臺積電制造能力領(lǐng)先的秘密，這生產(chǎn)周期實力果然很牛叉

　　臺積電生產(chǎn)主管秀出一張張嚴(yán)禁攝影的投影片，剖析如何善用機械學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)，打造出超越三星、格羅方德的制程管理。 一位臺積公關(guān)主管事后都驚訝的說，「他怎么講這么多，難道不怕競爭對手拿去抄? 」

　　走進(jìn)新竹科學(xué)園區(qū)的臺積電總部大廳，會看到墻上英文寫就的三大信條：「技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)、制造卓越、顧客信賴」。 其中，制造卓越(manufacturing excellence)一塊，臺積電過去總是諱莫如深，極少談?wù)摷?xì)節(jié)，但在同業(yè)眼里，卻是臺積電與三星、格羅方德拉開距離的真正關(guān)鍵。

　　5 月底的 2017 年臺灣技術(shù)論壇，臺積電首度揭露部分先進(jìn)制造的秘密。 首先，共同執(zhí)行長魏哲家在主題演講時透露，臺積電已將當(dāng)年熱門的大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)技術(shù)，應(yīng)用在制程管理，「都是為了降低我們的 cycle time(生產(chǎn)周期)。 」

　　臺積電董事長張忠謀去年接受《天下》專訪時，也曾強調(diào)「在我們公司里，生產(chǎn)周期很重要。 」

　　當(dāng)前最先進(jìn)的 IC，內(nèi)部結(jié)構(gòu)像是一個層層迭迭的千層蛋糕，做出每一層所花時間的平均，就稱為「生產(chǎn)周期」。

　　魏哲家說，早年在 180 納米的時代(約 15 年前)，一顆 IC 內(nèi)部只有 25 層，但是生產(chǎn)一層得花上兩天。 當(dāng)前最先進(jìn)的 10 納米手機芯片，內(nèi)部已高達(dá) 80 層，如果一層還是兩天，便代表一個產(chǎn)品要 160 天、將近半年才做得出來。 「沒有人肯等你的，」魏哲家說。

　　他說，現(xiàn)在臺積電 10 納米的生產(chǎn)周期目前約 1.1~1.2 天。 「我有一個夢想，以后要做到一層一天，不能再長。 」魏哲家強調(diào)。

　　生產(chǎn)周期已是產(chǎn)業(yè)勝負(fù)關(guān)鍵。 一位臺積電客戶主管表示，格羅方德的生產(chǎn)周期約比臺積慢上 30%，這不但代表同樣一個廠，臺積電可多創(chuàng)造三成營收，客戶產(chǎn)品上市的時間，也可快上將近一個月。 而一個月，在變化快速的智能手機業(yè)，往往就定生死。

　　而且，當(dāng)半導(dǎo)體尺度開始逼近物理極限，生產(chǎn)周期還從生產(chǎn)力優(yōu)勢，轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢。

　　例如，臺積電與三星的 7 納米競賽。 臺積電的 7 納米，已經(jīng)從上個月開始試產(chǎn)。 而三星卻得等到明年，因為該公司堅持要采用最新的 EUV 微影技術(shù)。

　　一般業(yè)界認(rèn)為三星研發(fā)能力與臺積電不相上下，但制造管理，不如臺積電。 最先進(jìn)的 7 納米智能型手機 IC，內(nèi)部結(jié)構(gòu)高達(dá) 100 層，而且部分結(jié)構(gòu)得用到復(fù)雜的 4P4E 微影技術(shù)，大幅拉長生產(chǎn)周期。

　　只有臺積電有本事，在客戶能容忍的時間，以傳統(tǒng)微影技術(shù)生產(chǎn)出 7 納米 IC。 「臺積電想先獨占市場，因為只有他可以做。 」一位 IC 設(shè)計大廠主管說。

　　而三星別無選擇，只能等待預(yù)計明年性能才能達(dá)到量產(chǎn)要求的 EUV 顯影技術(shù)，該技術(shù)的光線極細(xì)，可大幅加快生產(chǎn)速度，但設(shè)備價格極為昂貴。

　　然而，為何臺積電的制造能力能夠遙遙領(lǐng)先對手?

　　答案在技術(shù)論壇另一個演講。 臺積電 12 吋廠技術(shù)委員會處長黃裕峰，主講臺積電的「智能精準(zhǔn)制造」，也就是類似「工業(yè) 4.0」的概念。

　　他表示，臺積電先進(jìn)制造環(huán)境已采用「獨特的專家系統(tǒng)，和先進(jìn)算法，類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自我學(xué)習(xí)的模式」。

　　在工廠管理部分，10 納米產(chǎn)線收集的數(shù)據(jù)量，是過去 40 納米的 10 倍。 臺積電以大數(shù)據(jù)與機械學(xué)習(xí)的方式，善用這些數(shù)據(jù)。

　　以一個月產(chǎn) 30 萬片的晶圓廠為例，場內(nèi) 3 千臺生產(chǎn)機臺，每天會產(chǎn)生 800 萬的派工命令，臺積電的工廠管理系統(tǒng)，可以在一分鐘之內(nèi)計算出最佳的生產(chǎn)排列組合。 成果是，準(zhǔn)時交貨率 99.5%，產(chǎn)品生產(chǎn)周期 1~1.2 天。

　　第二，是制程精密控制方面，隨著晶體管的尺度小到逼近物理極限，制程要控制的厚度變異量，甚至比一個原子要小。 10 納米世代與 28 納米相比，控制參數(shù)多上 20 倍。

　　因此，每臺生產(chǎn)機臺裝了上千個傳感器，臺積電更發(fā)展出精密的調(diào)機系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析過去累積很多調(diào)機記錄，再根據(jù)當(dāng)下的機臺狀況，實時回饋一個最佳的調(diào)機參數(shù)組合，例如溫度、氣體流量、電流等。

　　第三，工廠一致性(fab matching)，要確保在不同廠區(qū)生產(chǎn)的客戶產(chǎn)品質(zhì)量保有一致性。 因此隨時監(jiān)控不同廠區(qū)的機臺參數(shù)，找出生產(chǎn)狀況最佳者，「找出好的模范生，所有人跟他學(xué)習(xí)，學(xué)完之后，就成為我們未來的標(biāo)準(zhǔn)。 」黃裕峰說。