2021年4月1日 聯合報 科技．人文聯合講座

夢想無界的晶片傳奇

趙坤茂

擦身而過的路人嘀咕著，這突如其來的陣雨若是落在水庫該有多好。曾幾何時，不只路人關心民生用水，就連全球產經新聞近日也關注台灣的嚴峻旱情，尤其是攸關半導體晶片生產的竹科、中科與南科，鄰近水庫的即時水情更是動見觀瞻，唯恐缺水將影響製程，讓晶片缺貨更加惡化。

晶片是積體電路成品的別稱，依功能可區分為處理器晶片、記憶體晶片、系統晶片、特定用途晶片等，應用非常廣泛，幾乎涵蓋了任何需要運算、存取、通訊、感測、顯影等功用的電子裝置。

六十年前，時尚雜誌《生活》報導了仙童半導體所開發的晶片，內含四顆可開關、放大和改變電流的電晶體，而今晶片已可塞入數百億顆電晶體。仙童半導體更輕薄的電子元件，當年曾協助阿波羅登月計畫，而今人人隨身的智慧型手機，運算力已遠勝阿波羅十一號登月時所使用的電腦。

高登·摩爾（Gordon Moore）是仙童半導體的創始員工，後來共同創辦了英特爾。他觀察到晶片裡的電晶體個數，在時間軸上呈現指數增長的趨勢。初期成長每年倍增，而從七○年代起，一顆晶片所能容納的電晶體個數每兩年倍增，這就是著名的摩爾定律（Moore's law）。儘管近年來元件愈做愈小，製程挑戰愈來愈大，但藉由極紫外光微影及三維晶片堆疊整合等技術克服難關，柳暗花明又一村，摩爾定律大致持續守恆至今，著實令人讚嘆。

隨著晶片內電晶體數量的指數增長，其單位價格也呈現指數衰減的趨勢。如果汽車工業維持類似的發展趨勢，股東會紀念品可能就是一部超跑了。倍數增長的威力後勁十足，假設存款一千元，每兩年倍增一次，經過六十年卅次倍增，存款就超過一兆元。而且只要再兩年，就可超過兩兆元，兩年間存款增量相當於先前累積數十年的總量。

另一方面，就經濟面考量的摩爾第二定律指出，晶片設備成本大約每四年倍增。五十幾年前英特爾草創時，一部晶片設備僅一萬二千美元，而今動輒上億美元。故當台積電和英特爾宣布將在亞利桑那州設廠時，投資金額皆以百億美元計。愈來愈高的資本支出，得靠相對增長的獲利才足以支撐，所幸兩國的護國神山都是勇冠群倫的佼佼者，相信必能再創高峰。

晶片是人類智慧的結晶，未來從奈米製程進階到次奈米或皮米等級時，恐將受制於原子大小的物理極限及市場規模的投資瓶頸。摩爾定律早晚走入歷史，但人類夢想的傳奇將永無止境。

【2021/4/1 聯合報】