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台湾半导体业未来面面观 新产业需求大 质、量格局都变化


2022-01-08 居安 分享到Twitter 分享到Facebook 分享到Telegram |  国语 |  粤语

来源:思想坦克

作者:刘佩真 台经院产经资料库总监、APIAA理事

鑑于疫情持续产生变种,再加上美中两强于科技层面的对抗情势难解,甚至地缘政治变动诡譎多变,以及新兴科技领域对于半导体中长期结构性的需求浮现,皆让我国半导体所面临的经营环境呈现利多、利空因素并存态势,更使未来中长期半导体业处于质、量皆出现变化的格局。

量能则以疫情所反映的现象最为明显,因健康疑虑,半导体在医疗及数位生活转型上产生突发新价值,需求量出现大增;质变的部分,则是由区域政治、系统复杂化、绿色制造、人力资源等因素所左右。而究竟未来十年台湾半导体业所面临的商机、技术变革、全球竞合、机会与挑战为何?以下将作一深入探讨。

新兴科技领域将成为未来台湾半导体业需求主要的驱动力

若以新兴科技领域发展的商机而言,包括高效能运算、智慧汽车、5G、6G、物联网、智慧城市、低轨卫星、生技医疗、工业4.0、元宇宙等,其皆是未来十年半导体业创新应用的热门领域。

以近期掀起的元宇宙的新话题而言,预计中长期元宇宙将有机会阶段性获得实现;我国为全球第二大半导体供应国,且半导体业所扮演的角色则是在元宇宙底层技术架构下的后端基础建设,此可为元宇宙大量的应用场景提供技术支撑。

虽然GPU技术优势仍由Nvidia所掌握,甚至已超前部署推出Omniverse平台,展现Nvidia在AI及高效能运算领域的顶级技术,不过Nvidia的晶片仍是多由台积电以先进制程来为其打造,加上其他国际AI晶片、CPI、高效能运算等晶片,皆需搭配高阶制程制造,故台积电有机会因掌握全球63% 10奈米制程以下的先进制程产能,甚至搭配其CoWoS技术来进行异质整合封装,而成为元宇宙议题下台湾最大的赢家。

其次日月光投控也将是高阶封测订单来源的受益者;至于联发科则可提供AI引擎,而元宇宙所需的3D深度感测解决方案,威盛、义隆也能供应,鈺创则是锁定3D深度影像控制IC,而新唐、驊讯、瑞昱则是音讯晶片,鈺太为MEMS麦克风概念股,凌阳旗下芯鼎则是可望以其在影像控制IC切入AR/VR镜头供应链,而顺势切入元宇宙供应链。

至于美、中、日、韩等国家现阶段在元宇宙的布局含括层面较广,包括场景内容入口、前端设备平台(虚拟主机、AI计算实体、AR/VR、穿戴式装置、神经设备等)、底层技术支撑(区块链、人工智慧、虚拟货币、往立即运算技术)、后端基建(5G、GPU、云端运算、交互技术、物联网等)等,反观台湾,因过去科技产业强项多集中于电子零组件,因而仍是以后端基建硬体中的半导体产业未来的竞争力较为突出。

此外,值得一提的是车用电子未来中长期对于半导体业的驱动力,主要是由于运行百年庞大的全球供应链,在应对电动车市况变革下,被迫必须跟进调整供应链以及生产线效率,整体结构的变化也将牵动供应链的商机,特别是电动化、自驾化趋势有助于带动车用半导体需求逐步成长,显然半导体业在全球汽车产业的重要性将明显增加,且半导体对汽车产业转型电动车时代将在变革性上扮演重要角色。

特别是全球由传统燃油车转向电动车的过程,后者对电子应用比率大幅提升,使过去全球汽车产业零组件由美欧日等传统车厂独占的地位松动,对于以电子零组件的制造立足世界的台湾来说,电动车的崛起等同于为台湾半导体厂开闢创新获利路径。

也就是由于车辆电子化程度越来越高,电子元件沟通也趋于复杂,为加速电子运算与控制的能力,高效能运算的需求也逐步提升,未来十年全球车用高效能运算市场规模将显著扩大,显然随著车辆电子化、数位化与智慧化程度越高,车用高效能运算因提供更快速的资料处理能力,可降低成本及复杂度,而使其未来极具成长潜力。

由于车用高效能运算需要使用先进制程来为其打造晶片,而台积电因稳居全球高阶制程的领导地位,因此在抢食未来车用高效能运算晶片的代工订单上具有绝对的优势,特别是国际IDM车厂并不具备先进制程的制造能力与产能。

