。(本文作者为DIGITIMES电子时报創始人)
从《电子时报》到大椽DIGITIMES的策略转进
定义、定位、定价创业27年来,我常以「定义、定位、定价」六个字,不断检视事业经营上的关键课题。事业的「定义」上我们与众不同,我常说《电子时报》是臺湾唯一的产业报,既然决心要以「數據库」取胜,信息品质与内容的定义就十分的重要。如创刊不久《电子时报》即取消股票版,我深信每日股价不同,读者观察产业的角度与基准点就会不同。我们也坚持就算是網絡时代,「流量」并非唯一考量,独家新闻也不一定是王道。企业用户透过網絡查询关键信息的信赖度、周延性,才是现代數字媒体与數據库经营者不可疏忽的环节。在「定位」上,打从创业第一天起我们就是周休二日的报纸,我们是臺湾最小的报社,但读者群是臺湾所得最高、教育程度最高的一群人。周末不上班,没有受采访的对象、没有读者、没有广告,同仁不想上班,我也不想上班,为什么要出报呢?「客户导向」的简单理由,不仅让员工、读者休养生息,对初创的大椽-DIGITIMES而言,减少的不仅仅是7分之2的营运成本,不必面对周末高成本、低效率的发行作业,其实也是我们在媒体黑暗时代中存活关键之一。我相信一点点的差异,也能让我们与众不同。我又说:「亚马逊(Amazon)是假装成零售商的網絡巨擘;电子时报(DIGITIMES)是假装成报社的专业信息服务供应商」。我们想打破传统媒体仰赖广告的既定框架,改以知识与独特的定位,创造出不同的价值,并争取读者群愿意以「价格」回馈经营的市场机制。2024年中,我们维持每天发刊日约100则科技新闻,加上这一整年344份横跨半导体、AI服務器、电动车、筆記本電腦、手机等不同领域的研究报告,共构成全球规模最大的「ICT供应链」信息来源与數據库。「定价」的挣扎与演化定义、定位不难,但網絡信息泛滥的时代,放眼全世界,大椽-DIGITIMES的定价策略几乎是个例外。美国是主导全球政治、产经结构的领导大国,其政府、企业动见观瞻,美国的主流媒体如纽约时报、华尔街日报(WSJ)不仅拥有本土庞大市场,政经领袖的偏好、受访意愿,都能以全球需求定义出高高在上的事业模式,但这绝对不是以臺湾为主场的大椽-DIGITIMES可以复制学习的。尽管如此,这些全球顶流的报社,每年订阅费不过数十美元。臺湾国小民寡,如一味的抄袭中美大国才有优势的战略,那只是自取灭亡之道而已。我选择以B2B的模式,尝试争取企业订户以每家营业额10万分之1、1万分之1支付专业信息费用的目标,在企业赚钱的前一步支付收集數據的微薄费用。中美经济可以仰赖供给端、需求端的双向商机,臺湾体量虽小,但电子业的规模与成长潜力毋庸置疑,市场存在深具潜力的价值,只是我们需要补强的是专业知识、服务框架,以及坚定的经营信念。创业之初,我就以专业定义事业模式,建构高品质的服务内容,并以此说服客户付出较好的代价支撑超过200人的团队。每日100则上下的产业新闻,强调的是每日更新的数据、产业动态,300份以上的研究报告,不仅代表深度分析,也是我们定义事业模式,以及与他人不同的战略武器。唯有经验丰富的老师傅,知道如何定义研究主题、分配工作、排班生产,并与實時新闻互补,形成多元共构的數據库服务体系。撷取产业专业信息,不仅需要高素质的人才,也可能面对越专业的信息读者越少的尴尬困境。破解之道就是「以信息科技串连分众读者」。《电子时报》不仅聚拢电子、金融业的专业付费读者,更以臺湾产经结构上的战略优势,创造出国际化商机。有了研究中心的支撑,大椽-DIGITIMES经营高层更理解产业的变动,也与时俱进的修正经营策略。《电子时报》从创办第一天开始,就将所有的新闻汇整到數據库,不仅如此,也善用过去的研究经验,精选产业关心的主题,在初期强打「专题报告」。每位《电子时报》读者都会发现,当您翻开头版之后,第一印象就是长期放置在第三版的Daily Issue(每日热门主题)。速度与深度的互补机制,也是我们在过去媒体黑暗时代存活的关键之一。但我们认为,情况可能比我们认知的更糟。据尼尔森媒体机构的调查,臺湾主力报社传统的广告营收在过去5年中暴跌80%,而澳大利亞政府在与Google、Meta对簿公堂时,也一再地强调澳大利亞媒体80%的广告收入都流进網絡巨擘之手。The Business Research调查指出,2024年全球社群媒体的市场规模已达2,541亿美元,到2028年为止的年均成长率仍有13.2%。