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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

319期2018年06月號

出版日期:2018/06/15

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掌握異質整合新世代技術 再創台灣半導體高峰

撰文/林麗娟

為台灣半導體產業奠下基石的工研院,近年積極尋求下世代半導體技術突破,持續為產業指路。摩爾定律放緩之際,半導體將往何處去?工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅認為,異質整合與次世代記憶體技術,可望在人工智慧時代引領半導體再創高峰。

工研院電光所所長吳志毅認為,台灣的半導體產業鏈完整,未來可加強軟硬體技術開發,強化產業鏈的上中下游整合,及人才的培育,提升整體競爭優勢。
工研院電光所所長吳志毅認為,台灣的半導體產業鏈完整,未來可加強軟硬體技術開發,強化產業鏈的上中下游整合,及人才的培育,提升整體競爭優勢。

積體電路發明一甲子,對於全球產業與經濟的影響既深且廣,從家電到汽車、飛機、電腦、手機甚至人造衛星,都倚賴小小晶片運作。如今人工智慧應用大爆發,帶領產業邁向智慧物聯時代,執行大量數據演算的積體電路,更在其中扮演關鍵角色。

40年前,工研院積體電路示範工廠製造出台灣第一顆商用積體電路,台灣IC半導體產業於焉揭開序幕,衍生聯電、台積電、台灣光罩等國際級公司,帶動台灣產業結構由勞力密集轉向技術密集,並成為台灣第一個達到兆元產值的產業。從引進國外技術,到自行研發、超越國際大廠,積體電路不僅為台灣經濟起飛助了一臂之力,也證明台灣人才具備發展前瞻科技的實力。

工研院在台灣半導體產業的發展歷程中扮演關鍵角色,身為工研院電光所第10任所長的吳志毅分析,台灣在半導體領域有兩大優勢,一是產業鏈完整,從IC設計、晶圓製造、封裝測試等有許多國際級大廠;二是人力資源豐富,半導體相關領域人才眾多。台灣若能持續掌握此二優勢,並有清楚的產業發展定位,至少仍可維持5至10年的技術領先地位。

異質整合為下一波關鍵技術

吳志毅指出,積體電路技術最早源自美國,其優勢在於軟體設計與系統規劃。儘管近年亞洲各國積極搶進積體電路領域,其製造實力已傲視全球,但估計10年內,美國在軟體方面技術領先的態勢不會動搖;而台灣的優勢在於製程技術,因此台灣必須掌握製程技術優勢並力求創新,異質整合將是下一波半導體發展的關鍵技術。

異質整合的概念,不僅符合半導體產業一直以來對縮小體積的追求,將不同功能的IC透過封裝與半導體製程,整合到另外一片矽晶圓或其他半導體材料上,可提高設計開發的效率,還能突破矽的物理限制,將矽材料應用到不同領域。

吳志毅舉例,過去記憶體與中央處理器的晶片是分開的,如今兩者整合已成為趨勢。不僅如此,將感測器與非矽材,如發光二極體(LED)或通訊晶片等結合,也是現在半導體產業的熱門方向。工研院積極研發中的矽光子技術,即屬異質整合技術,將雷射、LED等非矽材的光傳輸元件,整合於矽晶圓上,使其具備高速、低成本優勢,預計在2020年導入市場。

整合半導體產業鏈 推進先進製程

吳志毅認為,人工智慧是引領半導體產業快速成長的關鍵驅動力,將促發半導體往次世代的技術發展升級。當中的類神經網路運算,仿人類神經元運作,同時處理記憶與運算,十分依賴高效能運算晶片(High Performance Computing;HPC)的支援,可望成為改變傳統電腦運算架構的新一代技術,這也是工研院現階段的定位與研究方向,朝前驅性(Pre-competitive)科學研究發展。

次世代記憶體技術也是重要趨勢,吳志毅表示,工研院已與國內半導體大廠合作磁阻式隨機存取記憶體(Magnetic Random Access Memory;MRAM)研發,MRAM的傳輸速度比一般記憶體快上萬倍,可望取代現今主流的DRAM、Flash記憶體。

技術領先 培育人才作為長遠規劃

台灣半導體人才濟濟,這是產業發展40多年來,所奠定的良好基礎。在全球競逐人才之際,吳志毅認為,須持續以培育在地人才作為長遠規劃。他進一步指出,人才是寶貴資產,如果各企業能夠給付相對合理的薪資留才,就能從根本儲備產業實力。而近來他國動輒以高薪挖角台灣半導體人才,吳志毅認為這不過是「急徵教練」的短期現象,「一旦當地實力技術皆到位之後,高薪還存在嗎?」

積體電路發明60年來,新興應用持續推進技術不斷演進,吳志毅表示,台灣的半導體產業鏈完整、人力資源豐富,建議可加強軟硬體技術開發,強化產業鏈的上中下游整合,並塑造吸引人才留任的環境,將可提升整體競爭優勢,確保台灣持續站在全球產業競合的制高點,相信「這『半』邊天,將會是我們的!」

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