【专访】工研院院士史钦泰:台湾成为全球半导体业超级巨星的半世纪历程与秘诀

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1969年夏天,时年23岁的史钦泰搭上飞往美国的班机,他正飞向一个截然不同的世界。

他在一个被甘蔗田环绕的渔村长大。後来在台湾首都台北上大学,当时的台北是一个尘土飞扬的城市,遍布灰暗的公寓大楼,拥有私家车的市民并不多。而现在,他要前往普林斯顿大学读书了。

彼时美国刚将人类送上月球,波音747已经开始翱翔天空。美国的经济比当时的苏联、日本、东西德和法国的经济总和还要大。

现在77岁的史钦泰博士回忆道:「当我降落美国时,我感到震惊。我心想:台湾如此贫困,我必须做些什麽来帮助它变得更好。」

而他做到了。史钦泰後来和一群年轻的有志之士,将一个出口蔗糖和T恤的岛屿转变成了一个电子产业霸主。

今日的台北富裕且时尚,时速350公里的高速铁路穿越岛屿的西岸。台北101大楼,曾短暂地被认定是全球最高的建筑物,矗立在城市上空,象徵着城市的繁荣。这或许其中很大一部分归功於一个比指甲还小的微小装置:矽半导体 (silicon semiconductor),薄如纸张,现在是以其制成的晶片(chip)闻名。晶片是现在当代人类生活使用任何工具必需的核心技术,从iPhone到飞机。

台湾现在制造了超过一半用以推动当代人类生活的晶片。最大的晶片制造商台积电(TSMC)是世界第九大市值的公司。

这使得台湾几乎不可替代,但也让它变得脆弱。因为,中国担心外界可能切断最先进晶片的供应链,所以正在花费数十亿美元窃取台湾的王冠。北京还可能并吞这个岛屿,正如它一再威胁要做的那样。

但事实上,台湾通往「晶片超级巨星」之路并不容易复制。因为,台湾拥有一种「秘密配方」,由其无数工程师透过数十年的辛勤工作所磨练而成。此外,这种半导体晶片制造还依赖於一个构建於经济联系之上的网路,而不断升级的美中竞争现在正在试图断开这些经济关联。

从糖到矽

史钦泰抵达普林斯顿时,「美国正开始半导体革命。」

当时距离诺伊斯(Robert Noyce)制造出「单晶片电路」仅有十年,将电子元件集成到单片矽中,这是微晶片的早期版本,也推动了个人电脑革命。

在普林斯顿博士毕业後的两年时间里,史钦泰先在雷明顿兰德公司(Burroughs Corporation)设计记忆晶片,该公司当时规模仅次於IBM,是电脑制造业的领先者。同时,在石油危机导致其出口遭受重创之後,台湾正在寻找一个新的产业。矽似乎是一种可能性,史博士认为他可以帮上忙:「我认为是时候回家了。」

1970年代末,他加入了台湾最优秀的电子工程师组成的一个新研究实验基地,这个名字听起来很沉闷的「工业技术研究院」,之後却将在重塑这个岛屿的经济中发挥巨大作用。

工作始於新竹市,一个位於台北以南的小城。今天,该地成为全球电子产业枢纽,由台积电的巨大制造厂所主宰。这些晶片厂每一座都有好几个足球场那麽大,是地球上最「清洁」的地方之一。

晶片制造的细节是被严格保护的机密,不允许外部摄影机进入。最新的工厂「fab 18」位於台湾南部,是一座投资近200亿美元的半导体大厂,将很快开始生产下一代iPhone产品使用的三奈米晶片。

这些成果远远超过史钦泰和同事们在1970年代开办实验性的工厂时的想像。他们当时乐观的原因是他们当时拥有一家美国大型电子公司授权的技术,但令所有人惊讶的是,他们这家台湾工厂的表现青出於蓝而胜於蓝。

Photo Credit: BBC News

史钦泰博士是1970年代台湾进军半导体产业的领军人物之一。

其中原因很难解释,台湾成功的精确方程式也难以捉摸。

史博士的回忆则相对平淡。他告诉我说,「产量比原来的美国无线电公司(RCA)的工厂更好,成本更低。因此,这让政府相信,也许我们真的能做些什麽。」

台湾政府提供了最初的资金,首先是给了联华电子,然後在1987年,注资给了後来成为世界最大晶片代工厂的台积电。後来政府聘请了张忠谋,一位美籍华裔工程师,曾是美国电子巨头德州仪器公司的高阶主管。这是一次幸运或绝妙的抉择——今天,93岁的张忠谋被誉为台湾半导体产业之父。

当时,张忠谋迅速意识到,在已有的游戏中与美国和日本巨头竞争会失败。因此,台积电只为他人制造晶片,而不是设计自己的晶片。

这种在1987年还很少听说的「晶圆代工模式」之後改变了整个产业格局,为台湾成为半导体龙头铺平了道路。

而且当时时机再好不过。矽谷的新一代初创公司,包括苹果、超微、高通、英伟达当时都没有资金建造自己的工厂。他们很难找到无法自行生产的晶片的制造商。

史钦泰表示:「他们当时将不得不去领先的半导体公司,询问他们是否有多余的生产能力可供使用。但後来台积电出现了。」

现在,加州的「无厂公司」能与台湾的晶片制造商合作,而且後者对窃取设计或与前者竞争不感兴趣。

「秘密配方」

世界每年生产超过一兆个晶片。一辆现代汽车上装配的晶片数量在1500到3000个之间。据报导,iPhone12上有大约1400个半导体晶片。由於疫情期间对电子产品需求飙升,2022年的晶片供应不足影响了洗衣机到宝马汽车的生产与销售。

台湾在该产业可以取得非凡的成功:在这一兆枚晶片中,台湾的出货量超过一半,而且几乎都是所有最先进的晶片。这种成功来自其巨大产能,换言之,台湾的制造极其高效。

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