市场对信息的需求并未减少,只是从传统媒体走向社群媒体,企业投入广告的经费也是年年增加,关键是媒体经营者是否掌握时代的演化,找到适当的获利模式。如强调的是专业能力,就得容忍信息的浏览量不可能比照网红、名嘴,而广告版面与平臺,更应以专业定位为诉求,才能找到分众、高单价的商机。为了填补文字、图表内容,大椽-DIGITIMES在2022年初购并「IC之音-竹科广播」,并以此做为创作影音的平臺。大椽-DIGITIMES是以文字图表搜寻做为主要事业模式,不过度诉求情感与观念上的认同,因此与读者、客户的互动就容易流于标准化、框架型的模式。直到购倂IC之音后,以竹科17万人及桃竹苗地区382万人,考量知名理工大学,加上电子业从业人员至少50万人的优势,我们把IC之音经营成以影音为主,并能与科技业对话的专业平臺。由于对象明确、讲求品质的经营诉求,许多希望经营社群的媒体工作者近悦远来,主持人阵容一年强过一年,而希望对科技业行销、说明企业经营决策的专业人士也乐于参与。短短两年,IC之音已经可以转亏为盈,员工待遇也得到较好的回报。那么新媒体的商机何在?又需要什么样的经营条件呢?我相信在AI驱动的媒体世界里,文字、图表、影音可以无限串连,网红或许可以毫无障碍的穿越时空,但落地的第一个社群就是定义市场行为最关键的考量。《电子时报》专注电子业,提供數據库查询与专业活动的运作平臺,这是大椽-DIGITIMES在媒体市场上捞到的第一桶金、第一社群。IC之音则以上下班尖峰时段进出竹科与邻近工业区、大学院校的专业人士为诉求,我们也很容易的落实在地服务,實時播放后再次转贴到Podcast 、YouTube的运作机制,让大椽-DIGITIMES经营模式,兼具虚拟实境的优势。《平臺经济》书中提到「Media defines community」,通俗的讲就是「什么人玩什么鸟」。传统纸媒的传递成本与流通速度成为瓶颈,但在網絡的新时代,甚至当社会走向AI时代时,传递的成本与速度就不再是问题,我们可以期待臺大医院的医生、护士、警卫,与远在花莲慈济、臺东门诺医院,都能同时撷取同样品质的信息。新时代不再有偏乡,分众、专业的媒体与社群经营将是臺湾这种中小型国家在面对美中網絡大腕冲击时的存活、发展之道。新的時代,媒体要兼具网红的灵活度、绩优媒体的可信度,以及特定的市场定位与价值,内容的经营要横跨文字、图表、影音,甚至跨国与顾问服务。经营分众社群。多元串连的能力,已不是天荒夜谈,而是必须因应的关键趋势。善战者,求之于势,不责于人《征信新闻》是我启蒙的刊物,在我出生的年代,臺湾的人均所得仅有200美元。黄家经营锯木厂,早就订阅当年仅有两大张、八版的《征信新闻》。这份创办于1950年的报纸,是街坊邻居撷取外界信息最重要的管道。很多人不知道,这份报纸就是《中国时报》前身,也是国民党来臺之后,臺湾媒体界的泰山北斗。从《中国时报》,到1988年报禁解除之后的10年,不仅中时、联合影响社会舆论,之后创办的苹果、自由时报,甚至自立早报、民生报,都深度连结臺湾人在媒体1.0时代的喜怒哀乐。1998年,我在施振荣、苗丰强、邰中和、胡定华、张忠谋等科技业大老的支持下创办了《电子时报》,这份以报导电子业供应链實時信息为主的刊物,创立初衷是以传统报纸形式,让产业界透过浏览标题,快速掌握当日信息,达到果断决策的效益。做为科技智库MIC的负责人与资深的研究员,我深知新的角逐者不应以传统模式挑战前辈,最好方式是重新定义媒体、找到新的定位,并订出好的价钱,否则传统媒体不会主动让出具有价值的市场空间。跳脱「多元平臺,单一视野」的局限臺湾幅员小,但也有教育程度、人口密度高的优势。只是从威权进入到民主的过程,无秩序的解除报禁、开放电视新闻频道,反倒造成投资不足,市场零碎化,形成「多元平臺,单一视野」的困境。大椽-DIGITIMES在创业过程中也面对过低价竞争的压力,但在我们专注深化科技产业新闻的大战略,几乎贡献营收将近一半的數據库会员收入,不仅支撑公司营运,高续约率的会员服务系统,可说是臺湾知识服务业最大的「量贩」体系。不仅带来稳定的收入、高品质的阅读流量,更是我们主办研讨会最主要的听众来源。「拓殖」是一种生物扩张到另一个新领域的说法,传统的媒体仰赖纸媒传递,一份报纸有5个人传阅都是正常的型态,但从網絡进化到AI新时代,优质信息的传递轨迹与传统纸媒大不相同。