我國廠商應留意技術與市場風險對企業發展的影響

三星電子半導體事業部近兩年的發展不僅未能達到預期目標，且因生產的晶片品質無法符合高通要求，導致其高階旗艦手機部分機型自前年起搭載高通委由台積電生產的晶片。此外，去年其半導體事業部巨額虧損折合新台幣約 3,290 億元，使得該公司整體獲利陷入近 15 年來的新低，引發了三星電子內部高層以及外部韓國產業專家與媒體的種種檢討聲浪，導致其代工部門以及 DRAM 部門技術長頻頻換人。

雖然三星電子面臨的困境是由諸多因素所造成，例如其經營模式與客戶產生利益衝突的問題，又例如其整合元件製造（integrated device manufacturing；IDM）模式與專業分工模式的不同等；但其先進製程現階段表現不佳，事實上跟技術困難度所導致的技術風險（technological risk）高度相關，值得我國廠商思考與殷鑑。

技術風險

本文所說的技術風險並不是指「因採用該技術所導致的風險」，例如因核電廠發生輻射外洩而導致的輻射傷害與汙染；而是指「因該技術困難極高，而使得廠商在研發過程無法有效達成任務目標所產生的風險」。

一般說來，科技發展過程，在某個時間點總會出現某種型式的「不連續創新（discontinuous innovation）」，它不僅不依循既有科技的發展軌跡（更有甚者，其運作原理不同於既有科技），而且通常會突破現有科技的技術極限，達到更好的效能表現，進而帶來更新且更佳的產業發展機會。

儘管如此，在這競逐歷程裡並非所有廠商都必然能勝出，因為推升不連續創新更高技術極限的過程，經常會遭遇一些不容易克服的技術瓶頸，而使得某些廠商敗陣下來。對廠商來說，若要克服這些技術瓶頸的知識缺口愈大，代表導致失敗的技術風險就愈高，同時所需要的核心知識與技術能力就要愈多、人才要愈優秀、設備要愈精密，且整體組織所累積的研發經驗、內隱知識、策略性資源與智慧產權要愈豐富，方能一一克服困境。

環繞式閘極（gate-all-around；GAA）電晶體製程是三星電子於前年6月領先採用的新一代技術，它不同於先前的鰭式場效電晶體（Fin Field-Effect Transistor；FinFET），其技術架構與製作程序更加複雜。儘管晶片微縮過程採用最新技術是必然，但三星3奈米製程良率不高，主因即是採用全新的GAA技術尚不夠成熟所致。

研究技術風險的Valerdi與Kohl認為，快速變化的技術本質以及大規模系統的複雜性為系統設計和管理帶來了新的且需要仔細考量的一些重要挑戰，特別是需要關注其所帶來的技術風險議題。如果先將焦點放在美國國家航空暨太空總署（NASA），理解其思維與作法，或許可以給我們更大的啟發。

NASA的技術完備等級

一直以來，美國在航空與太空科學的相關研究與計畫大多由NASA負責規劃與實施，不僅成效卓著，且享負盛名。有鑑於人命關天且每項計畫均投入巨額資金有著一定要成功的壓力，NASA發展出「技術完備等級（Technology Readiness Levels；TRL）」指標，藉以評估技術發展成熟度，以降低可能發生的技術風險。這一系列指標從最初的七項，後來發展成現今的九項，由第一層級的概念化基本原則到第九層級的任務成功驗證，層級愈高代表該技術發展愈成熟，技術風險也愈低。NASA技術完備等級的九個層級如以下：（請參閱Manning, NASA website, 2023/09/27）

層級九：透過成功的任務操作證明實際系統飛行。
層級八：實際系統通過測試和演示與證明完成並飛行合格。
層級七：運作環境下的系統原型演示與證明。
層級六：相關環境中的系統/子系統模型或原型演示與證明。
層級五：相關環境中的組件和/或麵包板驗證。
層級四：實驗室環境中的組件和/或麵包板（breadboard）驗證。
層級三：分析和實驗關鍵功能和/或概念的特性證明。
層級二：制定技術概念和/或應用。
層級一：觀察到的以及被報導的基本原則。

▲ TRL指標。（Source：NASA）

對NASA而言，若該項計畫的技術成熟度不到第九層級，且若不能一再確認由該層級展開的各事項以及所有細節皆安全無虞，NASA絕不會貿然發射火箭，以確保該計畫能萬無一失地成功執行。後來，歐盟在評估其資助的創新研究計畫時，也開始採用TRL指標（請參閱Héder, 2017），以期發展出可在實際環境及條件下成功運轉的成熟科技系統。

