半導體盛世，從摩爾定律到AI時代：由人工智慧至智慧製造，跨越科技巨頭的策略與合作，解鎖全球晶片產業的未來

 

　　親愛的讀者朋友，您好！

 

　　非常幸運與您一起踏入半導體製程與AI智造新世界！無論您是半導體積體電路產業或工業軟體行業的從業人員，還是政策的諫言者或制定者，或是企業高級主管與專業人士，以及正加入到這一產業的投資者，希望本書可以幫助您一窺產業全貌，做出正確的決策。事實上，從2022年開始，無論是政府、投資機構，還是從業者，對新一代資訊技術如何賦能半導體積體電路的發展都給予了高度關注和厚望。

 

　　從全球各國的科技與貿易博弈來看，美國近年一系列新的半導體產業發展政策相繼發表，正試圖把美國拉回先進製造大國的行列。數位化時代先進製造的代表就是晶片，而美國發展這一產業的大量投資源頭便是中國，因為在過去的五年（2017-2022年），中國已成為世界最大的晶片消費國，為美國貢獻了鉅額的利潤。製造與消費本是一對完美的上下游組合，但美國為了霸占科技鰲頭並把持最為豐厚的產業利潤，與其盟國在晶片領域持續對抗中國，凸顯晶片產業自主可控的策略意義不言而喻。

 

　　從發展歷史來看，半導體積體電路產業最初是在1960年代由軍工需求帶動而迅速發展。根據IC Insights的統計，在近30年的時間裡，半導體產業一直推動著全球GDP的成長。全球資本與產業智慧凝結於人類科技皇冠──「晶片」，它也成為全球科技戰與貿易戰的中心。晶片難，難於在全產業鏈進行資源的配置與協同，其中晶片製造更在產業鏈中處於投資規模最大、建設週期最長、尖端技術最密、良率要求最高的高價值一環。缺失了先進製造能力的晶片產業鏈就如「鐵嘴豆腐腳」──在全球產業鏈競爭中容易被對手「卡脖子」，跑不出應有的速度。

 

　　從軟硬體的組合來看，半導體積體電路是數位時代的硬體底座，而支持硬體智造與智慧終端產品使用的軟體大致可分為兩類：作業系統的基礎平臺和各類應用程式。工業軟體作為積體電路的靈魂，最初也是隨著軍工需求與硬體同步發展起來的。如今，毋庸置疑的是，以「數據科技」（大數據）和「運算科技」（AI）為代表的新一代資訊技術，正成為按下第四次工業革命快轉鍵的新生力量。在晶片智造中，除了我們熟知的工藝、裝置、材料等必備條件外，難以突破的還有工業軟體。工藝研發離不開專屬軟體，先進機臺裝置都內嵌智控軟體，材料研發也需要透過軟體來分析、配比和更新。而打通這三類生產要素形成智慧一體化的穩定生產環境，也同樣離不開工業智造軟體。隨著晶片的工藝製程不斷微縮並朝著原子級尺寸邁進，無論是晶片的製造廠商，還是晶片的裝置廠商，都在大量運用新一代資訊技術助力前瞻科學研究、產品的設計研發和製造。新型資訊技術正發揮著至關重要且愈來愈重要的作用，這是一條已在國際先進製造業獲得廣泛驗證、認同、推崇的必經之道，因此也被業界媒體稱為神祕的「黑武器」。但「黑武器」並不容易掌握或獲得，由於半導體及積體電路與國防軍工密切相關，西方在產業背後建立了強固的政治貿易壁壘；加上行業競爭異常激烈、技術壟斷與霸權盛行，各廠商對核心技術研發和應用都是退藏於密；再就是專業領域知識的緘默性與抽象性提高了效仿和學習的門檻，使對手難以觸及和掌握。試圖開啟這扇「晶片的新一代資訊技術智造之門」正是本書的價值所在。

 