读者透过分享可以找到同温层,而以AI技术、工具串连,更是专业人员搜寻产业信息时的重要手段。随兴阅读与有意图的搜寻數據,两者性质大不相同,而产生的信息、愿意付出的成本也大不相同。如大家知道全球知名的Gartner Group市值高达400亿美元,PE也有50倍的水平,大家对于专业知识服务业的理解,应有截然不同的认识。臺湾不是美国,但也因为不是美国、中国这种大型国家,专注在优势领域,发挥小而美的价值,反倒是小国在媒体经营上非常重要的理念。您相信繁体字的医疗信息优于简体字吗?如果您相信臺湾信息电子业的信息品质具有比较优势,那您也可以理解中国厂商跨海购买产业信息的机率有多大了。臺湾是硅谷的代工厂,臺湾的信息是美国大厂关注的焦点,DIGITIMES的英文网站(DIGITIMES Asia),过去6年的营收几乎成长6倍,这也是臺湾价值国际化的新典范。「可以做的事情愈来愈多,但适任的人愈来愈少」;我躬逢其盛,也受益于兴盛繁荣的产业。瑯琊阁的传奇前几年有一部非常叫座的连续剧《瑯琊榜》,剧里头的男主角以情报主导了国政与江湖走向。千禧年之前的日本,以布局深远的商社,搜集全球产业信息,让日本在后工业时代成为全球的典范。1960~1990年间,日本蓬勃发展的经济,让哈佛教授傅高义以《日本第一》出书赞美日本人伟大的成就。而包括臺韩在内的四小龙,也以「雁行理论」紧紧跟随。从纺织、成衣、电视,到化工、钢铁、造船,臺韩无役不与,成果丰硕,但在快速行进的过程中,直到1990年后才在半导体与个人电脑产业,以快速、集中等策略后来居上。日本的问题在于空有信息,缺乏以产业发展洞见深化产业价值的准备。这样的历史不会重演,只是会以相近的剧本再次出现在我们眼前,对于现阶段成为赢家的臺湾,我们了解「势险,节短」是臺湾成功的关键,但希望卷土重来的日本,以及已经在存儲器、AMOLED等关键零件超前的韩国,正与臺湾在美中贸易大战中扮演关键的角色。日本产业经历过空有数据(Data),但却缺乏洞见与面对问题的积极态度,导致在个人电脑、半导体这两大产业变革中被臺韩超越。弯道超车不是不可能,只是错失一次大商机,从后追赶时「弯道翻车」的机率更高。臺湾侥幸存活,怎可掉以轻心。(本文作者为DIGITIMES电子时报創始人)
企业家的风范
在睽违26年之后,张忠谋先生自传的下册于日前问世。关于张忠谋一生成就,我个人是无置啄的空间。但在常人认为是人生超级胜利组的张忠谋,如毕业于名校,年轻时间担任大型企业的重要职务,再加上创建臺积电,不仅是全球市值前十大的企业,也是我们的护国神山。在自传中却揭露其不顺遂的一面,那就是在10年中辞去3个职务,分别是德仪(TI)、通用仪器(General Instrument)以及工研院。造化弄人,几经波折后,张忠谋以新的商业模式,贯彻自我的理念,创建臺积电,得以摆脱过往工作时组织上的掣肘,而一展长才。几个月前,在国科会吴诚文主委邀宴几位半导体相关产业人士,讨论国家政策方向的场合上,我个人提出一个假设性的问题。在约莫三十年前,联电一直叫阵臺积电,争辩谁是第一个提出晶圆代工的企业,也就是说如果李国鼎先生及徐贤修先生,没有成功地邀请张忠谋回到臺湾,晶圆代工产业依然是会在臺湾发生。假设所有的条件都没有改变,唯独张忠谋没回到臺湾,那么晶圆代工在臺湾会是相同的样貌吗?还会是我们的护国神山、兵家必争之地吗?我所要强调的是,一个企业家的风范及高度,是决定一个国家在此产业是否具有全球竞争力,最后也是最重要的一里路。那些经常抱怨,甚至整天向政府要糖吃的企业家,都很难开创出局面。在我个人的观察中,臺湾几个具有国际竞争力的企业,也都是由卓越的企业家所领导,他们对于相关技术及产品的发展趋势,都有著第一手的接触,以下是我的观察:我跟联发科的蔡明介董事长只有一次近距离的接触,那是陪同工研院院长去拜访他并请益。会议中蔡明介拿了份国外专业杂志的报导,建议工研院可以考虑发展该项技术。有位在光电专业领域的朋友曾跟我说,他每隔一段时间,便会被富士康前董事长郭臺铭先生找去,因为郭臺铭随时都要知道光电领域最新的技术发展。广达电脑的林百里董事长,更早在二十多年前,就参与MIT媒体实验室及人工智能实验室的研究計劃,他本人也多次造访该实验室,理解各项进度。这些受尊敬的企业家,不仅与时俱进,且时时刻刻担心竞争对手的超越。