后摩尔定律时代将使半导体制程进展所遇阻力日趋加大

随著未来半导体市场应用趋势,将朝向人工智慧、物联网、智慧汽车、高速运算等应用,晶片对于IC制造业的要求将聚焦于多工、高速执行与存取、低功耗等项目;然而在先进制程逐步进展到一定程度,制程微缩所面临的瓶颈逐步浮现,特别是复杂的图形造成曝光次数增加,光罩成本也随之倍增,让摩尔定律发展速度也所减缓。

事实上,摩尔定律前进的困难处,包括穿隧效应造成的严重漏电流与功耗问题,也就是在採用现有片材料的基础上,电晶体中的电子就容易产生穿隧效应,使半导体元件失灵,为晶片的制造带来巨大的挑战。所以现阶段全球半导体业者对于先进制程的IC制造技术将有三种策略来因应,首先是延续原有CMOS技术的发展概念,如藉由EUV制程的导入来进行延展,但之后所遭遇的物理极限问题会日趋严重,如先进曝光机、刻蚀机等设备研发技术难度大。

其次则是藉由类摩尔定律的异质整合来达成,意即由应用需求驱动未来晶片设计功能的多样化,跳脱摩尔定律对集积度的执著,只从应用看整合,如透过3D IC等封装技术来整合电源、感测促动器、无线电、高频元件、无线充电、生物晶片等功能进入到晶片的设计与制造当中,即创造横向应用来克服摩尔定律失效的问题。

最后则是跳脱原有以硅为基础的CMOS元件制程,以新材料(如奈米碳材、宽能隙材料)、新技术来创新更高性能、低功耗、相容于现有制程,同时具备成本优势的制造型态,而光+电整合新时代—硅光子元件的发展、Micro LED应用于硅光子晶片的可能性、量子电脑技术的实现均将是Beyond Moore’s Law此作法中重要技术的突破点。

美中两强于科技层面的较劲将持续牵动未来十年全球半导体业的竞合

中长期来说,美中两强于科技领域互相争霸的态势将不易扭转,其中美国力促全球供应链从中国撤出,且中国积极进行去美国化,但以半导体产业角度来看,除中国半导体自给率2025年也恐仅迈向40%的关卡而已,况且由于2019年美国半导体业销售额来自于中国的比重仍达三成以上,加上中国市场规模对于美系半导体业者仍是难以割捨的收入来源,且美商撤离中国回到美国或盟邦进行供应链的建立也至少要5~8年,因此短期间台湾半导体业面对美中两强的压迫仍有因应的时间。

不过美中两强科技面的对抗,恐使全球半导体上中下游面临投资区位移转、供应链重组的变化,显然世界形成美规及中规两大体系的可能性升温,各国选边站的压力再次浮现,届时台湾企业如何有效杠桿两大体系及市场将是重要的课题。而面对美中关系的不确定性,我国半导体业需透过全球布局来降低风险,且进行体系内的转型升级,政府对于半导体产业政策更需有长期策略与方针、完善的资本市场体系、完整的人才培育系统,以求在美中贸易冲突情势趋向长期化之际,台湾半导体业仍可稳中求进。

未来十年台湾半导体业的竞争优势仍显突出  人才需求缺口则需积极补齐

在未来十年全球变局下,台湾半导体业仍是有机会呈现稳中透强的态势,毕竟台积电先进制程仍有机会将技压群雄,甚至技术进步将会从系统和应用层面带来更广阔的经济利益;但值得注意的是,有鑑于区域集中风险、地缘政治盘根错节、人才短缺和基础研究不足等问题,加上为了强化全球半导体供应链的韧性,各国政府正在思考在不同区域打造产能、拓展生产基地和关键材料的供应来源,并辅以大规模资金的投入,如近期中、韩、欧、美、日、印度分别祭出44兆、12.6兆、4.5兆、1.5兆、515亿、280亿台币不等的补助。

而在全球意识到分散半导体制造业据点、自身国家完整供应链建立的重要性时,是否动摇未来台湾半导体身为全球生产重镇的角色,而中长期台湾又该如何持续作为国际半导体价值链上的要角,人才需求缺口方面该如何补足,将是产官学亟需思考的重点,毕竟高素质理工人才的供给状况,将是攸关未来十年台湾半导体产业能否持续壮大的关键因素之一。



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