韓國半導體大廠三星電子（Samsung Electronics）今年下半年開始量產3納米（台灣譯奈米）的半導體晶片（chip，又稱芯片）。面對挑戰，全球晶片代工龍頭台積電（TSMC）也宣佈其3奈米制程（泛指晶圓生產加工的過程）將如期於下半年進入量產。全球兩大晶圓代工龍頭在先進制程的角力進入新階段。
與此同時，晶片背後的地緣政治競逐也越來越白熱化。美國總統拜登（Joe Biden）上台後力推的晶片法案（CHIPS Act），本周三已經在參議院通過，預計眾議院周四表決。
該法案旨在協助美國半導體產業自給自足，並補助「價值相近」的外國半導體大廠在美設廠，擴展就業機會。但是，該法案在補助外國大廠的但書（法律文本）上，要求受補助者10年內不得在中國建造新的半導體廠房等。有分析認為，這是美國圍堵中國半導體發展的新戰略。
《紐約時報》評論稱，一向反對政府高度干預商業的共和黨，此刻支持民主黨法案，罕見達成兩黨共識，除了扶持美國本土半導體之外，也是為了圍堵中國半導體產業。
事實上，半導體晶片已經如同本世紀的石油，一般手機、高階軍武、5G及電動車等都需要晶片協助升級。中國在AI人工智慧及5G科技的迅速發展，迫使美國希望拉攏盟友，掣肘中國的半導體發展。
新加坡國立大學李光耀管理學院資深研究員艾力克斯·卡普裏 （Alex Capri ）向BBC中文解釋，三星與台積電的競爭再激烈，美商英特爾也以IC設計等技術領先業界。但他稱，台韓美大廠都是「競爭性的合作關係」，並非希望消滅對方。他贊同美國的策略是與這些半導體大廠或政府合作，目的是抵禦中國在半導體科技的發展。
台北智庫「台灣經濟研究院」分析師劉佩真告訴BBC中文稱，今年5月美國總統拜登（Joe Biden）上任的首次亞洲行首選韓國，並親訪三星，加上三星宣佈將大舉投資美國及宣佈設廠，未來韓國政經情勢上往美國靠攏的機會較大。「台灣現階段政府較為親美，而兩岸關係較為緊張，因而美國極力拉攏台、韓、日等國共同抗中的形勢日趨顯著」，她說。
三星量產三奈米晶片
2022年起，台積電、三星及英特爾（Intel）代表台灣、美國及韓國三強，在晶圓代工領域的技術領先。根據半導體研究機構集邦諮詢（Trendforce）統計，2022年首季，台積電於全球晶圓代工領域的佔比達53.6％，位居第二的三星則達16.3％。
劉佩真分析，現在三星希望以新的環繞式柵極（Gate-All-Around，GAA），在3奈米晶片制程超前台積電，主要原因之一是自2016到2022年連續7年，台積電獨家拿到大客戶蘋果公司（Apple）應用處理器代工的訂單，三星因此希望將蘋果訂單重新奪回。
中國半導體分析師杜芹在微信公眾號「半導體行業觀察」解釋，從財報上看，蘋果是台積電的最大客戶，兩者在半導體的合作緊密。「蘋果設計，台積電代工」的商業模式一直是兩公司合作模式。
他說，目前半導體業界判斷，台積電2025年計劃生產的2奈米晶片，蘋果仍有可能是優先客戶，判斷來自蘋果和台積電正在聯合開發1奈米晶片，用於增強蘋果未來想要推廣的和蘋果汽車計劃。
「兩家公司彼此成就，在十年後的今天都成為了各自賽道的領頭羊。沒有蘋果這麼強勢的客戶的幫助，台積電難以在代工界領先。而如今，無論是蘋果的A系列、M系列、還是基帶芯片，乃至未來的汽車芯片，都將離不開台積電的代工支持。這兩家公司已經密不可分」，他強調。
良率為關鍵
根據韓媒韓聯社報導，三星稱，與現有台積電生產5奈米晶片的鰭式場效電晶體（FinFET）制程相比，GAA技術允許晶片的尺寸縮小35%、能耗降低50%，而性能能夠提高30%。
但是，許多分析指出，尖端晶片生產的「良率」（yield）才是決勝之處，而過去GAA技術是「先做出成品」後才能確定成功或失敗，風險較大。
所謂良率泛指良品生產率，一般商品良率即是「良品數」在總產量的比例。但晶圓製造的良率計算更加複雜。