反观在臺湾所举办的各类型的研讨会上,许多企业领导人,甚至政府做决策的官员们,通常都是在开幕仪式上致个词拍合照后,匆匆离去。事实上,他们是最需要全程参与、了解最新动态的一群人。如果只是依赖幕僚所提供的信息,缺乏第一手信息来源,如何能做出高品质的规划及决策?在张忠谋自传中提到,他早期花了不少的时间在新竹国立交通大学讲授12堂课,但是很遗憾,却没有得到同学们对于课堂内容的回馈。张先生课堂的内容,每周都会在当时的经济日报转载,其中有堂课是谈到了权力与责任。张先生说,一般人总希望做事情能权责相符,但实际上是不可能的,一定是先有责任,然后得到了别人的信任之后,才会被赋予权力。这篇转载的文章,对于当时的我犹如醍醐灌顶。因为我刚当上系主任,年纪不到40岁,内心一直很苦闷,因为我很用心地在推动系务的发展,但是系上的资深教授们却对我多所批评,张忠谋的文章开释了我,理解到这是个必经的过程。只可惜以上这段的回馈晚了二十几年,之后我对于年轻的主管,也多以此加以勉励。读完了张忠谋自传下册,想起了论语中有一段话「君子之德风,小人之德草,草上之风必偃」我们期望臺湾有更多风行草偃的企业家,领导企业建立产业规模及竞争力,成为我们护国群山的一份子。
被资金密集和人力密集延缓发生的半导体产业变迁
最近半导体产业有2块领域开始发生显著的市场型态变迁,一块是标准型DRAM,另一块是成熟逻辑制程。这两个领域是独立领域,现在变化发生的原因类似。DRAM市场的变化是已经早早被预期的,现在才显著发生才是意料之外。以三星电子(Samsung Electronics)为例,2010年进入30納米量产制程,费了4年才迁移往20納米,这已经花了过去摩尔定律所需2倍多的时间。进入10几納米時代后,更是举步维艰。往往得花1、2年的时间才能向前推进2納米。到1b(大概约12納米)制程后,EUV必须派上用场。虽然可以减少一些多重曝光的程序,但是成本未必下降。EUV的折旧是成本中的一大块。DRAM会先遇到摩尔定律壁障是半导体产业的通识。DRAM用来显示數據的单元是电容上的电子。电容上的电子会随时间而流失,數據需要用刷新电流(refresh current)来更新、维持正确性。电容值(capacitance)愈大,數據可以维持得更久。电容值与电容的面积成正比,但是制程微缩却是让整个元件的基地面积缩小—即使现代电容承载电子的面积其实已是垂直站立的—电容值要维持在一定的数值变得异常困难。这让DRAM制程微缩举步维艰。DRAM面临摩尔壁障意味著什么?除非有新的科技创新能突破目前所面临的微缩与电容值方向冲突的困境,譬如3D DRAM、无电容(capacitorless DRAM)等真正能替代现行的DRAM的架构,DRAM制程的龟速演进快到尽头了。DRAM仍是电子产业的必需品,市场很长一段时间内不容或缺。但DRAM不再是高科技产业,意即它创造经济价值的方式不再依赖于持续的研发再投入,特别是制程的微缩;它也不是不能赚钱了,只是它的成功方程序已经变更了。虽然DRAM制程只能缓慢爬行,10几納米的厂房设备和极其精细的制程以及大量的资深工程师还是造成极高的进入障碍。兼之,DRAM产业也早已进入寡头垄断的产业型态,即使DRAM产业早已不具备高科技产的创造价值型态,在过去DRAM产业仍然难以进入。打破这脆弱平衡局面的因素是美中贸易对抗。2018年后,中国的半导体自给率的要求让巨量资金注入这个产业,规模经济优势以及寡头垄断的情势逐渐瓦解。DRAM产业,除了与AI发展息息相关的HBM还保有较多的持续技术创新价值外,将进入与之前完全不同的营运以及竞争模式。成熟的逻辑制程本质上也有类似的处境。成熟制程是研发先进制程后的价值最大利用,被应用于一些特定产品性价比高最适制程。要新进入这个产业,除了有上述的DRAM产业进入障碍之外,新进者也要面对先进者研发经费摊提、设备折旧完成的竞争优势。同样的,成熟制程的经济价值产生也不是主要靠制程微缩。以Sony的CIS为例,从2004年的90納米到2024年的28納米,20年间不过只前进3个時代。其中的价值创造主要在背面照明(backside illumination)、以铜混合键合(copper hybrid bonding)的先进封装整合入逻辑乃至于DRAM芯片等。所以成熟制程的节点本身也不是以高科技产业的胜利方程序来营运和竞争。将此一事实清楚摆上台面的驱动因素,也是美中贸易对抗下中国对半导体元件自给率的要求。这些开始浮现的半导体产业真实面貌,对于想进入或著重新进入半导体产业的国家也许来的及时—半导体产业不全然是高科技产业。要踏入高科技产业、享受高科技产业持续的成长以及超额的利润,还要避开尖锐的竞争;抑或先从比较可及的成熟制程半导体入手,却要避开已隐隐像红海的雷区?做怎么样的选择、采取怎么样的策略,这是个大哉问!延伸报导专讲堂:新兴国家发展半导体产业的挑战
