台灣成為全球半導體業超級巨星的半世紀歷程與秘訣
文/BBC記者傅東飛（Rupert Wingfield-Hayes）
1969年夏天，時年23歲的史欽泰搭上飛往美國的班機，他正飛向一個截然不同的世界。
他在一個被甘蔗田環繞的漁村長大。後來在台灣首都台北上大學，當時的台北是一個塵土飛揚的城市，遍布灰暗的公寓大樓，擁有私家車的市民並不多。而現在，他要前往普林斯頓大學讀書了。
彼時美國剛將人類送上月球，波音747已經開始翱翔天空。美國的經濟比當時的蘇聯、日本、東西德和法國的經濟總和還要大。
現在77歲的史欽泰博士回憶道：「當我降落美國時，我感到震驚。我心想：台灣如此貧困，我必須做些什麼來幫助它變得更好。」
而他做到了。
史欽泰後來和一群年輕的有志之士，將一個出口蔗糖和T恤的島嶼轉變成了一個電子產業霸主。
今日的台北富裕且時尚，時速350公里的高速鐵路穿越島嶼的西岸。台北101大樓，曾短暫地被認定是全球最高的建築物，矗立在城市上空，象徵著城市的繁榮。這或許其中很大一部分歸功於一個比指甲還小的微小裝置：矽半導體 （silicon semiconductor），薄如紙張，現在是以其製成的晶片（芯片 chip）聞名。晶片是現在當代人類生活使用任何工具必需的核心技術，從iPhone到飛機。
台灣的微晶片能否抵禦中國的入侵？
台灣現在製造了超過一半用以推動當代人類生活的晶片。最大的晶片製造商台積電（TSMC）是世界第九大市值的公司。
這使得台灣幾乎不可替代，但也讓它變得脆弱。
因為，中國擔心外界可能切斷最先進晶片的供應鏈，所以正在花費數十億美元竊取台灣的王冠。北京還可能併吞這個島嶼，正如它一再威脅要做的那樣。
但事實上，台灣通往「晶片超級巨星」之路並不容易複製。因為，台灣擁有一種「秘密配方」，由其無數工程師透過數十年的辛勤工作所磨練而成。此外，這種半導體晶片製造還依賴於一個構建於經濟聯繫之上的網絡，而不斷升級的美中競爭現在正在試圖斷開這些經濟關聯。
從糖到矽
史欽泰抵達普林斯頓時，「美國正開始半導體革命。」
當時距離諾伊斯（Robert Noyce）製造出「單晶片電路」僅有十年，將電子元件集成到單片矽中，這是微晶片的早期版本，也推動了個人電腦革命。
在普林斯頓博士畢業後的兩年時間裏，史欽泰先在雷明頓蘭德公司（Burroughs Corporation）設計記憶晶片，該公司當時規模僅次於IBM，是電腦製造業的領先者。同時，在石油危機導致其出口遭受重創之後，台灣正在尋找一個新的產業。矽似乎是一種可能性，史博士認為他可以幫上忙：「我認為是時候回家了。」
1970年代末，他加入了台灣最優秀的電子工程師組成的一個新研究實驗基地，這個名字聽起來很沉悶的「工業技術研究院」，之後卻將在重塑這個島嶼的經濟中發揮巨大作用。
工作始於新竹市，一個位於台北以南的小城。今天，該地成為全球電子產業樞紐，由台積電的巨大製造廠所主宰。這些晶片廠每一座都有好幾個足球場那麼大，是地球上最「清潔」的地方之一。
晶片製造的細節是被嚴格保護的機密，不允許外部攝影機進入。最新的工廠「fab 18」位於台灣南部，是一座投資近200億美元的半導體大廠，將很快開始生產下一代iPhone產品使用的三奈米晶片。