台灣南台科技大學朱岳中助理教授告訴BBC，晶圓製造良率泛指Wafer（晶圓）良率、Die（晶粒）良率和封測良率三者的總乘積：「良率越高，意味好的電晶體數越多，效能自然也會越好。良率低不意味產品壞掉，但勢必效能會較差。至於那些真的有問題壞掉的，在測試過程中就已經被淘汰。」
朱岳中說，良率確實是廠商的商業機密，並沒有專門統計的機構。但基於商業誠信及對投資者負責，基本上廠商都會在財報中揭露大致數據，客戶端也能計算得出來。
可以說，這些年來三星與台積電在高階晶片生產代工的競逐，關鍵便是在良率。
科技網站WccfTech分析，同樣接到高通公司（Qualcomm）升級版Snapdragon 8 Gen 1處理器的4奈米晶片訂單，三星代工的晶片良率為 35%，台積電則達70%，這使高通最後選擇了台積電成為其代工伙伴。不過，高通的第一代Snapdragon 7 Gen 1仍繼續讓三星晶圓代工，三星仍是高通的第三大客戶。
朱岳中強調，三星緊追台積電試圖以新的代工技術，打破良率表現落後台積電的劣勢，還需要許多資金及技術投入。他認為，「良率就等於廠商的成本，也與產品的效能相關，這是產品能不能銷售出去的重點。在晶片制程拼搏誰的制程比較快，其實意義不大」。
劉佩真亦同意，雖然三星率先宣佈3奈米GAA制程，意圖超越台積電，「但（3奈米晶片）良率情況仍不明，且也尚未取得大量客戶訂單，加上GAA制程良率要提升仍有相當的難度，故短期內仍看好台積電先進制程競爭力」。
目前台積電3奈米制程預計仍採用鰭式場效電晶體，在2奈米制程才使用GAA新技術。
無論如何，韓國這幾年幾乎是傾全國之力，扶持三星。根據路透社，在今年5月拜登及尹錫悅總統訪問三星廠房後，三星集團隨即在5月底宣佈，該公司未來五年資本支出將增高至450兆韓元（約3,600億美元）領域，是該集團成立數十年以來最大的投資金額。
此外，6月，三星負責人李在鎔飛抵荷蘭，與全球最大晶片光刻機（又稱曝光機）供應商艾司摩爾（ASML）高層會面，稱三星已確保能取得「額外」的極紫外光（EUV）設備，並保證光刻機機台能在韓國組裝。
艾司摩爾是高階晶片制程的設備製造商，該公司全球獨家生產的EUV機台，是確保晶圓切割精確的機台，因此成為半導體大廠的必爭之地，也被認為是李在鎔親自飛往荷蘭與該國政府及廠商談判的原因。
三星希望搶下更多機台，為其高階晶片代工加快腳步。根據《日經新聞》（Nikkei）統計，目前台積電擁有50台艾司摩爾EUV機台，三星則有20台。
三星未來在晶片代工市佔率及良率，能否迎頭追上或超前台積電，都是科技界觀察重點。
地緣政治
如同上世紀的石油大戰，本世紀的晶片大戰從設計、代工到銷售都充滿地緣政治鑿痕。
有分析稱，即便台積電在代工晶片的市佔率高出全球一半以上，但是除了蘋果之外，高通與輝達（NVIDIA）等大客戶仍然沒有完全截斷與三星或英特爾的訂單。從商業角度來看，這是避免依賴單一供應商可能帶來的風險，但從地緣政治來看，則是各個經濟體謀算保全自己的利益。
今年5月，美國商務部長雷蒙多（Gina Marie Raimondo）在世界經濟論壇受訪時劍指台灣稱：「美國最精密的晶片有70%從台灣購買，而這些晶片主要用於（美國的）軍事設備，你想要全部都跟台灣買嗎？這並不安全。」
美國政府力推的「晶片製造法案」（CHIPS Act）目的是扶植美國本土半導體的發展。共約500多億美元預算，其中90億美元補貼半導體業者在美國蓋晶圓廠；112億美元補貼美國本土半導體研發等等。
圍堵中國？
根據《華盛頓郵報》，作為美國半導體最大廠的英特爾可以從該法案獲得約2百多億美元的挹注。不過，除了補助美國半導體發展，現階段美國仍需要台積電及三星提供高階晶片，也由於安全及就業問題，希望這些高科技大廠在美國設廠生產晶片。
不過，根據彭博社報導，該法案的補助條件是，廠商10年內不得在中國或是其他「不友善」的國家建置新的晶圓廠，或擴充先進制程產能。