新兴国家发展半导体产业的挑战
在经历疫情期间半导体元件的匮乏,以及中美贸易的壁垒分明之后,半导体及AI似乎成为国家主权的象征。不管是已开发国家或新兴国家,都把发展此二产业列为重要国家策略;AI要主权,半导体要自给自足。这也是为什么COMPUTEX和SEMICON Taiwan这两年访客络绎不绝、盛况空前的原因。对于新兴国家,发展半导体产业将面对艰难的抉择:要先发展半导体产业价值链中的哪个环节、采用什么样的发展策略都是问题。缺乏经验的政府通常要将问题诉诸外国顾问或顾问公司,这是理所当然。许多政府的意志很集中在半导体制造的环节,意即晶圆厂和封测厂。即使这个环节还有很多的选项,譬如业务模式、切入的技术节点、上下游整合的程度等,但是这些顾问或顾问公司们对不同发展阶段、不同国家稍早之前给的建议却有惊人的相似性:晶圆厂的建议都集中在12吋厂、28納米制程、代工模式。这个模式似乎适用于东南亚、南亚、乃至于中东!做这样建议的理由主要因为28納米是摩尔定律在成本演化的终点:每个晶體管的成本曲线,在28納米此一技术节点达到最低。这一论述无可厚非,但是半导体不仅比成本,也比效能和功耗,是以28納米以后制程仍持续前行。接下来是建厂成本的论述。盖1座每月投产5万片、逻辑制程28納米的晶圆厂,预算在60亿美金之谱。但是如果再推进一个制程节点到22納米,盖厂预算会骤升到90亿美金。主要原因是22納米的制程加入金属闸极(metal gate)、高介电值氧化层(high k dielectric)等新元素,而且多重曝光(multiple exposures)的需求增加等因素。从28納米到22納米,在资金和技术方面都面临门槛。但是有另外几个因素似乎不在这些顾问们的雷达范围内。第一个是技术来源。如果是新兴国家,要不就是招商引资,要不就是国家补助并且取得技术授权。如果是既存的半导体厂,相当大的设厂机率会选择在产业生态相对成熟的区域。如果是后者,28納米量产技术授权几乎没有先例—没有厂商愿意去培养潜在的竞争对手。接下来是业务模式,代工是涵盖半导体生态区最广泛的业务模式。它包括矽智权、IC设计服务、晶圆制造厂,甚至可能包括先进封装测试厂。对于一个新进入半导体产业的国家,很难所有的生态区块都护得周全。另外,代工做的是像餐厅的事业,要容许顾客点菜,手艺要面面俱全。不似IDM像披萨店,只卖一种产品,一技行天下。对于新进者,前者显然困难许多。再来是开发过28納米逻辑制程的工程人员。即使有技转的制程,还是需要有人能将技术导入量产,而合适的人选莫过于有开发28納米制程经验的工程师。一个2,000人的厂,即使高度使用人力杠杆,至少也要有50~100名资深研发工程师来带动整体团队。然而熟悉这个领域的人都可以稍为盘点一下现在这个领域、并且愿意变动工作地点的人数,要建立一支适格的28納米工程团队可能比筹资更困难。最后是市场竞因素。中国在中美贸易战前的半导体设备购买约占世界市场的4分之1强,之后因为冲突可能进一步升高而储备采购,市场占比连续提升到2023年的近3分之1,预计到2025年才可能稍有所滑落。中国连续采购半导体设备导致的结果也很明显。到2027年,中国成熟制程预计占全世界市场近半。其实不用到2027年,2024年中国的内需市场已经很卷了,而且竞争也外溢到外部市场。对于给建议的顾问或顾问公司们,不考虑这些已发生数年的市场事实,叫这些新投资的公司或国家一股脑往红海市场中钻,合适吗?所幸渐渐有比较清醒的,建议方向转向封测。封测如果是传统的封测而且是既存外国IDM公司的后段,营运和业务自然没有问题,盖建的经费也较小,大概在3到5亿美元之间。挑战在于招商,是衡量政府奖励、基础设施、人力资源、运筹、市场等因素后的综合考量。但如果是OSAT,业务来源就可能成为问题。开发線上晶圆厂后段业务存在些障碍。而且如果只做传统封测,次产业的含金量稍嫌不足,未必符合政府发展高科技的期望,也有已经发展很长时间传统封测业而淹留于此、止步不前的先例。