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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2023/03/9-1_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">半導體已成為國際地緣政治中的關鍵戰略物資，晶片制裁成為各國相互抗衡手段。</div>
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<p>半導體可謂現代電子產品的頭腦與心臟，成為攸關國家安全與發展的戰略物資。如今人類已踏入「得半導體者得天下」的時代，美國更在 2022 年 8 月 12 日禁止用於高階晶片製程的 EDA 軟體出口至中國，意在重創其半導體產業發展。EDA 到底是什麼？為什麼美國要限制 EDA 的出口？當全球晶片大戰拉開序幕，臺灣又面對怎麼樣的挑戰？</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2023/03/9-2_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">電子設計自動化（Electronic Design Automation, EDA）是現在晶片設計的必要軟體，在這次美國對中國的經濟制裁上，也限制了電子設計自動化軟體的輸出。</div>
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<h2><strong><span style="font-size: 20px;">體積小功能大的晶片與它們的產地</span></strong></h2>
<p>「人工智慧、5G 物聯網、雲端服務、高性能計算、大數據分析、智慧醫療、自駕車和機器人等新科技創造當今人類的新文明，這些新科技的實現，都必須仰賴半導體技術的發展，而且相輔相成地成為技術發展的主要驅動力。」擔任臺灣大學電機資訊學院院長的張耀文教授以實際應用說明半導體產業的重要性。</p>
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<p>在瞭解各國半導體領域版圖前，必須先瞭解半導體是怎麼來的。從半導體原料到指尖上一塊小小的晶片，涵蓋了數百道加工步驟和長長的全球價值鏈（Global Value Chain），由各國企業分工不同階段的製程。陽明交通大學副校長、電子研究所的李鎮宜教授表示，半導體整體產業的發展與板塊移動，屬於跨國、跨企業在多年的良性競爭與互補合作下，誕生的共創機制。</p>
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<p>半導體價值鏈可分為設計與製造兩大部分，後者又可分為前端的晶圓製造生產與後端的封裝測試。設計端包含開發基本電路模組、電子設計自動化（Electronic Design Automation, EDA）軟體，以及提供<span data-component="tippy" data-content="一般稱為進階精簡指令集機器（advanced RISC machine, ARM 架構），是一系列適用於電腦處理器的精簡指令集運算 （reduced instruction set computer, RISC） 架構。它指定了一套規則，規定硬體在執行特定指令時的運作方式，就像軟硬體之間簽訂的合約，定義兩者要如何與彼此互動。">指令集架構</span>的公司。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2023/03/9-3_670x330.png" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">半導體產業的全球價值鏈，可分為設計與製造兩大部分，由各國企業分工協作。</div>
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<p>進行電路設計的公司，大部分都沒有自行生產晶片的工廠（無廠半導體企業），因此需要委託晶圓代工廠來製造晶片，全球市占率 6 成的的台積電即為國際晶圓代工龍頭。前端工程的晶圓代工廠，會將電路設計圖轉印到晶圓上，而後端的企業則負責裁切晶圓，製成晶片後進行封裝測試。</p>
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<p>根據半導體產業協會（SIA）與波士頓顧問集團（BCG）於 2021 年 4 月合作發表的分析報告，可見美國在最上游的晶片設計與半導體製造設備（如摻雜技術 〔Doping〕 與製程控管所需機具），都扮演極具分量的角色，而這些主要技術，也成為美國在地緣政治中的關鍵施力點。</p>
<p>&nbsp;</p>
<h2><strong><span style="font-size: 20px;">美國對中國半導體產業的「卡脖子」行動</span></strong></h2>
<p>美國針對半導體產業鏈各重點環節對中國展開的「晶片制裁」，可分為四大方面。其一，輝達（NVIDIA）與超微（AMD）被美國限制向中國出口現成的高階晶片，以攔截尖端科技發展。高階晶片在進行大數據分析的高效能運算（high performance computing）系統中必不可缺，勢必影響阿里巴巴、騰訊與百度的雲端服務的布局，以及未來 AI 發展。</p>
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<p>再來，中國被禁止取得美國的半導體機具設備，阻絕高階晶片的製造。巧婦難為無米之炊，尤其半導體機具設備並非一次性購入即可，還需廠商提供長期維修保養、排除故障問題等服務。美國的禁令旨在使中國半導體大廠，如晶圓代工廠中芯（Semiconductor Manufacturing International Corporation, SMIC）和長江存儲科技（Yangtze Memory Technology Corp, YMTC）的晶片製程大幅落後。不只是現成的晶片與製造設備，美國還對半導體製造設備的必要元件下禁令，意圖讓中國無法發展本土的半導體製造設備。</p>
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<p>如果中國國内無法製造，難道不能委託其他晶圓代工廠協助？事情沒那麼簡單，別忘了美國也管制國產 EDA 軟體出口到中國，相當於扼殺中國自行設計高階晶片的能力。因為擁有約八成市占率的 EDA 軟體三大巨頭——新思科技 （Synopsys）、益華電腦（Cadence）與西門子（Siemens），其總部都在<span data-component="tippy" data-content="德國西門子（Siemens）在 2017 年併購總部位於美國的明導國際（Mentor Graphics）">美國</span>，而中國國内的 EDA 企業均未具備設計先進電路製程的能力。</p>