這樣的補助限制再次將晶片背後的地緣政治突顯。
7月25日，英特爾宣佈，台積電的第二大客戶，即主要生產大陸手機的台灣IC設計大廠聯發科（MediaTek），將成熟制程（泛指7奈米以上的晶片）的一筆訂單給了英特爾。外界分析，在美國晶片法案的影響下，聯發科必須開始表明與美國合作。
許多分析稱，美國試圖與台韓甚至日本結盟，在東亞半導體建立排除中國的「乾淨產業煉」的戰略越來越明顯。卡普裏向BBC強調，美國並非正在扼殺台灣或韓國的半導體發展，而是「策略性」的與台韓在內的關鍵供應商，在電動汽車、物聯網和電信等新興領域上加強合作，「這是涉及經濟和技術的反饋」。
台灣財經評論人謝金河認為，今年5月拜登亞洲第一站先到三星，是美國與台積電合作後穩住半導體產業煉的另個重要腳步：「如此一來，全球重要半導體聚落，從台積電等都在美國陣營底下。」
防堵手段包含晶片法案提到的十年內不准到中國蓋新廠。2020年底，美國禁止企業向中國出售可用於製造10奈米或更先進制程設備。此外，台灣法規限制台積電在中國大陸至多只能生產14奈米晶片。
歐洲方面，美國這兩年則持續動用外交手段，阻斷艾司摩爾公司銷售EUV機台中國半導體廠商。荷蘭外交部長胡克斯特拉（Wopke Hoekstra）今年7月13日便證實，美國正與荷蘭磋商有關禁止艾司摩爾向中國大陸出口晶片製造技術及銷售EUV機台相關事宜。
卡普裏認為，為了對抗中國在5G等科技的持續發展，美國及其主要戰略合作伙伴（特別是包含日本，英國等七大工業國組織會員（G7），將借著與三星和台積電其他半導體大廠，「融入當地的半導體供應鏈及產業生態系統，這些生態系統和供應鏈會被安全地包圍起來，這就是所謂的『全球在地化』（glocalisation）」
因此，在這背景下，未來中國半導體產業如何突破美國聯合「盟友」的防堵，也是各界焦點。
在中國的反應也受到關注。根據《法廣》報導，2022年五月，中國智庫「國際經濟交流中心」總經濟師陳文玲，出席中國人大「中美論壇」時突然提到，應對美國及西方「像制裁俄羅斯一樣對中國進行毀滅式制裁的情況下，我們一定要收復台灣，特別是進行產業鏈、供應鏈重構方面，一定要將台積電這本來屬於中國的企業搶到中國手裏。台積電正加快向美國轉移，要在美國建立6個廠，我們絶對不能讓它轉移的目標全部實現」。
陳文玲「奪回台積電」言論在台灣引起輿論激烈反應。雖然北京沒有對此言論有任何回應，但分析稱這已顯露出中國的「全民造芯」計劃中，希望迎頭趕上台灣或韓國在高階晶片生產步伐的焦慮及野心。
無論如何，未來半導體的生產及代工，勢必影響國際情勢。在美中貿易戰持續激烈的背景下下，美國能否成功在半導體界拉攏盟友，中國如何抵禦美國牽制，都是未來焦點。
半導體良率是什麼？
具體而言，一般商品良率即是「良品數」在總產量的比例。但晶圓製造的良率計算就更加複雜。根據朱岳中博士分析，晶圓製造良率泛指Wafer(晶圓)良率、Die(晶粒)良率和封測良率三者的總乘積。
晶圓良率越高，意味同一片晶圓上產出通過測試的好晶片數量越多。沒通過測試的晶粒就會被淘汰，不會被封裝成晶片。當然，封裝過程也可能再次出問題，所以還會再次測試。「事實上晶圓製造過程有超過300個步驟，每個步驟都有可能產生問題，所以都會有專門的工程師監控測試，隨時注意良率變化。所以製造廠商其實也不知道具體良率，只知道最終總良率。」
他分析，基本上一平方單位英寸上會有動輒數億顆的電晶體，但不可能每一個電晶體都是好的，「良率越高，意味好的電晶體數越多，效能自然也會越好。良率低不意味產品是壞掉或故障的，因為真的有問題的，在測試過程中就已經被淘汰，但勢必效能會較差。」
而良率確實是廠商的商業機密，並沒有專門統計的機構。但基於商業誠信及對投資者及股東負責，基本上廠商都會在財報中揭露大致數據，客戶端其實也有專門推算的部門。過去就有半導體大廠疑似竄改良率數據，被發現丟掉訂單的紀錄。
轉載自BBC
