天下／臺積電製造 爲什麼遙遙領先三星？
臺積電生產主管秀出一張張嚴禁攝影的投影片，剖析如何善用機械學習、大數據，打造出超越三星、格羅方德的製程管理。一位臺積公關主管事後都驚訝的說，「他怎麼講這麼多，難道不怕競爭對手拿去抄？」
走進新竹科學園區的臺積電總部大廳，會看到牆上英文寫就的三大信條：「技術領導，製造卓越、顧客信賴」。其中，製造卓越一塊，臺積電過去總是諱莫如深，極少談論細節，但在同業眼裡，卻是臺積與三星、格羅方德拉開距離的真正關鍵。
5月底的2017年臺灣技術論壇，臺積電首度揭露部分先進製造的秘密。首先，共同執行長魏哲家在主題演講時透露，臺積已將當年熱門的大數據、機器學習技術，應用在製程管理，「都是爲了降低我們的cycle time（生產週期）。」
臺積電董事長張忠謀去年接受《天下》專訪時，也曾強調「在我們公司裡，生產週期很重要。」
當前最先進的IC，內部結構像是一個層層疊疊的千層蛋糕，做出每一層所花時間的平均，就稱爲「生產週期」。
魏哲家說，早年在180奈米的時代（約15年前），一顆IC內部只有25層，但是生產一層得花上兩天。當前最先進的10奈米手機晶片，內部已高達80層，如果一層還是兩天，便代表一個產品要160天、將近半年才做得出來。「沒有人肯等你的」，魏哲家說。
他說，現在臺積電10奈米的生產週期目前約1.1到1.2天。「我有一個夢想，以後要做到一層一天，不能再長」，魏哲家強調。
生產週期已是產業勝負關鍵。一位臺積客戶主管表示，格羅方德的生產週期約比臺積慢上30%，這不但代表同樣一個廠，臺積可多創造三成營收，客戶產品上市的時間，也可快上將近一個月。而一個月，在變化快速的智慧手機業，往往就定生死。
而且，當半導體尺度開始逼近物理極限，生產週期還從生產力優勢，轉化爲技術優勢。
例如，臺積與三星的7奈米競賽。臺積的7奈米，已經從上個月開始試產。而三星卻得等到明年，因爲該公司堅持要採用最新的EUV微影技術。
一般業界認爲三星研發能力與臺積不相上下，但製造管理，不如臺積。最先進的7奈米智慧型手機IC，內部結構高達一百層，而且部分結構得用到複雜的4P4E微影技術，大幅拉長生產週期。
只有臺積有本事，在客戶能容忍的時間，以傳統微影技術生產出7奈米IC。「臺積想先獨佔市場，因爲只有他可以做」，一位IC設計大廠主管說。
而三星別無選擇，只能等待預計明年性能才能達到量產要求的EUV顯影技術，該技術的光線極細，可大幅加快生產速度，但設備價格極爲昂貴。
然而，爲何臺積電的製造能力能夠遙遙領先對手？答案在技術論壇另一個演講。臺積十二吋廠技術委員會處長黃裕峰，主講臺積電的「智慧精準製造」，也就是類似「工業4.0」的概念。
他表示，臺積先進製造環境已採用「獨特的專家系統，和先進演算法，類神經網路自我學習的模式」。
在工廠管理部分，10奈米產線收集的資料量，是過去40奈米的10倍。臺積電以大數據與機械學習的方式，善用這些資料。
以一個月產30萬片的晶圓廠爲例，場內3000臺生產機臺，每天會產生800萬的派工命令，臺積電的工廠管理系統，可以在一分鐘之內計算出最佳的生產排列組合。成果是，準時交貨率99.5%，產品生產週期1到1.2天。
第二，是製程精密控制方面，隨着電晶體的尺度小到逼近物理極限，製程要控制的厚度變異量，甚至比一個原子要小。10奈米世代與28奈米相比，控制參數多上20倍。
因此，每臺生產機臺裝了上千個感測器，臺積電更發展出精密的調機系統，大數據分析過去累積很多調機記錄，再根據當下的機臺狀況，即時回饋一個最佳的調機參數組合，例如溫度、氣體流量、電流等。
第三，工廠一致性，要確保在不同廠區生產的客戶產品品質保有一致性。因此隨時監控不同廠區的機臺參數，找出生產狀況最佳者，「找出好的模範生，所有人跟他學習，學完之後，就成爲我們未來的標準，」黃裕峰說。…（完整報導，請見《天下雜誌》第624期）
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