闕志克／電子系統業半導體化的隱憂
2023-09-25 04:43 聯合報／ 闕志克（作者為清華大學合聘教授）
自從 ChatGPT 橫空出世後，如微軟、谷歌、亞馬遜、臉書紛紛大舉調高今年 AI 運算資源建設的支出，進而把含有輝達與超微兩家公司繪圖處理器（GPU）的 AI 伺服器炒成奇貨可居的熱門商品，不但 GPU 價格大漲，甚至現貨在市場有錢買不到，訂貨交期有時更長達六個月以上。GPU 市場之所以供需如此不平衡，主因是 ChatGPT 所引發訓練與使用大型語言模型所需的運算資源大幅增加，另一原因則是台積電的 GPU 產能無法應付火山爆發式的市場需求。
台積電當下生產 GPU 的產能瓶頸不在晶圓製程，而在將多個裸晶整合成完整晶片的先進封裝製程（CoWoS）。為了提升繪圖處理器的整體運算速度，輝達與超微使用高頻寬記憶體的技術，以源源不斷地提供繪圖處理器運算時所需的資料。然而，高頻寬記憶體的資料匯流排要能高速運轉的前提，是它與繪圖處理器之間的距離要很短，以傳統印刷電路板為載具無法達到這個要求，但 CoWoS 可以。
民國九十五年（二○○六年）蔣尚義首次自台積電退休，民國九十八年（二○○九年）在張忠謀邀請下重回台積電，並提議開發以半導體製程取代印刷電路組裝電子系統的先進封裝技術。一年後，台積電宣布成功開發出效能比印刷電路優越許多的 CoWoS 製程，但市場上叫好不叫座，原因是價格太高以及客戶擔心台積電的配合度普遍不如印刷電路業者。就在蔣尚義的團隊進退維谷之際，聽到高通一個採買副總閒談中說 CoWoS 製程的價格只有降到某個水準之下，高通才有可能接受。蔣尚義恍然大悟，回頭重作產品定位，開發第二代先進封裝製程，是為 InFO，此製程後來成為台積電最終贏得蘋果手機處理器晶片代工生意的重要關鍵之一。
半導體製造技術從約十年前起開始有 More Moore 與 More than Moore 兩條演進途徑的辯論與競爭。前者主張繼續開發先進微縮設備與技術以增進單一晶片密度與性能，延展摩爾定律的適用性；後者則主張研發能堆疊連結構成模組的多個晶片之技術，從系統的角度優化整個模組的功耗、性能與成本。由於美國的科技封鎖戰略，中國在短期內想採取 More Moore的套路追上台積電的先進製程技術，可能性極低。一般認為 More than Moore 才是中國彎道超車的終南捷徑，因為先進封裝技術的開發並不需要如同深紫外光光刻機等級的高端半導體製造設備，中國只要聚焦研發資源，埋頭苦幹，很有希望在幾年內就卓然有成。種種跡象顯示，這正是中國半導體業現在採取的突圍策略。
台灣電子系統業者包括電子五哥，其主業在於將組成晶片與被動元件整合到印刷電路板上，加上電源供應器和散熱機構，再套上機殼，就大功告成。雖然這些公司營收很大，但淨利很低，因為營收的大部分都花在晶片和元件的採買。在這樣的商業模式下，先進封裝技術愈進步，電子系統所需晶片與元件的數目就愈少，印刷電路板的設計複雜度也愈簡化，這些公司所能施展的空間也愈小。
這說明了先進封裝技術對台灣規模龐大電子系統業的蠶食效應。而且，此技術能實現的異質集成程度愈高，電子系統公司在生態鏈中的商業價值就愈空洞化。鴻海最近聘用蔣尚義為半導體策略長，並兼任旗下封測廠訊芯的董事長，長遠企圖應該就是借重他在先進封裝技術的經驗協助半導體化鴻海的電子系統業務。其他的電子系統業者也應見賢思齊、未雨綢繆，盡速擁抱先進封裝技術，以積極因應可能迎面而來的半導體化海嘯。