先进封装有较高的创新内容,在此时称得上高科技产业。但是先进封装需与晶圆制造、甚至IC设计密切的合作。单独存在的先进封装厂很尴尬的,除非是像Amkor在越南的厂,如果业务承接以及上下游的协作起初可以由总部建立运作联系,也是有机会走向坦途的。先进封装利润较高,是许多既存封测业务移动的方向。但是先进封装技术门槛当然也较高,而且封测技术犹如过去半导体元件制造技术的摩尔定律,还在持续移动之中,最终也要以规模经济较量投入研发的能量。半导体产业无处可以契入了吗?当然不是。只是当顾问们面对产业的生态分布以及发展的规律要讲究明白,别将客户一头领向看似理所当然的生态领域,实则早已是汪洋的红海一片。
叠加与纠缠—国际量子科技年的来临
又值岁末,准备迎接新的一年。联合国在稍早宣布2025年为「国际量子科技年」,此外也是表彰海森堡(Werner Heisenberg)与薛丁格(Erwin Schrodinger),提出并奠定量子力学理论基础的100周年。两位先驱者在100年前,分别以矩阵数学及波动力学,诠释电子在原子尺度内的行为,并得到实验的证实,开启了量子力学的大业。随后量子力学在物理、化学、生物,甚至工程应用领域,都获得重大的进展,并引领各学科踏入一个全新境界。然而量子力学从一开始提出,就被很多科学家所质疑其理论的完整性,历经100年此争辩依旧方兴未艾。就以近来备受关注的量子运算,之所以具有如此庞大的运算能量,是基于量子叠加(superposition)以及量子纠缠(entanglement)2项基本的特性。而叠加与纠缠,从1920年代末期便开始争论不休,参与论战的包括爱因斯坦(Albert Einstein)、波耳(Niels Bohr )等人,乃至于海森堡与薛丁格两位。论战以薛丁格的猫开始。猫装在箱子内,在没打开盖子前,猫不是生也不是死,而是处在生跟死的叠加态—这完全违反我们的经验法则,但是在量子的世界是可行的。最近網絡上有一则贴文,「在没打开主管办公室门之前,我是处在生跟死的叠加态」,似乎比薛丁格的猫更易懂。薛丁格的波函数有一连串组合的解,然而当我们人为去量测时,依照波尔及其哥本哈根学派的解释,会造成波函数的塌陷,而得到其中的一个解,也就是量测得到一个物理量。至于还有其他的解,在下一瞬间的量测,会得到另一个物理量。所以会量测得到哪一个物理量,变成机率问题,因此在量测之前,电子是处在多个叠加态之中。爱因斯坦对于此机率性的假说非常不以为然,也因此衍生出「上帝不会掷骰子」 的名言。用人为的方法去量测量子或基本粒子的物理状态,一直是在科学界无法解决的问题,因为这些粒子的物理量都非常微小,人为的量测不免会干扰到粒子原先的状态,而造成波函数塌陷或不连续的产生,但是如果不去量测,又无从得知粒子的状态,这真是两难。1957年另一位先驱者Hugh Everett,用数学的方式将观察者也纳入波函数的计算,而得到多重世界的结果,每一个世界代表著其中的一个叠加态。也就是我们所量到的状态,是在这个世界所发生的,另外还有其他的世界有著不同的叠加态,与我们平行存在。多个平行世界或宇宙,在我们现实世界是无法想像的,但在量子的世界是有可能发生。记得在小时候看过一出电影,片名叫「联合缩小兵」(Fantastic Voyage)的科幻片。内容是描述冷战时期,美国军方为了抢救一位命在旦夕的苏联科学家,将一组人马及核动力潜艇,用尖端科技加以缩小,并用针头注射入科学家的血管,并航行到科学家的脑部,用雷射光清除其脑中的血块。过程中有很多有趣的事发生,包括科学家体内的抗体攻击缩小后的小组人员及潜艇。如果把观测者及量测设备,缩小到量子尺度,然后去量测基本粒子的物理量,如此才能得到真实的量子行为。量子纠缠又是件令人匪夷所思的事。2个纠缠过的粒子,在分开很长一段距离之后,依旧维持著超越时空的关联性,而互通有无。爱因斯坦称之为「鬼魅般的作用力」,这完全颠覆我们以力学为中心的物理学,但后来实验证实这个纠缠的作用力是存在的。要观察及理解量子的世界,唯有将观察者微缩到量子的尺度,才能得到确切的答案。在真实的世界里,虽然我们不完全掌握量子的奥秘,但基于其所表现出来的行为,仍足以借此开发出影响人类文明的工具,量子运算就是个鲜明的例子。这也许就是联合国将2025年订为国际量子科技年,背后的原因吧!
