台积电首度公开智慧制造 张忠谋、魏哲家最关
台积电生产主管秀出一张张严禁摄影的投影片，剖析如何善用机械学习、大数据，打造出
超越三星、格罗方德的制程管理。一位台积公关主管事后都惊讶的说，“他怎么讲这么多
，难道不怕竞争对手拿去抄？”
走进新竹科学园区的台积电总部大厅，会看到墙上英文写就的三大信条：“技术领导，制
造卓越、顾客信赖”。其中，制造卓越（manufacturing excellence）一块，台积电过去
总是讳莫如深，极少谈论细节，但在同业眼里，却是台积与三星、格罗方德拉开距离的真
正关键。
五月底的2017年台湾技术论坛，台积电首度揭露部分先进制造的秘密。首先，共同执行长
魏哲家在主题演讲时透露，台积已将当年热门的大数据、机器学习技术，应用在制程管理
，“都是为了降低我们的cycle time（生产周期）。”
台积电董事长张忠谋去年接受《天下》专访时，也曾强调“在我们公司里，生产周期很重
要。”
当前最先进的IC，内部结构像是一个层层叠叠的千层蛋糕，做出每一层所花时间的平均，
就称为“生产周期”。
魏哲家说，早年在180奈米的时代（约15年前），一颗IC内部只有25层，但是生产一层得
花上两天。当前最先进的10奈米手机芯片，内部已高达80层，如果一层还是两天，便代表
一个产品要160天、将近半年才做得出来。“没有人肯等你的，”魏哲家说。
他说，现在台积电10奈米的生产周期目前约1.1到1.2天。“我有一个梦想，以后要做到一
层一天，不能再长，”魏哲家强调。
生产周期已是产业胜负关键。一位台积客户主管表示，格罗方德的生产周期约比台积慢上
30%，这不但代表同样一个厂，台积可多创造三成营收，客户产品上市的时间，也可快上
将近一个月。而一个月，在变化快速的智慧手机业，往往就定生死。
而且，当半导体尺度开始逼近物理极限，生产周期还从生产力优势，转化为技术优势。
例如，台积与三星的7奈米竞赛。台积的7奈米，已经从上个月开始试产。而三星却得等到
明年，因为该公司坚持要采用最新的EUV微影技术。
一般业界认为三星研发能力与台积不相上下，但制造管理，不如台积。最先进的7奈米智
慧型手机IC，内部结构高达一百层，而且部分结构得用到复杂的4P4E微影技术，大幅拉长
生产周期。
只有台积有本事，在客户能容忍的时间，以传统微影技术生产出7奈米IC。“台积想先独
占市场，因为只有他可以做，”一位IC设计大厂主管说。
而三星别无选择，只能等待预计明年性能才能达到量产要求的EUV显影技术，该技术的光
线极细，可大幅加快生产速度，但设备价格极为昂贵。
然而，为何台积电的制造能力能够遥遥领先对手?
答案在技术论坛另一个演讲。台积十二吋厂技术委员会处长黄裕峰，主讲台积电的“智慧
精准制造”，也就是类似“工业4.0”的概念。
他表示，台积先进制造环境已采用“独特的专家系统，和先进算法，类神经网络自我学
习的模式”。
在工厂管理部分，10奈米产线收集的资料量，是过去40奈米的10倍。台积电以大数据与机
械学习的方式，善用这些资料。
以一个月产30万片的晶圆厂为例，场内三千台生产机台，每天会产生八百万的派工命令，
台积电的工厂管理系统，可以在一分钟之内计算出最佳的生产排列组合。成果是，准时交
货率99.5%，产品生产周期1到1.2天。
第二，是制程精密控制方面，随着电晶体的尺度小到逼近物理极限，制程要控制的厚度变
异量，甚至比一个原子要小。10奈米世代与28奈米相比，控制参数多上20倍。
因此，每台生产机台装了上千个传感器，台积电更发展出精密的调机系统，大数据分析过
去累积很多调机记录，再根据当下的机台状况，即时回馈一个最佳的调机参数组合，例如
温度、气体流量、电流等。
第三，工厂一致性（fab matching），要确保在不同厂区生产的客户产品品质保有一致性
。因此随时监控不同厂区的机台参数，找出生产状况最佳者，“找出好的模范生，所有人
跟他学习，学完之后，就成为我们未来的标准，”黄裕峰说。
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