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摩爾定律失靈?晶片戰爭Round Two開打－焦點媒體深讀 #19

前言：晶片戰爭在各大巨頭競爭把電晶體縮小的戰場上感覺上已經打到越來越接近極限，目前需要改走透過先進封裝科技的彎道來維持領先。而這個概念的先驅者便是台積電的前研發主管蔣尚義。《日經亞洲》難得對他進行了專訪讓他本人直接陳述想法，並對目前整個先進晶片產業的現況做了全方面的鳥瞰式報導，讓讀者看完能了解目前戰場上各方廝殺的現況與下一步可能的發展。

一、應對摩爾定律漸漸失靈的先驅者－蔣尚義

2009年當把更多的電晶體擠在越來越小的晶片上難度變大時，台積電當時的研發總監蔣尚義覺得他找到了解方：他和張忠謀提議去研究晶片封裝的製程來解決這問題。當時蔣尚義告訴張忠謀說因為摩爾定律進展的速度會越來越慢，需要試試別的方法來持續增進晶片的效能。

   摩爾定律是英代爾的高登.摩爾在1965年提出，預測晶片上可放的電晶體數目每年都會增加一倍。到了1975年，這個定律的速度從1年修正到了2年。人類發明的第一個電晶體長達1公分。到了1950年代，其衡量單位變成公釐。今天業界標準變成奈米。

   摩爾定律主導了半導體業數十年的發展，晶片的微型化讓半導體的成品從個人電腦進展到智慧型手機在進展到人工智慧。只要晶片效率的些微提升就能帶讓更複雜的計算變成可能。而目前大部分的業內專家認為剛萌芽的生成式AI所需的計算力要4奈米或更小的晶片才辦的到。

   但現在晶片縮小的程度已經接近極限了，因此蔣尚義告訴日經亞洲的記者晶片業在20年後可能也從高科技變成成熟的傳統產業，如果沒有找到新解方的話。晶片是否變成如鋼鐵、塑膠一樣的成熟大宗商品還有待觀察，但蔣尚義觀察到的摩爾定律推進的速度放慢對於半導體業和地緣政治都有重大意涵：蔣尚義認為摩爾定律變慢讓在晶片戰爭中落後的玩家如中共有機會迎頭趕上。

   的確目前有跡象蔣尚義的預言正在成真。根據《日經亞洲》的分析，英代爾和中芯國際的技術差距比之前的要小。當然這現象部分是源自於在美國制裁後中共大力發展晶片業的決心，部分則是產業領先者的創新速度慢了下來。

晶片巨頭的奈米競賽

美國的霸主英代爾過去至少都是領先中共對手4到5年，這是相當於2.5代的差距。現在這個差距剩下3年，也就是1.5代。在最大客戶華為的幫助下，中芯國際的目標是把晶片生產從7奈米繼續向前朝5奈米推進。

   奈米是指電晶體上閘極之間的寬度。閘極越小那麼就可以擠進更多的電晶體，讓處理器變得更強大。但閘極也有能變多小的極限在，所以晶片相關企業已經想出新的晶片架構並且開始用新的材料去挑戰物理極限。英代爾是2012年第一個把電晶體變成3D架構的，這架構正式的名稱叫做鰭式場效電晶體(FinFET)，在這之前成熟晶片上的架構都是二維的。

   現在晶片大廠目標都指向一個更複雜的電晶體架構：所謂的環繞式閘極(Gate-all-around)，好讓一樣小的平面上擠進更強大的計算力。但像這樣的創新成本更可觀了。台積電、三星和英代爾在2022年的資本支出合計970多億美金，這比歐盟未來十年花在發展晶片業的經費還多了兩倍多。

   美國的晶片諮詢公司International Business Strategy 的CEO Handel Jones告訴《日經亞洲》說過去台積電每兩年就有新技術，現在變三年了，之後可能會變更長。而業界的執行長與分析師們都同意在摩爾定律變慢之下，是落後廠商如中芯國際一個千載難逢的好機會去縮短和領先廠商的差距。