　　從新時代雙循環的格局來看，要參與全球競爭，勢必要先發揮自身優勢建立內部的閉環。在半導體積體電路產業的閉環格局建設中，與國際對手正面的競爭是無法迴避的，這是國家持續、堅定、大力支持發展工藝、裝置、材料方面自主可控能力的原因。但我們也要看到正面戰場的局限性與被動性。由於受《瓦聖納協定》（Wassenaar Arrangement）、總體產業投資規模及目前尖端人才短缺等諸多方面的客觀限制，在傳統賽道的後發跟跑策略並不能令人獲得領先優勢。所謂以正和、以奇勝，透過數據科技和運算科技進行賦能，則可以充分借力並發揮新資訊技術方面自主可控的優勢，特別是近年已累積的大量數據及不斷精進的深度學習AI演算法，可以對晶片的製造特別是先進製造造成「四兩撥千斤」的效果。

 

　　從總體來看，目前在晶片領域積極推廣和應用「數據科技」和「運算科技」的智造能力，已有了良好的政策、產業、技術與資本的基礎。

 

　　首先，2015年後，大數據及AI政策頻出，工業製造領域在利好形勢的引導和支持下，開始重視並挖掘數據科技和運算科技的巨大應用價值，跨界創新應用層出不窮，開啟了「數智化」時代，一貫嚴謹保守的半導體產業也參與了進來。這並非只是一場技術革命，它與策略融合，已成為行業或企業頂層設計的重要部分。

 

　　其次，數位化轉型在工業領域已走過數個年頭，工業製造領域已打下了電腦／現代整合製造系統（Computer/Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）的堅實基礎。產業數位化需要依靠企業實現，產業數位化聚焦的是傳統產業的核心生產場景，提高的是整個產業的競爭力和經濟水準。

 

　　半導體軟體領域的投資規模超前，速度驚人。雖然一、二級市場隨著行業週期與中美博弈而出現震盪，但沒有人否認半導體積體電路將成為未來最為重要的數位化基建，它將推動全球從「數位化」到「數智化」再到「元宇宙」的發展程序，新技術、新概念、新機遇將層出不窮。

 

　　數據科技、運算科技與產業應用場景的深度融合，即半導體積體電路的產業數位化，是積體電路半導體企業本身技術發展的訴求與投資方向。此外，對於前瞻性的、行業共性的攻堅難題，也可以納入政府的專項中來，一方面可以立足於AI大數據等新資訊技術專項，另一方面也可以立足於晶片先進智造專項。多年以來，半導體積體電路與AI是科技興國策略發展的兩條線，新資訊技術在半導體積體電路產業的加速應用，推動了兩條策略路線的融合。在半導體產業，工業智造軟體的投入，與重型基礎設施的投入比起來只是九牛一毛，而可能產出的價值卻是巨大的。基礎科學研究不僅可以在工藝、裝置、材料方面發力，也可以將生產要素與數據科技、運算科技融合起來，從而有望開創出一條更能發揮軟實力競爭優勢的、因地制宜的、揚長避短的、事半功倍的，對企業、產業甚至國家產生更大協同價值和溢位價值的新技術路徑。

 

　　工業智造軟體歸屬於工業軟體，但為了聚焦晶片智造技術的闡述並與國際產業界的統稱接軌，本書將使用工業軟體作為切入點，但更多會使用「智造軟體」來展開本書的主要內容。工業軟體作為一個應用廣泛、包羅永珍的集合，其中能轉化成商用的部分只是冰山一角，更具核心價值的「專用技術」往往祕而不宣（例如，美國波音公司研製了8,000多種工業軟體，進行商業化向市場開放了不到1,000種）。本書聚焦於龐大的晶片智造工業軟體體系中，更具核心價值的部分，期望掀開其神祕面紗。第四次工業革命已經來到，工業軟體也迎來智慧時代，傳統工業軟體是必備的生存之本，而智造軟體才是發展的致勝之道。對於產業界來說，由於採取不同技術路線的試錯成本太高，非指標性廠商極少開闢自己獨有的技術路線，一般做法就是沿襲指標性廠商的成功做法並進行二次創新。因此，了解這一維度的發展歷史、價值起源、應用現狀與未來趨勢對於晶片製造廠商來說意義重大。