半導(dǎo)體之所以為高科技是因?yàn)樗懿粩嗟膭?chuàng)造新經(jīng)濟(jì)價(jià)值。過去依賴的是摩爾定律此單一因素，現(xiàn)在制程微縮的進(jìn)程已漸遲緩，產(chǎn)業(yè)需新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值創(chuàng)造典范。

比較象征性的是半導(dǎo)體界過去奉為圭臬的ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductor)在2016年已悄然劃下休止符，取而代之的是由IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers；電機(jī)電子工程學(xué)會(huì))和SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International；國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì))共同支持的HIR(Heterogeneous Integration Roadmap；異質(zhì)整合路線圖)。

在進(jìn)入HIR詳細(xì)的內(nèi)容前，要強(qiáng)調(diào)一個(gè)產(chǎn)業(yè)有共同目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)的重要性。工業(yè)4.0是現(xiàn)在許多先進(jìn)國(guó)家戮力以求的產(chǎn)業(yè)升級(jí)方案，但是在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，有許多工業(yè)4.0的內(nèi)容早己實(shí)施在12吋廠的運(yùn)作結(jié)構(gòu)上，這是由于在上世紀(jì)90年代當(dāng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃12吋廠的未來時(shí)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)已共同對(duì)產(chǎn)業(yè)的未來摹畫藍(lán)圖、制訂標(biāo)準(zhǔn)。可以用來相對(duì)照的是醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，醫(yī)療設(shè)備由GPS(GE、Philips、Siemens)三大家各據(jù)山頭，設(shè)備有各自的介面和軟體，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)要達(dá)到工業(yè)4.0乃至于人工智慧的應(yīng)用，就好比《詩(shī)經(jīng)》蒹葭中的句子：道阻且長(zhǎng)。

HIR的目標(biāo)訂的高遠(yuǎn)，雖然詳細(xì)的路線途還未制定出爐。HIR的共同主席Bill Bottoms說在自2016~2031年的15年間，每單位功能的成本將下降10,000倍，設(shè)計(jì)周期短、成本下降；而在系統(tǒng)層面，功能密度與功耗的改善會(huì)達(dá)1,000倍，這真是雄心壯志！15年的期間在過去的摩爾定律中大概是10個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)，過去的經(jīng)驗(yàn)值是每個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)成本下降大約30%，10個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)成本的下降也不過是32倍，顯然HIR的愿景有常人所不及見之處。但是HIR的目標(biāo)是維持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)創(chuàng)造新經(jīng)濟(jì)價(jià)值是毋庸置疑的事。能這樣做，半導(dǎo)體還是高科技產(chǎn)業(yè)。

HIR總計(jì)有22個(gè)工作組，可以歸類在四大范疇下：HI for Market Applications、Heterogeneous Integration Components、Cross Cutting Topics和Integration Process，這四大范疇下再細(xì)分幾個(gè)工作組。從這個(gè)議題組織的方法，可以看出與過去的ITRS精神上有很大的差異。這22個(gè)工作組中有些與過去ITRS中的名稱是相同的，譬如Test、Interconnect、Emerging Research Devices等，但它組織的方法完全不同，意涵也完全不同。ITRS的單一主軸是制程節(jié)點(diǎn)，所有16個(gè)子項(xiàng)目都是為此單一主軸實(shí)施的配合。而HIR分四個(gè)不同范疇，而各范疇中的各子項(xiàng)目雖然置于同一范疇下，但其實(shí)差異不小。

從單一價(jià)值增長(zhǎng)方式變成多元價(jià)值增長(zhǎng)方式，對(duì)于一個(gè)產(chǎn)業(yè)來說近乎典范轉(zhuǎn)移。典范轉(zhuǎn)移的時(shí)刻，也是產(chǎn)業(yè)秩序與強(qiáng)弱重新洗牌的時(shí)刻。特別是競(jìng)爭(zhēng)的不是單一軸線而是多元價(jià)值，有機(jī)會(huì)在各個(gè)小生態(tài)區(qū)產(chǎn)生局部的最適應(yīng)者，沒有一個(gè)公司可以涵蓋這所有的小生態(tài)區(qū)，因而這也是后進(jìn)者重新定位取利的時(shí)刻。

IEEE和SEMI共同支持的HIR(Heterogeneous Integration Roadmap；異質(zhì)整合路線圖) 的第1個(gè)范疇HI for Market Applications中包括6項(xiàng)：Mobile、IoT、 Medical and Health & Wearables、Automotive、High Performance Computing and Data Center以及Aerospace and Defense。這個(gè)范疇的綱目本身就引人注目，過去從來沒有在技術(shù)路線圖中去涉及應(yīng)用的。

