台經院總監劉佩真:台灣半導體業未來10年的機遇與挑戰

台經院總監劉佩真:台灣半導體業未來10年的機遇與挑戰
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究竟未來10 年台灣半導體業所面臨的商機、技術變革、全球競合、機會與挑戰為何?以下將作一深入探討。

文:劉佩真(台經院產經資料庫總監、APIAA理事)

鑑於疫情持續產生變種,再加上美中兩強於科技層面的對抗情勢難解,甚至地緣政治變動詭譎多變,以及新興科技領域,對於半導體中長期結構性的需求浮現;皆讓我國半導體所面臨的經營環境呈現利多、利空因素並存態勢。更使未來中長期半導體業處於質、量皆出現變化的格局。

量能則以疫情所反映的現象最為明顯,因健康疑慮,半導體在醫療及數位生活轉型上產生突發新價值,需求量出現大增。質變的部分,則是由區域政治、系統複雜化、綠色製造、人力資源等因素所左右。而究竟未來10年台灣半導體業所面臨的商機、技術變革、全球競合、機會與挑戰為何?以下將作一深入探討。

新興科技領域,將成為未來台灣半導體業需求主要的驅動力

若以新興科技領域發展的商機而言,包括高效能運算、智慧汽車、5G、6G、物聯網、智慧城市、低軌衛星、生技醫療、工業4.0、元宇宙等,其皆是未來10年半導體業創新應用的熱門領域。

以近期掀起的元宇宙的新話題而言,預計中長期元宇宙將有機會階段性獲得實現;我國為全球第二大半導體供應國,且半導體業所扮演的角色則是在元宇宙底層技術架構下的後端基礎建設,此可為元宇宙大量的應用場景提供技術支撐。

雖然GPU技術優勢仍由Nvidia所掌握,甚至已超前部署推出Omniverse平台,展現Nvidia在AI及高效能運算領域的頂級技術。不過Nvidia的晶片仍是多由台積電以先進製程來為其打造,加上其他國際AI晶片、CPI、高效能運算等晶片,皆需搭配高階製程製造,故台積電有機會因掌握全球63%10奈米製程以下的先進製程產能,甚至搭配其CoWoS技術來進行異質整合封裝,而成為元宇宙議題下台灣最大的贏家。

其次日月光投控也將是高階封測訂單來源的受益者;至於聯發科則可提供AI引擎。而元宇宙所需的3D深度感測解決方案,威盛、義隆也能供應,鈺創則是鎖定3D深度影像控制IC。而新唐、驊訊、瑞昱則是音訊晶片,鈺太為MEMS麥克風概念股,凌陽旗下芯鼎則是可望以其在影像控制IC切入AR/VR鏡頭供應鏈,而順勢切入元宇宙供應鏈。

至於美、中、日、韓等國家現階段在元宇宙的布局含括層面較廣,包括場景內容入口、前端設備平台(虛擬主機、AI計算實體、AR/VR、穿戴式裝置、神經設備等)、底層技術支撐(區塊鏈、人工智慧、虛擬貨幣、往立即運算技術)、後端基建(5G、GPU、雲端運算、交互技術、物聯網等)等。反觀台灣,因過去科技產業強項多集中於電子零組件,因而仍是以後端基建硬體中的半導體產業未來的競爭力較為突出。

此外,值得一提的是車用電子未來中長期對於半導體業的驅動力,主要是由於運行百年龐大的全球供應鏈,在應對電動車市況變革下,被迫必須跟進調整供應鏈以及生產線效率,整體結構的變化也將牽動供應鏈的商機。特別是電動化、自駕化趨勢有助於帶動車用半導體需求逐步成長,顯然半導體業在全球汽車產業的重要性將明顯增加,且半導體對汽車產業轉型電動車時代將在變革性上扮演重要角色。

特別是全球由傳統燃油車轉向電動車的過程,後者對電子應用比率大幅提升,使過去全球汽車產業零組件由美歐日等傳統車廠獨占的地位鬆動。對於以電子零組件的製造立足世界的台灣來說,電動車的崛起等同於為台灣半導體廠開闢創新獲利路徑。

也就是由於車輛電子化程度越來越高,電子元件溝通也趨於複雜,為加速電子運算與控制的能力,高效能運算的需求也逐步提升,未來10年全球車用高效能運算市場規模將顯著擴大。顯然隨著車輛電子化、數位化與智慧化程度越高,車用高效能運算因提供更快速的資料處理能力,可降低成本及複雜度,而使其未來極具成長潛力。

由於車用高效能運算需要使用先進製程來為其打造晶片,而台積電因穩居全球高階製程的領導地位,因此在搶食未來車用高效能運算晶片的代工訂單上,具有絕對的優勢,特別是國際IDM車廠並不具備先進製程的製造能力與產能。

