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異質整合、2 奈米晶片之爭, 2022年臺灣半導體重大影響趨勢與關鍵技術有哪些?—專訪工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅

111/01/28 瀏覽次數 1556
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工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅表示,半導體產業未來發展有兩條路,第一條路是跟著摩爾定律繼續前進,不斷追求電晶體尺寸的微縮,第二條路則是「超越摩爾」,走向異質整合。

蔓延兩年的COVID-19疫情,不只打亂人們的生活步調,也讓產業競爭有了新的樣貌,尤其半導體產業,在市場需求快速成長的情況下,晶片如同口罩、酒精一樣,變成全球都在爭搶的物資,各大半導體間的競爭也日趨白熱化。工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅表示,半導體產業未來發展有兩條路,第一條路是跟著摩爾定律繼續前進,不斷追求電晶體尺寸的微縮,第二條路則是「超越摩爾」,走向異質整合。透過不同晶片間的堆疊整合,把晶片做成功能更強大的系統。

半導體2奈米之爭,臺積電有勝出機會

近年來,半導體製程一路從 7奈米、5奈米、3奈米進入到現在的2奈米之爭,包含臺積電、三星和英特爾在內的主要半導體廠,都宣示要推出2奈米製程,顯見2奈米已經成為下個世代的主流。
 
而就目前發展態勢來看,雖然英特爾已經宣佈向艾司摩爾(ASML)下訂業界第一臺高數值孔徑(High-NA)極紫外光(EUV)微影設備,被認為將用來生產2奈米製程晶片,在發展速度上似乎較其他同業快了一點,但吳志毅認為目前還不能就此下定論。
 
原因在於,臺積電早就宣示要投入2奈米製程,在EUV設備的採購規劃,勢必不會落後於英特爾,且艾司摩爾營收有一半來自於臺灣,由此可推知臺積電的採購力絕對不會弱於國外半導體業者,要引進EUV設備,相信不是難題。其次,臺積電在5奈米和3奈米發展上,皆是小幅領先三星和英特爾,在2奈米製程上有著進入優勢,
 
其實,無論最終勝出的是臺積電、三星或英特爾,對半導體產業而言都是一件好事,透過彼此良性的競爭,才能推動產業循著摩爾定律向前行,在2奈米之後繼續追求技術突破,發展出1奈米、甚至1奈米以下的製程。
 

異質整合是趨勢  但現今挑戰仍不少

在尺寸微縮之餘,異質整合也是半導體未來發展的必然趨勢。現行異質整合的應用主要有2種,其一是高階CPU或AI晶片,利用異質整合的堆疊技術,將邏輯晶片跟記憶體連結在一起。其二則為影像感測器,同樣透過異質整合技術進行三維空間堆疊,把影像感測晶片、信號處理晶片跟記憶體堆疊在一起。另外,臺積電用整合型扇出(Integrated Fan-Out, InFO)封裝技術,為蘋果公司封裝iPhone的A系列處理器,也算是異質整合晶片的一種。
 
「雖然,臺灣從晶圓廠到封裝廠都已投入不少資源發展異質整合平臺,但仍有許多待解決的挑戰」,吳志毅說。
 
舉例來說,如何克服不同晶片熱脹冷縮的問題、晶片堆疊在一起的散熱問題、機械整合強度的問題等。另外在設計上,傳統晶片設計的工具多是針對單晶片,不完全適用於異質整合晶片,半導體業者還需要更多電腦輔助設計或者設計模擬工具,才能加速異質整合晶片的發展。

臺灣有半導體人才,但是需求量更大於供給量

無論未來市場趨勢如何發展,臺灣半導體產業目前最大的問題還是在於人才荒,「不是臺灣沒有半導體人才,而是人才需求量大於供給量」,吳志毅強調,為了解決這個問題,臺灣從學界到業界都在努力,像是有些大學成立半導體學院,希望可以培育更多半導體人才,以滿足產業的人才需求。
 
此外,吳志毅也建議學界業界要一起鼓勵女性從事半導體行業,由於半導體業無論是學生或從業人員,都呈現男女比例相差懸殊的狀況,如果能將此比例拉高到三分之一甚至一半,對彌平半導體人才需求缺口,其實有很大的幫助。
 
至於引進國外半導體人才,吳志毅認為這也是一個解套方式,但這需要長期規劃,唯有整體社會環境成熟與政策制度配合,才能吸引國外人才長期留在臺灣,否則這些國外人才都只是來臺灣工作3-4年,就轉至其他英語系國家任職,對解決半導體業人才荒的問題幫助不大。
 
未來,在臺灣半導體產業的發展上,則建議持續妥善整合產業、官方、學界及法人等四股力量,激發出產業創新的動力,讓臺灣再次靠著技術力,走向全世界。

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