這些成果遠遠超過史欽泰和同事們在1970年代開辦實驗性的工廠時的想像。他們當時樂觀的原因是他們當時擁有一家美國大型電子公司授權的技術，但令所有人驚訝的是，他們這家台灣工廠的表現青出於藍而勝於藍。
其中原因很難解釋，台灣成功的精確方程式也難以捉摸。
史博士的回憶則相對平淡。他告訴我說，「產量比原來的美國無線電公司（RCA）的工廠更好，成本更低。因此，這讓政府相信，也許我們真的能做些什麼。」
台灣政府提供了最初的資金，首先是給了聯華電子，然後在1987年，注資給了後來成為世界最大晶片代工廠的台積電。後來政府聘請了張忠謀，一位美籍華裔工程師，曾是美國電子巨頭德州儀器公司的高階主管。
這是一次幸運或絕妙的抉擇——今天，93歲的張忠謀被譽為台灣半導體產業之父。
當時，張忠謀迅速意識到，在已有的遊戲中與美國和日本巨頭競爭會失敗。因此，台積電只為他人製造晶片，而不是設計自己的晶片。
這種在1987年還很少聽說的「晶圓代工模式」之後改變了整個產業格局，為台灣成為半導體龍頭鋪平了道路。
而且當時時機再好不過。
矽谷的新一代初創公司，包括蘋果、超微、高通、英偉達當時都沒有資金建造自己的工廠。他們很難找到無法自行生產的晶片的製造商。
史欽泰表示：「他們當時將不得不去領先的半導體公司，詢問他們是否有多餘的生產能力可供使用。但後來台積電出現了。」
現在，加州的「無廠公司」能與台灣的晶片製造商合作，而且後者對竊取設計或與前者競爭不感興趣。
「秘密配方」
世界每年生產超過一兆（萬億）個晶片。一輛現代汽車上裝配的晶片數量在1500到3000個之間。據報導，iPhone12上有大約1400個半導體晶片。由於疫情期間對電子產品需求飆升，2022年的晶片供應不足影響了洗衣機到寶馬汽車的生產與銷售。
台灣在該產業可以取得非凡的成功：在這一兆枚晶片中，台灣的出貨量超過一半，而且幾乎都是所有最先進的晶片。這種成功來自其巨大產能，換言之，台灣的製造極其高效。
因為，製造矽晶片昂貴且繁瑣。它始於一個從單一晶體生長出來，超純矽所構成的「矽晶棒」。而每個矽晶棒可能需要幾天才能製成，重量可達100公斤。
當精密的切割機將薄薄的矽片切成細長的晶圓時，另一台機器還利用光，在每個晶圓上蝕刻出微小的電路。一個單一的晶圓可能包含數百個微處理器和數十億條電路。
最終的晶圓良率很重要，也就是能夠被用於生產晶片的晶圓數量與總共開始加工的晶圓數量之間的比率。
在1970年代，美國公司的晶圓良率低至10％，最好也只有50％。到了1980年代，日本平均晶圓良率達到60％。而台積電據稱以80％的晶圓良率超越了所有其他公司。隨著時間推移，台灣製造商成功地將更多電路塞進狹小的空間中。使用最新的極紫外光微影機，台積電可以在單個微處理器上蝕刻出1000億條電路，或者每平方毫米超過1億條電路。
台灣公司為什麼這麼擅長於此呢？沒有人知道確切原因。
但史博士則認為這問題很容易回答：「我們有嶄新的機器，也有最先進的設備。我們還招聘了最優秀的工程師。即使是機械操作員也非常熟練。然後，我們不僅僅是引進新技術，還從我們的美國老師那裏汲取教訓，不斷進行改進。」他告訴我說。
另一名曾在台灣一家大型電子公司工作多年的年輕人也同意。他稱：「我認為台灣公司在技術上不擅長有大突破。但他們很擅長接受別人的想法並加以改進。這可以通過反覆試驗，不斷調整細節來實現。」
