臺(tái)積電：生產(chǎn)周期已是產(chǎn)業(yè)勝負(fù)關(guān)鍵！

臺(tái)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(jī)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(tái)積公關(guān)主管事后都驚訝的說(shuō)，“他怎么講這么多，難道不怕競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手拿去抄?”

走進(jìn)新竹科學(xué)園區(qū)的臺(tái)積電總部大廳，會(huì)看到墻上英文寫(xiě)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(tái)積電過(guò)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(tái)積電與三星、格羅方德拉開(kāi)距離的真正關(guān)鍵。

5 月底的 2017 年臺(tái)灣技術(shù)論壇，臺(tái)積電首度揭露部分先進(jìn)制造的秘密。首先，共同CEO魏哲家在主題演講時(shí)透露，臺(tái)積電已將當(dāng)年熱門(mén)的大數(shù)據(jù)、機(jī)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(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀去年接受專訪時(shí)，也曾強(qiáng)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(gè)層層疊疊的千層蛋糕，做出每一層所花時(shí)間的平均，就稱為“生產(chǎn)周期”。

魏哲家說(shuō)，早年在 180 納米的時(shí)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(jī)芯片，內(nèi)部已高達(dá) 80 層，如果一層還是兩天，便代表一個(gè)產(chǎn)品要 160 天、將近半年才做得出來(lái)。“沒(méi)有人肯等你的，”魏哲家說(shuō)。

他說(shuō)，現(xiàn)在臺(tái)積電 10 納米的生產(chǎn)周期目前約 1.1~1.2 天。“我有一個(gè)夢(mèng)想，以后要做到一層一天，不能再長(zhǎng)。”魏哲家強(qiáng)調(diào)。

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

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

例如，臺(tái)積電與三星的 7 納米競(jìng)賽。臺(tái)積電的 7 納米，已經(jīng)從上個(gè)月開(kāi)始試產(chǎn)。而三星卻得等到明年，因?yàn)樵摴緢?jiān)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(tái)積電不相上下，但制造管理，不如臺(tái)積電。最先進(jìn)的 7 納米智能手機(jī) 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(zhǎng)生產(chǎn)周期。

只有臺(tái)積電有本事，在客戶能容忍的時(shí)間，以傳統(tǒng)微影技術(shù)生產(chǎn)出 7 納米 IC。“臺(tái)積電想先獨(dú)占市場(chǎng)，因?yàn)橹挥兴梢宰觥?rdquo;一位 IC 設(shè)計(jì)大廠主管說(shuō)。

而三星別無(wú)選擇，只能等待預(yù)計(jì)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(jià)格極為昂貴。

然而，為何臺(tái)積電的制造能力能夠遙遙領(lǐng)先對(duì)手?

答案在技術(shù)論壇另一個(gè)演講。臺(tái)積電 12 寸廠技術(shù)委員會(huì)處長(zhǎng)黃裕峰，主講臺(tái)積電的“智慧精準(zhǔn)制造”，也就是類似“工業(yè) 4.0”的概念。

他表示，臺(tái)積電先進(jìn)制造環(huán)境已采用“獨(dú)特的專家系統(tǒng)，和先進(jìn)演算法，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)線收集的資料量，是過(guò)去 40 納米的 10 倍。臺(tái)積電以大數(shù)據(jù)與機(jī)械學(xué)習(xí)的方式，善用這些資料。

以一個(gè)月產(chǎn) 30 萬(wàn)片的晶圓廠為例，場(chǎng)內(nèi) 3 千臺(tái)生產(chǎn)機(jī)臺(tái)，每天會(huì)產(chǎn)生 800 萬(wàn)的派工命令，臺(tái)積電的工廠管理系統(tǒng)，可以在一分鐘之內(nèi)計(jì)算出最佳的生產(chǎn)排列組合。成果是，準(zhǔn)時(shí)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，隨著電晶體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(gè)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(tái)生產(chǎn)機(jī)臺(tái)裝了上千個(gè)感測(cè)器，臺(tái)積電更發(fā)展出精密的調(diào)機(jī)系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析過(guò)去累積很多調(diào)機(jī)記錄，再根據(jù)當(dāng)下的機(jī)臺(tái)狀況，即時(shí)回饋一個(gè)最佳的調(diào)機(jī)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)品品質(zhì)保有一致性。因此隨時(shí)監(jiān)控不同廠區(qū)的機(jī)臺(tái)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(lái)的標(biāo)準(zhǔn)。”黃裕峰說(shuō)。