半導體的彎道超車

這一年來我在專欄中反覆提過的半導體技術性議題包括MRAM、量子計算和矽光子。日本幾年前就將MRAM視為重拾日本在90年代半導體榮光的利器，現在又加了量子計算和矽光子。技術發展策略見解的相近，背後有結實的技術理由支撐。

叫做高科技產業的，技術密集是自然，但資金密集只是在起動的階段的初始條件。高科技產業的精義是以技術的領先搶盡市場先入者的豐厚利潤，累積再投入研發先進技術的資金。這是一個中長期力量的累積過程，要經過好幾個世代競爭才分得出勝負；好比兩個實力相若的網球選手在底線互相抽球，每一球選手所追求的只是調動對手位置、產生些微的優勢，當數拍之後累積足夠的優勢後，才有致命的一擊。有一些其他的因素可能在關鍵時刻發生小作用，譬如集團的資金奧援或者是政府的政策，但這些只能是輔助性的，不是競爭主軸，單只是資金的挹注也無法將錢直接轉換成先進技術。產業屬於經濟的範疇，要按照高科技市場的經濟規律發展。

在過去半導體製程直線發展的路途中追趕先進製程是非常辛苦的事。身處於不利的落後製程，營業利潤相對微薄，量產後所累積的資金往往不足以再發展更先進製程，這是很多退出競爭行列廠商的標準失敗模式。

但是半導體發展至今，讓技術處於相對後進的廠商有較佳的機會彎道超車，主要的原因是摩爾定律已走到緩步期。儘管ASML才於幾天前發表EUV可以帶領製程前進至少到1.5nm，而二維材料也開始被應用於先進製程，但這都改變不了一個事實：製程微縮已接近物理極限，以摩爾定律為經濟動力的半導體產業必須另尋多種經濟效益動力引擎。3D封裝早已進場，3D製程在NAND flash正在加速演出，而以材料科學製作新的元件或工作機制－如前面所提的二維材料加諸於CMOS之中－也開始入場，前面所提的MRAM、量子計算和矽光子正是這個範疇的技術。

這幾個領域的應用都與未來的科技大趨勢有關，譬如AI、大數據、量子通訊、5G、IoT、量子計算等。最重要的，這些新元件初期用不到先進製程，因此不必先苦苦追趕CMOS製程也能平行切入。譬如今年下半量產有eMRAM的代工製程是28nm，4月用來展示矽光子元件整合的製程是65nm，這些都屬於成熟製程。另外，這些材料對於傳統半導體產業並不是熟門熟路，現在加入這個競爭場域，起跑點至少是相等的。而日本的材料產業向來發達，大陸的材料基礎科研也相當強，也許他們自忖還有些優勢呢！