AI也难突破哥德尔不完备定理
哥德尔(Kurt Friedrich Gödel;1906~1978)在现代逻辑上的成就是独特而伟大的。事实上,哥德尔的成就不仅是一座学术纪念碑,更是长久屹立于学术历史中的地标。逻辑学科因为哥德尔的成就而彻底改变其本质与发展可能性。在哥德尔的伟大成就中,他的不完备定理(Incompleteness Theorems)是数理逻辑中的基本结果,宣示形式系统的内在局限性,尤其是那些能够表达基本算术的系统。第一定理表明,任何足够强大且一致的形式系统都不可能完备,这意味著该系统内会有无法使用自身证明的真命题。第二定理进一步指出,没有一个系统能够证明自身的一致性。大型语言模型(LLM),如GPT-4,可以协助数学定理的证明,但与传统方法相比,它们仍有明显的限制。这些模型可以提出想法、建议步骤或提供解释,这些都可能在证明构建过程中发挥作用。它们能处理某些符号运算并形式化某些证明,特别是那些遵循已知模式或来自数学文献中的证明。然而,LLM无法从零开始进行复杂或新颖定理的深度推论,因为它们的回应基于数据模式,而非形式逻辑推导。一些专门设计来证明定理的AI系统,如Coq、Lean和Isabelle,依赖严格的形式逻辑,并能生成完全角式化的证明,且这些证明可经过验证确保其正确性。相比之下,大型语言模型缺乏对逻辑和数学结构的形式理解。然而哥德尔的定理表明,某些真理无法由这些AI系统确立,且复杂系统的一致性无法从系统内部证明。AI无法「打破」哥德尔定理,因为这些定理是逻辑学的基本结果。它们适用于任何具有一定复杂性的形式系统,并且已被证明无误。由于AI运行依赖形式逻辑,它同样受到哥德尔不完备定理的根本限制。尽管AI无法打破哥德尔的定理,但它能帮助探讨这些定理的影响,模拟不同的逻辑系统,并研究这些限制在各类数学框架中的具体表现。然而,AI无法独立证明复杂或新颖的定理,也无法突破哥德尔不完备定理所设下的限制。哥德尔说:「我只相信先验的真理。世界的意义在于愿望与事实的分离。数学要么对人类心智而言过于庞大,要么人类心智不仅仅是一部机器。事物本身与谈论事物之间是有区别的(I only believe in a priori truth. The meaning of world is the separation of wish and fact. Either mathematics is too big for the human mind or the human mind is more than a machine. There is a difference between a thing and talking about a thing.)在AI的协助下,我们或许能够进一步探索数学的深邃领域,扩展人类心智的理解范围。
德国观察(6):历史不仅仅是历史
领带不见了,皮鞋也不见了!从硅谷到柏林、司图加特,几场大型的会议活动,我没看到有人穿著皮鞋上臺讲课,蔡司发给每个员工一双白球鞋与贴身的蔡司背心供大家識別服务人员。不仅如此,现场几乎没有人戴著领带,那么现在做皮鞋的Bally,浙江嵊县的领带王国如今还好吗?消费行为改变时,可能就是行业生死存亡的关头。但有些东西就是不可或缺。蔡司总裁说,地球上的人都是我们的客户,也许他用的手机镜头,或者微创手术时的显微镜,甚至您坐在牙医的诊疗椅上时,牙医已经可以同步与病患透过蔡司的3D镜头相互沟通。蔡司改变的不是光学技术,而是光学技术与我们之间的关系。蔡司不再是一家只生产镜头的公司,1969年人类登陆月球时有蔡司的镜头,现在的EUV设备少不了蔡司,而全世界已经有超过1,000万人进行眼球的微创手术,更是造福人类的伟大事业。离开司图加特之前我们去参访奔馳(Mercedes-Benz)总部,上百辆横跨接近150年的经典车款,在最亮眼的灯光下,沿著螺旋状的博物馆逐层展示他们的风华。