半導(dǎo)體的應(yīng)用總是半導(dǎo)體技術(shù)及其所制作的器件走到那，系統(tǒng)的廠商就用到那。這次讓應(yīng)用來誘發(fā)半導(dǎo)體的價(jià)值成長(zhǎng)，極具創(chuàng)新思維。但這范疇列在HIR中，卻也算不得新發(fā)明，因?yàn)槭聦?shí)已先發(fā)生了。拿High Performance Computing and Data Center為例，在這個(gè)項(xiàng)目中，云端和云端基礎(chǔ)設(shè)施的大公司早就紛紛設(shè)立自屬的設(shè)計(jì)公司，像Google、Apple、中興通訊、華為等都有自己專屬的設(shè)計(jì)公司，而且成長(zhǎng)迅速，現(xiàn)在還有其他公司會(huì)陸續(xù)加入。有半導(dǎo)體公司說要「以芯養(yǎng)云」，我的看法是方向反了，應(yīng)該是「以云養(yǎng)芯」，有許多成功的實(shí)例為證。由應(yīng)用端向半導(dǎo)體方向注入新價(jià)值并且垂直整合價(jià)值鏈這個(gè)趨勢(shì)，設(shè)計(jì)公司要注意了。

第2個(gè)范疇是Heterogeneous Integration Components，這范疇包括6個(gè)子項(xiàng)目Single-Chip and Multi-Chip Packaging (including Substrates)、Integrated Photonics、Integrated Power Electronics、MEMS & Sensor Integration、RF and Analog Mixed-Signal Design與Co- Design and Simulation – Tools & Practice。

除了第1和第6個(gè)項(xiàng)目是HIR整合方向內(nèi)容的核心，比較偏向技術(shù)項(xiàng)目外，第2項(xiàng)的矽光子是最常被稱述的。將原來獨(dú)立的光子器件，整合到矽芯片之中。對(duì)于高效能計(jì)算和通訊，它同時(shí)帶來速度、能耗、體積等各方面的優(yōu)勢(shì)，使得設(shè)備和設(shè)備之間—譬如個(gè)人電腦和資料中心—不必再另設(shè)光/電、電/光的轉(zhuǎn)換。光的傳輸是電的100倍，而且光傳輸近乎無能耗，這些都將貢獻(xiàn)到前述的經(jīng)濟(jì)價(jià)值創(chuàng)新倍數(shù)之中。

第3項(xiàng)的功率晶體整合更早是勢(shì)在必行，功率晶體的銷售很早就是以模組的方式銷售，這樣才能與應(yīng)用端更緊密結(jié)合，現(xiàn)在更進(jìn)一步要整合入單一封裝之內(nèi)。這些原來單價(jià)不高的離散器件變成價(jià)格不斐的功能模組自然是增加半導(dǎo)體的價(jià)值。這個(gè)模式很早就存在，例如在手機(jī)發(fā)展的早期，其中的記憶體叫Combo，基本上就是將pseudo SRAM(DRAM裝成SRAM介面)與NOR Flash封裝在一塊，其價(jià)格遠(yuǎn)勝于二者之和。

第4項(xiàng)將感測(cè)器和致動(dòng)器放在一塊，說不定邊緣計(jì)算的MCU也會(huì)進(jìn)來，這是AIoT的應(yīng)用；第5項(xiàng)將射頻、類比與混合訊號(hào)整合，當(dāng)然是通訊的應(yīng)用。這二者的增加價(jià)值方式也雷同，也充滿挑戰(zhàn)－每一功率晶體的散熱都是問題，何況放在一塊？

第3個(gè)范疇Cross Cutting Topics有點(diǎn)像是大雜燴，包括Materials & Emerging Research Materials、Emerging Research Devices、Interconnect、Test、Supply Chain與Security (Cyber)。除了新材料和新器件外，也有ITRS中舊有的項(xiàng)目如Interconnect、Test等，這些因?yàn)楫愘|(zhì)整合的需求而產(chǎn)生新的意義，你怎么測(cè)試于同一封裝內(nèi)這么多效能各異的各個(gè)芯片及其整合功能？

第4個(gè)范疇I(yíng)ntegration Processes才是核心技術(shù)，包括SiP、3D+2.5D、WLP (fan in and fan out)，名字都耳熟能詳，而且已開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)界。特別值得一提的是第3項(xiàng)中的Fan Out Wafer Level Packaging(FOWLP)，這個(gè)技術(shù)依賴于芯片制程中的線路重配置層(redistribution layer)的先行設(shè)計(jì)，讓芯片設(shè)計(jì)、制造與封裝測(cè)試有直接的連結(jié)。如果FOWLP成為器件主要的價(jià)值增加方法之一，你猜晶圓廠還是封裝廠會(huì)將此核心競(jìng)爭(zhēng)能力囊括入內(nèi)？許多記憶體廠開始擴(kuò)充后段能力已是現(xiàn)在進(jìn)行式。

異質(zhì)整合由于價(jià)值產(chǎn)生的方式與以往大異其趣，而價(jià)值鏈區(qū)段的整合也會(huì)有所改變，像從應(yīng)用端整合至芯片設(shè)計(jì)、從晶圓制造端整合進(jìn)后段封裝等，整個(gè)產(chǎn)業(yè)分工將有大幅改變。

再舉一個(gè)例子，3D monolithic stacking這個(gè)新興的技術(shù)最常提的例子是將CPU與記憶體整合在一起，以后專精于邏輯制造或記憶體制造的公司能夠取得上位嗎？或者二者兼具的公司才更如行走灶腳？如果是后者，邏輯代工與記憶體還要如此涇渭分明嗎？

如果異質(zhì)整合真將成為新的價(jià)值產(chǎn)生模式，價(jià)值鏈的樣態(tài)和組合排列勢(shì)將大幅改變，產(chǎn)業(yè)和廠商要早為之計(jì)！