這很重要，因為在半導體製造廠中，機器需要不斷校凖。製造晶片是工程，但也不僅僅是工程。有些人將其比喻為烹飪——就像一頓美味的大餐。給兩位廚師相同的食譜和成分，能力較強的廚師會做出更美味的菜。
換句話說，台灣擁有一種秘制的醬汁配方。
但這位不願透露姓名的年輕人認為台灣公司還有另一個優勢。「與美國的軟體工程師相比，即使在這裏最好的公司，工程師的薪水也相當差。」他表示。
「但與台灣其他行業相比，薪水還算不錯。因此，如果在大型電子公司工作幾年後，你將能夠買房，買車。你還能結婚。因此，人們忍受了這一切。」他說。
這位先生還跟我描述了每周六天的工作，每天早上七點半開始開會，工作通常持續到傍晚七點鐘。而且，如果廠內出現問題，他還會在星期天或節假日被叫去工作。
「如果人們不願意做這份工作，公司就完了。正是因為人們願意忍耐，這些公司才能成功。」他告訴記者。
「矽盾」
2022年12月，台積電在美國亞利桑那州動工興建一座價值400億美元的工廠。這被總統拜登譽為高科技製造業回歸美國領土的大轉變。但自那時以來，新聞標題開始變得有些不大正面。譬如一篇新聞文章標題是：「他們不聽話：亞利桑那州晶片工廠內部困境」，另一篇則是「台積電面臨工會反撲，同時難以招聘工人！」
晶片生產原定於明年開始。現在被推遲到2025年。
前台積電董事長張忠謀一開始就對此深感懷疑。去年，他將在美國擴大晶片生產形容為「昂貴、浪費的徒勞之舉」，因為在美國製造晶片將比在台灣昂貴50%。但台灣的晶片製造實力讓其成為美中科技戰的中心。
華府希望阻止台灣向中國提供先進晶片，擔心北京會利用這些晶片來加速其軍武及人工智慧產業發展。
再者，俄羅斯入侵烏克蘭造成歐洲天然氣供應吃緊，美國政治人物對台灣處境感到不安。他們憂心，高端晶片生產主要集中於台灣，一旦發生中國入侵，美國經濟將成為籠中鳥。
然而，台灣企業認為將生產轉移出去缺乏經濟利益。他們只是在政治壓力下勉強地這麼做。
因為自身的成功遭到指責，甚至應該減弱被視為「矽盾」的產業——這樣的說法讓台灣人感到憤慨。與此同時，世界各國對是否值得保護這個島及其民主社會顯得搖擺不定。
史欽泰表示，那些試圖強制重組全球晶片生產的人誤解了產業成功背後的核心：「如果你看半導體的歷史，沒有哪個國家主宰這個行業，台灣可能主宰了製造業，但供應鏈很長，它的每一部分的創新都有助於行業的增長。」
譬如，全球大部分的矽礦石來自中國，儘管其中大部分用於太陽能行業。德國和日本在處理晶圓所需的化學品方面處於領先地位。德國蔡司（Carl Zeiss）公司製造光學零件，提供給生產晶片光刻機、來自荷蘭的艾司摩爾（ASML）公司。而這繁瑣的製造遵從源自美國公司或總部位於英國劍橋的安謀控股公司（ARM Holdings）之設計。
史博士對於北京能否在中國內部重建這個供應鏈（從原材料到設計到高端生產）表示懷疑：「如果他們想創造一種不同的模式，我祝他們好運，」 他聳聳肩說。
他補充說，「因為如果你真的想要創新，你需要來自世界各地的所有人一起共事，這不是一家公司或一個國家能做到的。」
但是對於像美國一樣把中國排除在外，他同樣表示懷疑。他說，「我認為那可能是一個重大的錯誤！」
「回顧過往，我很幸運能見證台灣經濟的非凡成長和長時間的和平。現在我看到世界其他地方的衝突，我擔心它可能波及亞洲。我希望人們能夠珍惜我們所付出的寶貴努力，不要將其摧毀。」