奔馳汽车创始于「美好时代」,在欧洲,人们称1880~1914的30多年是「美好年代」,除了动力马达的普及之外,量产技术在稳定的欧洲世界创造出庞大的市场需求。都市化带来新商机,人们开始思考更有效率的跨区、跨国服务。1898年的巴黎万国博览会除了兴建艾飞尔铁塔之外,更重要的时代意义是让各国的商品公平的呈现在世人面前。奔馳汽车一炮而红,而深具工匠精神的普鲁士文明,给德意志联邦带来自信与骄傲。我们在奔馳博物馆看到的不仅仅是150年来所有的经典车款,也领悟到科技文明的变迁。但真正让德国汽车工业站上世界顶尖地位的关键,在于1960年以后的黄金時代。1957年,德国、英国、法国、意大利与荷比卢等主要的工业国家在罗马聚会,确认将以「欧盟」的形式建立关税同盟与共同市场,这是让德国汽车工业真正建立经济规模的年代。听说Carl Benz开发出第一臺汽车时,他自己并不看好,反倒是他的夫人开著他的创作,走走停停的走了18公里回娘家。回娘家那一段路,是人类历史上足以加載史册的大跃进。全球热门的话题当然是「人工智能」,但市场的结构与传统的工业时代已经大相径庭。如今攀顶的企业追逐不是工业时代的市占率,而是市场上绝对领先的独占性。基本上全球市场的规模稳定成长,只是市场大饼多数被领先者攫取,唯有具有独特制造优势的企业,才可以在特定领域繁衍生息。从Google、Facebook拿走媒体的广告商机,Tesla的电动车、NVIDIA的AI Accelerator,我们都看到领先者毫不留情的掠夺,资本主义的极致戏码正在上演,市值上萬億美元的企业主宰了市场。一旦企业界掌握太多他们也不需要的资源时,政治人物就可能利用各种机制调节资源的分配。历史不曾重复,只是经常以类似的情境再度出现而已。
德国观察(5):工业级的數字分身計劃:From AI Factory to AI Solution
「品质」是所有制造业的基础,企业从研发部门启动产品計劃开始,历经生产部门、供应商与客户的共同努力之下,达成六个标准差的要求,最后以「零失误」为目标将产品展现在消费者、用户面前。面对少子化、产品多样化的现实议题,制造厂如何利用生产管理技术,确实达到零缺点的无人工厂新境界?富士康、广达、纬创等EMS制造大厂,在过去五年的员工人数大减,又强调「非PC」营收比重、毛利、净利同步上扬的背景背后,智能制造的贡献就是幕后英雄。在柏林蔡司创新高峰会的现场,富士康數字长史喆讲述富士康智能工厂的布局策略。简而言之,富士康以AR/IR/MR的技术为基础,复制连结所有的工厂生产数据。富士康相信,拥有全球最多數字生产工具的富士康,只要尽可能将所有的生产活动数据化,就可以相互学习,并且在新建工厂时避免错误,并拥有最大的生产效益。「數字学习」不仅仅在于个别的消费者、用户,更大的意义在于工厂自动化,以及善用数据的管理机制。在2019年疫情之后的这五年,臺商基于规避风险、返臺投资等多重考量,对于智能制造的觉醒,扩大了与新兴竞争国家之间的距离。原本领先的臺湾加速往前扩张,现在要面对的课题,早已经不是技术问题,而是基于地缘政治、产业转型的决心与战略议题。富士康拥有全球规模最大的电子产品生产体系,但也最容易面对少子化、产品多元化的压力,从生产的角度发展出數字分身布局,非常值得大家学习。除了以網絡服务包抄市场的巨擘之外,以制造为本的企业成为市场上不可或缺的要角。只要市场存在一定的规模,制造与产品供应商,反倒是实际创造普世价值的英雄。聘用大量制造业人力的臺商如此,拥有4.3万名员工,不断在光学领域攻坚,试图突破技术瓶颈的蔡司不也如此吗?疫情肆虐期间,蔡司营收一度跌到60亿欧元,蔡司的营收在五年之后又倍增到100亿欧元以上,总部厂区里很多新工厂正在动工,证明了这是一家欣欣向荣的企业。做为全球最成功的「工匠」,我们看到制造业的价值,也以能与全世界分享而自豪!
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