儘管過程如此嚴謹，在NASA過往的各式計劃中，也曾經歷太空梭或火箭升空過程發生爆炸震懾世人的憾事。連經驗豐富的國家頂尖機構都難免遭遇無法預期的事件，更遑論一般企業。由此可知，尖端科技計畫往往具有高風險本質，領導人不管在任何時刻都應保有高度警覺心、執行計畫時應更加謹慎，同時對可能發生的技術風險抱有敬畏之心。

三星電子給我國廠商的啟示

儘管TRL僅是評估技術成熟度的相關指標，並無法提供明確方法幫助企業突破技術瓶頸，不過，依然可以在所面臨的技術風險上給企業做為適度的參考來源。因GAA技術困難度高，三星電子極可能面臨精細度不容易掌握、材料缺陷、電阻值上升導致電力損失、漏電流改善不佳、靜電放電防護不佳、良率不易提升…等等問題。假若我們以NASA的TRL指標來類推與評估，三星電子正是因新技術尚不夠成熟，無法達成客戶預期的晶片效能，進而為其帶來事業經營風險。

經過這兩年來的努力調整與修正後，若依其目前3奈米製程各方面效能表現來看，筆者推估三星GAA製程技術可能是在TRL第七層級（運作環境下的系統原型演示與證明），或正邁向第八層級（實際系統通過測試和演示與證明完成），因而可觀察到其良率正逐步提升中；儘管如此，它依然不夠完善，尚有大幅改善的空間。

相較於三星電子的躁進，台積電步步踏實往前邁進，更增添投資大眾的信賴與安心。台積電最新的進展是預計明年下半年開始量產2奈米製程晶片，且在美國時間4月24日的北美技術論壇中發布了A16新製程技術，並預計於2026年生產1.6奈米晶片，好消息不斷，應是技術已有大幅突破，令人欣喜。

不過，值得注意的是，隨著微影技術的進展，世界將逐步邁入2奈米以下世代，而這可能已逐漸逼近現階段人類能力所及的技術極限。從不同廠商開發3奈米製程節點所遭遇的種種難題來看，我國廠商轉換至全新的GAA製程（台積電稱之為Nanosheet奈米片場效電晶體）進入2奈米世代，在實際量產過程勢必將面對更多且更艱辛的挑戰，因而，需特別留意技術風險對企業發展所帶來的影響。

客戶何時採用新製程節點？

從客戶角度來看，廠商在開發過程可達到2奈米製程節點應有的效能，僅是第一步。之後，從少量試產與調整、精進品質、緩步提高良率、大量生產，到具彈性生產的敏捷性則是另一重要層次。在這過程，廠商還必須設法持續降低成本，同時能為客戶創造高度的獨特價值，方能為客戶所青睞。

儘管如此，廠商雖然可量產2奈米GAA製程晶片，但這與客戶願意採用是不同的兩件事。由於開發全新製程得投入高額研發資源，導致成本居高不下而拉高價格，廠商說不定得面對客戶會不會延後採用的不確定性。客戶樂於採用2奈米製程節點的關鍵，應該是廠商所提供的報價何時才能符合客戶本身的預期成本結構，以及在此條件下客戶的產品定價對市場競爭的評估。

換言之，廠商接下來還必須留意後續衍生的、與客戶相關的市場風險議題。因而，其客戶在明年下半年就採用2奈米新製程，或許是較樂觀的狀況，也可能是2026年成本進一步下降之後，甚至，或許在2027年才有更多客戶願意大量採用。

結語

希望上述的種種疑慮僅是筆者的過度憂慮，殷切期待對我國廠商的影響並不太大。儘管尖端製程複雜度大增導致開發速度趨緩，而使得競爭者有縮短差距的追趕機會；但若能留意技術風險議題、專注於研發、強化研發端過渡到生產製造端的實務移轉議題、並細膩地調整新製程各項參數與細節，筆者相信，在輝達（NVIDIA）與新思科技（Synopsys）等合作夥伴的共同努力下，台積電透過AI科技導入運算式微影平台將可提高製程開發腳步，最後能順利進入2奈米GAA製程大量生產時代，進而維持產業領先的競爭態勢。

在各國政府的重視與大力介入下，半導體產業的競爭與過往相較更為激烈且變動更加快速。儘管政經情勢愈趨複雜、模糊、高度不確定性且充滿各項挑戰，但同時也蘊含著可進一步改變現況的種種契機。在全球半導體產業的高強度競爭下，期待我國廠商能克服各項挑戰，持續獨領風騷，並在人類科技發展史上佔有世界關鍵地位。