#科技人文講座(趙坤茂)
夢想無界的晶片傳奇
(圖為示意。路透)
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。(作者為台灣大學資訊工程系教授)
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影片來源自:
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