從面板到半導體產業之觀察 – eR講堂

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本次eR講堂邀請新能科技(鴻海集團)林星福總經理與企業同仁分享其個人對於半導體產業之觀察,以下僅就講座內容摘要如下:

 
未來是 “軟體” 主導生活的世紀
講堂一開始先觀賞康寧公司在2011與2012年所推出的兩部廣告影片(玻璃構成的一天 A Day Made of Glass)。第一部影片講述高科技玻璃製品在未來生活成為不可或缺的必需品,從起床、盥洗、烹飪、通勤、工作、購物、閱讀、娛樂一直到入睡,高科技玻璃製品似乎與人類的每分每秒息息相關。康寧公司於2012年推出第二部影片,進一步說明高科技玻璃如何延伸到科學研究、醫療技術與觀光產業等專業領域。
林總指出,在這兩部影片中,玻璃產品所扮演的角色實際上只是個介質,並非實際的軟體技術。硬體發展經過30多年的耕耘累積已經發展到一定的階段,雖然絕對還有進步的空間,但未來的生活卻將是由軟體技術所主導的!這裡指的軟體不只是程式語言(coding),而是延伸到對生活的想像力,未來的生活將是什麼樣子,將從軟體做起。

影片中,可以看到高科技顯示玻璃上具備攝影鏡頭、喇叭、麥克風等工具,這代表著顯示介面有著多層次的互動技術,另外在影片2:45的地方,當一位華裔女性經過公車站牌時,顯示文字就自動由英文轉成中文,這代表辨識技術也是多層次的,可以是性別、國籍、語言等特徵。這些資料處理與辨識的技術也開始應用在社會安全監控(Social Surveillance)的專業領域上。林總提到,大陸軟體發展的速度會比台灣快,有部分原因是因大陸國內的動亂威脅比台灣多出許多,這讓大陸政府開始思考是否能從影像去判讀犯罪者的企圖,以腦科學,心理學為基礎去辨識他們的行動特徵。就像2014在昆明火車站發生的恐怖攻擊事件與震驚台灣的北捷隨機殺人案,如果監視系統可有效辨識犯罪者的危險意圖,是否可有機會降低傷害,甚至成功阻止這些慘劇發生呢?

液晶顯示器LCD vs.有機發光二極體 OLED
現行高解析度彩色顯示器,例如電腦螢幕或電視,皆為主動陣列(Active matrix)。薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)會被添加到偏光板與色彩濾鏡上。這些主動陣列式的LCD電功率比陰極射線管(CRT)小,但發光效率還是太低,從背景光源中發射的光只有不到10%可以穿過螢幕發出,其他的都被吸收。相較之下,有機發光二極體 (OLED),不管是主動式(AMOLED)或是被動式(PMOLED),所擁有的優勢在於LED可獨立發光,並擁有高達95%的發光效率,所以省電許多。同時,因為LED的自體發光,所以這種面板在太陽下還是可以看得很清楚(e.g., Samsung手機)。那為什麼OLED並沒有完全取代液晶呢? 這是因為OLED比起液晶來說,壽命短又高成本、高售價。此外,OLED顯示面板因為是用蒸餾顯示材料蒸鍍上面板的,如果長時間停留在一個畫面,殘影就在使用過程中越來越嚴重,畫面也越來越暗,同時OLED的主動發光也更傷害人體眼睛。那為什麼Samsung 可以做LED手機呢? 除了因為Samsung自己就有面板廠可以控制利潤成本以外,也因手機的螢幕小,所以部分面板變暗的狀況在視覺上並不明顯,壽命問題也在人們頻繁換手機(平均兩年一支)的現象中間接解決。

出海口的經營哲學,台灣面板現在的困境
講完技術層面後,林總開始談到面板產業的商業模式與產業現況。在面板產業,前段廠掌握技術,後段廠掌握出海口,這其中真正能決定損益的是在後段廠,誰掌握出海口,誰就取得這塊市場,如果不掌握出海口,企業商機就完全取決於他人之手,就像素玻璃產品只能賣給面板廠一樣。這個產業現象可從全球四大液晶面板廠之一的群創光電(Innolux)在今年6月股東會報告中得到詮釋,群創總經理蕭志弘在會上強調公司要「向前走-做到整機;向上走-技術振興;向外走-以全世界出海口為重心」。在專注面板技術研發的同時,更要守住並擴大終端的出海口,垂直整合上游面板到下游通路,才能降低因液晶景氣波動而帶給純面板廠的負面影響。

在現階段面板產業的發展,雖然陸廠還追不上台灣的水準,更別說老字號的韓國三星與LG,可也足夠在市場上魚目混珠,而且在獲得政府大量資金的補助後,新的陸廠是不斷擴增並在質量上持續的進步,市占率逐年提高,導致在全球液晶顯示面板的供給曾經占有一席之地的台灣面板被嚴重壓縮。在面板的產業鏈中,最燒錢的就在產業鏈中游的面板供應商,台灣最知名便是友達、華映、群創、彩晶這四大企業。然而,在今年年初,台灣一直引以為豪的顯示面板供應商已從Apple的供應鏈中消失了。而今年新加入Apple供應鏈的便是由大陸政府重金資助的京東方。

缺乏政府補助的台灣企業除了在商業層面上被陸廠與韓廠兩面夾擊外,在技術研發層面上也因為資源短缺而出現問題。韓國三星、LG作為可操控整個韓國經濟的大財團,他們的垂直產業鏈多元化經營策略,以電子產品銷售來補貼面板成本投入,讓面板業的子公司擁有足夠資源投入研發技術。相較之下,台灣單一化經營的面板生產線在成本上已經吃緊,缺發多餘資金用於研發技術,許多重要設備更依賴進口。在面板產業的高資金需求中,台灣企業在人才流失與資金不足的兩大難關下,實在令人擔心 !