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<p>工研院產科國際所楊瑞臨研究總監分析，美國從產業鏈的設計與製造端緊抓要害，全方位圍堵中國的半導體產業發展。</p>
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<h2><strong><span style="font-size: 20px;">半導體產業中不可或缺的晶片之母——EDA</span></strong></h2>
<p>雖然 EDA 軟體的市場價值在 2021 年約 100 億美元，與半導體市場將近 6000 億美元的規模相比不到十分之一，但它可是半導體價值鏈中至關重要的「晶片之母」。</p>
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<p>不像 1970 年代時，IC 上只有數以千計的電晶體，如今邁入超大型積體電路（Very Large Scale Integration，VLSI）世代，一塊 IC 上就有上億個電晶體。（以 iPhone 14 所用的 A16 仿生晶片為例，其一平方公分的晶圓面積上就布滿約 160 億顆電晶體！）IC 上的各個區塊肩負不同功能，每個區塊都需由一組團隊設計，光是一塊 IC，背後就需要上千人的團隊才能開發成功。巨量的元件大大提升後期整合的難度， 設計工程師絕不可能將一個個電晶體手動排列上去，一定得仰賴 EDA 的輔助。EDA 讓工程師可以利用程式規劃晶片功能，再交由 EDA 將程式碼轉換成電路設計圖，達成高效率設計。</p>
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<p>EDA 之所以强大，是因為它不只能優化設計，還可以提供模擬和驗證的功能。規劃 IC 架構後，工程師能在投入實體製作前，先行在不同條件參數與運作方式下模擬電路的表現，知道 IC 布局是否能起作用。工程師可以針對效能最強、面積最小或發熱最低等不同目標來模擬，進行調整除錯，找出最佳化的設計。</p>
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<p>除了設計端，製造端與 EDA 同樣密不可分。EDA 的驗證功能可以協助檢驗晶片的設計是否正確連接，有無遵循晶圓代工廠的生產規格，確保製作良率可以符合量產的效益。建置 EDA 軟體與設計環境的公司，和負責研發先進製程的晶圓代工廠商，兩者之間需緊密溝通往來，才可以讓設計跟上最新製程資料，不停向前推進半導體奈米微縮的技術節點。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2023/03/9-4_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">EDA 軟體讓工程師得以在有限時間内完成精細複雜的電路設計。</div>
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<p>楊瑞臨研究總監形容，EDA 就像是建築師的藍圖，可以預先在一定的施工條件下，構想好空間配置，確保每個工班做出來的東西可以流暢地銜接在一起。</p>
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<p>儘管中國目前並沒有製造高階晶片的需求，<span data-component="tippy" data-content="所謂的先進製程（advanced process），是根據所生產晶片内負責控制電流的「閘極」長度界定，一般以 7 奈米作為分水嶺：7 奈米以上如 16 奈米及 28 奈米為成熟製程（mature process），7 奈米以下如 5 奈米、3 奈米則為先進製程">大部分半導體企業仍在成熟製程階段，因此推估美國針對先進製程相關 EDA 的管制</span>，短期内對其半導體產業的衝擊不顯著。然而半導體晶片研發日新月異，長期下來技術節點的落後，將連帶影響中國尖端科技的發展。</p>
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<h2><strong><span style="font-size: 20px;">半導體大戰開打，臺灣扮演什麼角色？又有怎麼樣的挑戰？</span></strong></h2>
<p>面對美國的晶片制裁，以及持續拉攏其他國家，計劃聯合日本、韓國與臺灣，成立「晶片四方聯盟」（Chip 4）的攻勢，中國也沒退讓，大手筆投入研發經費與人力，高額補助華為與騰訊等龍頭企業加強發展 IC 設計能力，推動晶片生產本土化。</p>
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<p>全球地緣政治下的半導體大戰拉開序幕，臺灣也無可避免地捲入其中。李鎮宜教授指出，臺灣半導體產業發展的每個階段，都有來自產官學研單位的建言與行動方案。由早期的人才培育、國家型計畫的推動，到近期專案計畫如 A 世代半導體，帶動臺灣半導體年產值超過新臺幣 4 兆元，且持續朝 5 兆邁進，未來應一方面建構臺灣作為全球半導體產業的重鎮，一方面透過半導體帶動新興產業的成長動能。</p>
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<p>但張耀文教授提醒道，放眼未來 EDA 的發展，臺灣卻有不小的隱憂。過去臺灣在 EDA 領域的學術研發成就斐然，僅次於美國，但近年來中國靠著強大資本人力，在頂尖 EDA 論文發表與競賽表現奮起直追。他建議政府除以優渥資金補助 EDA 外商在臺擴展、增加就業，更應策略獎勵具競爭力的本土 EDA 公司和產學研發，以提升臺灣 EDA 供應鏈的安全度和競爭力。</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>臺灣理工人才的缺口，更是當今半導體產業發展的一大挑戰。要培養具國際競爭力的人才，張耀文教授呼籲應改善當前失當的教育制度與大學招考政策，並開拓人才來源，如策略性招募國際人才、加強女性從事理工的誘因。</p>
<p>&nbsp;</p>
<p>「我們當今在半導體的優勢，是長期努力的成果，得之非常不易，國人切忌好高騖遠，要腳踏實地培育人才，才能確保我們臺灣的永續發展和卓越。」</p>
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<p><span style="font-weight: 400;">（客座總編輯｜國家實驗研究院台灣半導體研究中心 侯拓宏主任；研究顧問團隊｜臺灣大學電機資訊學院 張耀文院長、陽明交通大學電子研究所 李鎮宜教授、工研院產科國際所 楊瑞臨研究總監；責任編輯｜曹盛威、劉品萱）</span></p>