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後摩爾定律時代,將使半導體製程進展所遇阻力日趨加大

隨著未來半導體市場應用趨勢,將朝向人工智慧、物聯網、智慧汽車、高速運算等應用,晶片對於IC製造業的要求將聚焦於多工、高速執行與存取、低功耗等項目。然而在先進製程逐步進展到一定程度,製程微縮所面臨的瓶頸逐步浮現,特別是複雜的圖形造成曝光次數增加,光罩成本也隨之倍增,讓摩爾定律發展速度也所減緩。

事實上,摩爾定律前進的困難處,包括穿隧效應造成的嚴重漏電流與功耗問題,也就是在採用現有片材料的基礎上,電晶體中的電子就容易產生穿隧效應,使半導體元件失靈,為晶片的製造帶來巨大的挑戰。

所以現階段全球半導體業者對於先進製程的IC製造技術將有3種策略來因應,首先是延續原有CMOS技術的發展概念,如藉由EUV製程的導入來進行延展,但之後所遭遇的物理極限問題會日趨嚴重,如先進曝光機、刻蝕機等設備研發技術難度大。

其次則是藉由類摩爾定律的異質整合來達成,意即由應用需求驅動未來晶片設計功能的多樣化,跳脫摩爾定律對集積度的執著,只從應用看整合。如透過3DIC等封裝技術來整合電源、感測促動器、無線電、高頻元件、無線充電、生物晶片等功能進入到晶片的設計與製造當中,即創造橫向應用來克服摩爾定律失效的問題。


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從俄烏戰爭居安思危!智慧國家如何鞏固數位基礎建設提升韌性?

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數個月過去,俄烏戰爭仍在持續中,期間也讓我們看到了許多現代戰爭的科技應用,烏克蘭又是如何透過這些新科技的應用,使俄羅斯久攻不下?又有什麼值得我們借鏡之處?

文學經典名著《雙城記》以法國大革命爲背景,開頭寫道:「那是最好的時代,那是最壞的時代;那是智慧的時代,那是愚蠢的時代…」歷史總是一再重演,當前的烏克蘭,感受一定更深。

當全世界盡可能避免第三次世界大戰開打,烏克蘭史上最年輕的數位轉型部長費多羅夫(Mykhailo Fedorov)稱此役稱為「第一次世界網路大戰」World Cyberwar I。俄烏戰爭,從跨國IT駭客攻擊、區塊鏈促成加密貨幣捐款、到上千顆星鏈衛星系統(Starlink)突破戰地邊境,解救烏克蘭斷網危機。

俄羅斯和烏克蘭的軍力差距不小,烏克蘭如何善用新型數位科技,讓俄羅斯久攻不下?

俄烏戰爭新科技精銳盡出,其實烏克蘭花了兩年強健數位韌性

不同過往戰事,俄烏戰爭不再以槍枝火炮為唯一武器,數位科技可拿來防禦,更能反守為攻。有文章描述烏克蘭的背水一戰:「以網路為戰場,推特為大砲,全球駭客為軍隊,加密貨幣和NFT籌軍餉……企圖封殺俄國的網路、經濟、資金鏈。」

面對開戰,烏克蘭號召盟友取代單打獨鬥。

他們在網路徵召30萬跨國「IT軍團」以Telegram為基地,分享俄羅斯的伺服器位置,進行一波又一波阻斷服務攻擊(DDoS)。他們也向科技巨頭求援,用Starlink低軌衛星打造戰時緊急網路通訊基礎設施,甚至說服Google地圖停止顯示要道資訊,搜尋服務加入SOS警報功能。

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另外,烏克蘭還運用加密貨幣當成人民逃亡的「救命金」,募集1億美金虛擬貨幣捐款,甚至發行「元歷史:戰爭博物館」Meta History: Museum of War主題的NFT,兼得籌款用途並借助NFT不可竄改特性,紀錄戰爭真相向數位社群散播。

烏克蘭在戰爭爆發時,看似立刻做足準備,事實上,他們過去花了兩年半時間,強健國內的數位基礎建設。

烏克蘭在戰事之前喊出2024年「手機政府」轉型目標,把各類政府服務「Uber化」。原本用來取得數位護照、登記車輛牌照的政府APP,在戰時馬上轉變用來申請急難救助資金、身份證明文件、登錄財產損失等多項緊急功能。