晶圓代工: 16奈米與14奈米的戰爭
在講完面板後,我們緊接著進入講堂的後半段,也就是半導體產業中的晶圓代工,以關於奈米的戰爭。因為台灣在全世界半導體產業中有著舉足輕重的地位,所以這些專有名詞在我們的生活中時有所聞,但真正懂的人卻占少數。首先,什麼是半導體 (Semiconductor)呢? 簡單來說半導體指的是一種導電性可受控制,範圍可從絕緣體至導體之間的材料(e.g., 矽、鍺、砷化鎵),藉由注入雜質,導電性可精確的被控制。其中矽則是在此產業中最廣泛應用於電晶體 (transistor)製作的半導體材料。而電晶體是甚麼呢? 它是一種具備放大信號、開關、穩壓、信號調變等功能的半導體元件,藉由摻入少量磷元素而多出一顆電子(electron)的矽晶體成為N型電晶體 (Negative),而摻入少量硼元素而減少一顆電子的矽晶體成為P型電晶體 (Positive),也因此當N型與P型電晶體連接時電子並不會流通(關)。這時第三個電極「閘極」(Gate)就以氧化層和半導體隔絕來達到開關的效果。

這數億個電晶體是如何塞進一支手機呢? 這就要談到電晶體電流通道的寬度,這個寬度是以奈米為單位,這比人類本身的細胞還小。當電流通道的寬度越窄,耗電量就越低,這就是為什麼台積電與三星這類的晶圓代工大廠會出現著名的奈米之戰。而蘋果在這場半導體大戰中也扮演了關鍵的角色,從第一代iPhone開始,蘋果就一直採用三星製造的晶片,而自從2010蘋果自行研發的A4晶片發表後,雖然表面上是自己的晶片,但處理器的代工技術還是由三星團隊全程生產。這個合作關係一直到蘋果與三星出現專利上的訴訟大戰而終止,而台積電也順勢成功拿下iPhone 6的A8處理器訂單。但正當台積電以20奈米的技術自豪時,三星竟在2014年底研發出14奈米的技術,有部分專家把此現象歸諸於台積電的研發技術之洩漏,以及重要高層之跳槽,詳細原因始終為各家企業嚴格保守的商業秘密。但是當台積電面臨股價大跌與投資評等降低等危機時,三星的14奈米技術也在蘋果A9處理器上發生高負載的耗電現象,而部分由台積電16奈米技術所生產的A9處理器雖然占用較大體積,卻使用較低的電壓。這也讓台積電在這大戰中扳回一城,進而取得蘋果下一代A10處理器的代工訂單。而這場奈米大戰到現在已經延伸到7奈米,甚至是5奈米、3奈米的未來展望。

隨著電晶體研發技術這些年令人驚豔的發展里程,許多專家始終質疑此技術的發展極限,這不外乎是因為伴隨著閘極線寬縮減而產生的漏電問題,此問題也經由鰭式場效電晶體 (FinFET)增加絕緣層表面積來增加電容值而獲得改善。除了絕緣層表面積的增加外,林總也提到現在半導體產業也將從以前的矽材料逐漸轉移到其他材料,這是因為矽這個元素的電子遷移率(Electron Mobility)已經不夠用了,從10奈米後,石墨烯與矽烯等高電子遷移率的材料將逐漸取代矽材料的應用。但是這些材料的轉變與技術的演進也伴隨著更高的資金需求,最後勢必會反映到銷售的價格上。

大政府vs.小政府: 半導體產業靠民間是撐不起的
在講堂的最後,林總也將台灣面板與半導體產業所面臨的現況與未來做了一個總結。首先,以美國來說,先撇除川普的諸多爭議言論,他在競選時就發豪語表示要讓蘋果生產線回到美國,用美國的人力來振興國家經濟。雖然當時被大多數專家嗤之以鼻,但是從郭台銘在今年帶著夏普的戴正吳前進白宮與川普會面後,雖然並非將iPhone帶回美國製造,卻也顯示在美國設立面板廠的可能性以及美國政府願意以提供投資優惠的方式來踏入這塊超級龐大的產業。如果連美國就要參這一腳,就更別提早已接收當地政府巨額補助的陸廠與韓廠。曾經,在行政院長孫運璿規劃以政府主導,產業跟隨的發展計劃下,台灣半導體做出一番傲人的成績。而現今的台灣企業不僅沒有得到政府的資金,就連長遠的政策推動與拉拔都沒有。最後林總也無奈的表示,在開發資源與政府補助上台灣已經大輸他國,現在就連對未來的視野格局與想像力也毫無與他國競爭的實力,在這個創造未來的大路上,成功機會實在渺茫。