臺積電制造能力領(lǐng)先的秘密，這生產(chǎn)周期實(shí)力果然很牛叉

　　臺積電生產(chǎn)主管秀出一張張嚴禁攝影的投影片，剖析如何善用機械學(xué)習、大數據，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(shuō)，「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)園區的臺積電總部大廳，會(huì )看到墻上英文寫(xiě)就的三大信條：「技術(shù)領(lǐng)導、制造卓越、顧客信賴(lài)」。 其中，制造卓越(manufacturing excellence)一塊，臺積電過(guò)去總是諱莫如深，極少談?wù)摷毠?，但在同業(yè)眼里，卻是臺積電與三星、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，共同執行長(cháng)魏哲家在主題演講時(shí)透露，臺積電已將當年熱門(mén)的大數據、機器學(xué)習技術(shù)，應用在制程管理，「都是為了降低我們的 cycle time(生產(chǎn)周期)。 」

　　臺積電董事長(cháng)張忠謀去年接受《天下》專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)，也曾強調「在我們公司里，生產(chǎn)周期很重要。 」

　　當前最先進(jìn)的 IC，內部結構像是一個(gè)層層迭迭的千層蛋糕，做出每一層所花時(shí)間的平均，就稱(chēng)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 內部只有 25 層，但是生產(chǎn)一層得花上兩天。 當前最先進(jìn)的 10 納米手機芯片，內部已高達 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(gè)夢(mèng)想，以后要做到一層一天，不能再長(cháng)。 」魏哲家強調。

　　生產(chǎn)周期已是產(chǎn)業(yè)勝負關(guān)鍵。 一位臺積電客戶(hù)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(gè)廠(chǎng)，臺積電可多創(chuàng )造三成營(yíng)收，客戶(hù)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業(yè)，往往就定生死。

　　而且，當半導體尺度開(kāi)始逼近物理極限，生產(chǎn)周期還從生產(chǎn)力優(yōu)勢，轉化為技術(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(gè)月開(kāi)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，內部結構高達 100 層，而且部分結構得用到復雜的 4P4E 微影技術(shù)，大幅拉長(cháng)生產(chǎn)周期。

　　只有臺積電有本事，在客戶(hù)能容忍的時(shí)間，以傳統微影技術(shù)生產(chǎn)出 7 納米 IC。 「臺積電想先獨占市場(chǎng)，因為只有他可以做。 」一位 IC 設計大廠(chǎng)主管說(shuō)。

　　而三星別無(wú)選擇，只能等待預計明年性能才能達到量產(chǎn)要求的 EUV 顯影技術(shù)，該技術(shù)的光線(xiàn)極細，可大幅加快生產(chǎn)速度，但設備價(jià)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(gè)演講。 臺積電 12 吋廠(chǎng)技術(shù)委員會(huì )處長(cháng)黃裕峰，主講臺積電的「智能精準制造」，也就是類(lèi)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(zhuān)家系統，和先進(jìn)算法，類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )自我學(xué)習的模式」。

　　在工廠(chǎng)管理部分，10 納米產(chǎn)線(xiàn)收集的數據量，是過(guò)去 40 納米的 10 倍。 臺積電以大數據與機械學(xué)習的方式，善用這些數據。

　　以一個(gè)月產(chǎn) 30 萬(wàn)片的晶圓廠(chǎng)為例，場(chǎng)內 3 千臺生產(chǎn)機臺，每天會(huì )產(chǎn)生 800 萬(wàn)的派工命令，臺積電的工廠(chǎng)管理系統，可以在一分鐘之內計算出最佳的生產(chǎn)排列組合。 成果是，準時(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(zhù)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(gè)原子要小。 10 納米世代與 28 納米相比，控制參數多上 20 倍。

　　因此，每臺生產(chǎn)機臺裝了上千個(gè)傳感器，臺積電更發(fā)展出精密的調機系統，大數據分析過(guò)去累積很多調機記錄，再根據當下的機臺狀況，實(shí)時(shí)回饋一個(gè)最佳的調機參數組合，例如溫度、氣體流量、電流等。

　　第三，工廠(chǎng)一致性(fab matching)，要確保在不同廠(chǎng)區生產(chǎn)的客戶(hù)產(chǎn)品質(zhì)量保有一致性。 因此隨時(shí)監控不同廠(chǎng)區的機臺參數，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，學(xué)完之后，就成為我們未來(lái)的標準。 」黃裕峰說(shuō)。