以烏克蘭為對象居安思危,台灣其實也在強化數位建設提升韌性

俄烏戰爭爆發後,國際把焦點望向台灣,Wall Street Journal點出台灣網路的脆弱性,因95%網路流量數據仰賴海底電纜接收、發送。這份報導指出,美國模擬中國侵台會優先攻擊周邊海底電纜,一旦戰事發生,極有可能有一小時的訊息真空期,讓台灣與盟軍通訊失聯。

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事實上,台灣近年非常重視網路基礎建設的重要性,像是行政院智慧國家推動小組提出智慧國家方案(2021~2025年),項下規劃數位基盤建設,為邁向智慧國家奠定基礎。

以衛星系統為例,數位基盤計畫就針對低軌衛星及地面設備投入驗證,建立低軌通訊衛星產業鏈。目前台灣積極投入自主研發關鍵技術與元件,籌組兩組低軌衛星旗艦團隊,放眼目標2026年前發射2枚通訊實驗衛星。

確實,目前已經有10家台灣業者組成「低軌衛星國家隊」,先後打進SpaceX、OneWeb及Kymeta國際供應鏈,有望一年賺進9,000億元商機。當低軌道衛星部署完備,擁有自主的衛星避免對外通訊失聯問題,等於一面強化軍事防禦;另一方面加速發展太空機會財。

除了空中衛星,台灣對海底纜線建設也持續加碼。

數位基盤建設針對亞太海纜及5G雲端聯網中心,完善在地光纖通道、強化安全防護,讓台灣成為國際資通中心樞紐。過去就有媒體點出,中美貿易戰之後,國際企業加碼把海底電纜連到台灣,將此視為新一代「護國圍牆」。

像是受到美國政府支持的Google,預計2024年啟用全新海底電纜APRICOT,這條總長約12,000公里的傳輸科技,將連通台灣、日本、關島、菲律賓、印尼多國,中華電信也有參與其中。未來幾年,預計有其他海纜通向台灣,其中一條是東南亞日本二號(SJC2),採用雙點登陸方式,也就是如果海纜被斷線,還能以陸纜方式備援,有效降低單一海纜站的事故風險。

資訊攻防成未來戰事重中之重,國家網路資安防護迫在眉睫

現代戰爭除了攻擊基礎建設,還會以細膩的AI科技進行攻防,對人民進行認知作戰。俄烏戰爭就曾以「Deepfake」仿臉AI技術,假冒烏克蘭總統宣布投降,迫使烏國政府急於闢謠。過去台灣就曾有影片示範如何快速「假冒」行政院政務委員唐鳳,三兩下功夫就能散播假訊息。

資訊烏賊戰,台灣與烏克蘭的處境,如出一轍。

調查指出,台灣連續9年奪得假訊息攻擊冠軍;至於烏克蘭,則是8年來頻繁受到俄羅斯的網路攻擊。身為假訊息最大受害國,台灣如何加以反擊?

民間成立的非營利組織「台灣事實查核中心」主動蒐集與公共事務有關的可能假訊息,啟動訊息事實查核,也加入國際事實查核聯盟(International Fact-Checking Network, IFCN)依循全球共同原則執行查核工作,甚至因應台灣人口超過9成有使用LINE通訊軟體,特別讓民眾能透過LINE訊息查證官方帳號,闢謠各種假訊息。

面對防不勝防的假訊息,被動防守不如主動攻擊!國內法人單位借助文字及影音圖形AI分析技術,針對社群帳號的行為進行鑑識、溯源,分析背後不實訊息的傳播策略。甚至進一步聯手政府部門、非政府組織,繪製「不實資訊生態傳播暨鑑識生態圖」打造不實訊息反擊體系。

從無國界組織的觀察來看,台灣新聞自由毋庸置疑,但仍有利益衝突、假新聞等問題;無國界組織認為台灣政府把脆弱的媒體生態視作國防威脅,「尤其台灣民眾對媒體信心是民主國家最低,導致民眾寧願相信假消息,也不願向專業媒體查核」。如果這情形沒有改善而遇到戰爭時,我們的新聞媒體與閱聽大眾反而是最沒有「韌性」的一環。

因為疫情關係,「超前部署」成為國人耳熟能詳詞彙,面對敵人也應該像打擊病毒一樣,平時就要鍛鍊防禦體系,尤其針對網路基礎建設,更須提前做足準備。

從俄烏戰爭鑑往知來,烏克蘭能抵擋攻擊長達三個多月,關鍵之一,就是未被摧毀的網路,對內持續通報撤退資訊;對外把第一手戰事消息帶向全世界。換言之,台灣更該從俄烏戰爭學習經驗,根據官方施政,台灣未來五年會投入最大心力,將自身蛻變成為智慧國家,綱領之一即是發展「數位基盤」網路體系,從基礎建設到資訊安全,不僅要反脆弱更要強韌性。

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