在 2024 年 9 月舉行的 GSA 美國高階主管論壇上，一場專題討論會匯聚了三星半導體執行副總裁馬可·基薩里（Marco Chisari）、SAP 高科技業務全球副總裁傑夫·豪威爾（Jeff Howell），以及 PDF Solutions 執行長約翰·基巴里安（John Kibarian）。
此次討論的目的是針對三個議題，比較並對照全球最大半導體公司之一、某家提供最廣泛使用的企業應用解決方案的公司，以及領先的製造分析服務供應商的觀點。
- 面對摩爾定律放緩，業界是如何應對的？
- 這對半導體供應鏈的營運及商業模式會產生什麼影響？
- 鑒於各國政府希望供應鏈去集中化，我們該如何克服由此帶來的挑戰？
受人工智慧、雲端運算及經濟電氣化驅動，對先進運算技術的需求十分強勁。然而，摩爾定律的步伐正在放緩，僅靠提高電晶體密度已無法進一步提升運算能力。下圖中的數據突顯了若干值得關注的轉變與轉型契機。隨著 FinFET、環繞柵極（GAA）及背面接合技術等創新的持續發展，業界正不斷探索新的規模化途徑。
圖 #1：在 7 奈米、5 奈米和 3 奈米製程中，光刻技術的縮放比例延續了傳統的 30% 變動趨勢。在未來 12 年內，這一比例可能會超過 30%。
來源：IMEC
多年來，每顆電晶體的成本持續下降。隨後卻有說法指出，這種下降趨勢不僅已停止，甚至開始上升。PDF Solutions 的獨家分析顯示，這項說法可能缺乏數據支撐。下圖預測，電晶體成本不會再下降，甚至可能會略微上升。這正改變著產業的運作模式，並推動半導體設計朝新方向發展，探索 3D 結構、小晶片（chiplets）以及複雜的混合封裝技術。
圖 #2 圖說：對電晶體成本的分析證實，電晶體的成本並未發生變化。
來源：PDF Solutions
對奇薩里而言，從製造角度來看，業界目前首要之務，就是轉向下一代電晶體架構，即「環繞柵極（gate-all-around）」架構。 「我認為這將帶來一些非常有趣的新發展，並有助於維持效能的進步。這項轉型的最複雜之處在於其經濟層面的考量。功耗與效能將持續提升，但每顆電晶體的成本實際上已趨於平穩，甚至可能隨著設備成本的顯著上漲而實際增加。」
從成本的角度來看，業界將真正採取系統級的解決方案。而在系統層面上，首選方案當然是「小晶片」（chiplet），這也意味著必須考量連通性。因為歸根結底，我們試圖最小化的不僅是每個電晶體的成本，還包括每位元的成本以及位元傳輸的成本。 而每次位元傳輸的成本，不僅包含位元本身及晶片內電晶體的成本，更重要的是，還包含位元進出記憶體與運算單元所產生的成本。這正是所謂的「互連」，因此「我認為我們將從這個角度——也就是互連的角度——看到大量創新，起初是在電氣層面，但最終將發展到矽光子層面。」
現在來看看這個產業的組織架構……基巴里安提到，當他在半導體產業的早期起步時，所有流程都是為了最終測試而設計的，當時的良率很高，而最終測試和封裝程序也相當簡單。
如今的世界已變得更加複雜。隨著「晶片片（chiplets）」的出現，測試插點和元件數量隨之增加，且必須在供應鏈的上下游之間共享數據。「如今，複雜性已滲透到任何電子系統的每個層級，」基巴里安指出。「就連 iPhone 中的紅外線感測器，一個封裝內就包含 13 個元件，而這還只是相對簡單的系統。」
圖 #3：此圖示突顯了單一晶片封裝的供應鏈，相較於當今的 3D 混合封裝，其複雜性正日益增加。
來源：PDF Solutions
供應鏈面臨的挑戰日益增加，而要找到合適的應用程式組合來規劃與管控這些延伸流程，同樣也是一項挑戰。
霍威爾指出，工程師們正苦惱於這股趨勢將走向何方，他一直密切追蹤這項挑戰的演變。他將供應鏈比作自行車鏈條：它呈線性結構，且從左向右流動。 這種模式在傳統上採用倒置物料清單（BOM）的半導體產業中運作良好。然而，半導體供應鏈如今愈發呈現出沙漏狀的結構，包含兩種截然不同的供應鏈模式——設計與製造。像已有 60 年歷史的物料需求規劃（MRP）系統等傳統應用，即使加入了旨在優化供應鏈中物料流動的優化技術，仍如同黑箱一般，未必能妥善管理這種新興且複雜的供應鏈。
這促使軟體公司重新思考該如何應對「沙漏問題」。
在他看來，這將體現在三個領域。其中之一是人工智慧，將出現一波旨在利用生成式人工智慧的新工具，以協助闡明幕後運作的機制。第二個領域是企業網路互聯，將眾多跨企業連結起來，提供對延伸供應鏈動態的即時可視性。 「我們在德國看到複雜的商業網路正在成形，約有 200 家供應汽車產業的企業，透過 SAP 所支援的共同平台共享數據，」他表示。
「最後，我們需要將生產現場與高層管理部門串聯起來。目前有大量製造數據可供追蹤，包括批次位置、出貨時間、廢品率及良率等。我們有機會將部分製造數據與業務數據整合，藉此將生產現場的狀況與客戶承諾、營收及利潤率預測建立起連結。」
「因此，我認為我們正邁向一波新趨勢，這類新型工具既承襲了 MRP 的簡潔優勢，同時也融合了人工智慧、大規模數據以及優化創新所帶來的先進技術。」
據基巴里安（Kibarian）表示，製造環節是半導體產業數十年來都想忘卻的一環。「如今它已成為焦點，且至關重要——隨著摩爾定律放緩，我們在營運和商業模式層面設計系統的方式正發生改變，而我們必須在營運層面做出回應。」
與此同時，隨著半導體產業已成為各國政府的戰略要務，該產業正試圖將製造業務轉移至全球各地的新據點。 如今各國政府均認為半導體具有戰略重要性，並正提供補貼以在全球各地設立工廠。這既創造了機會，也帶來了挑戰；半導體產業向來擅長將產能集中於單一地點並實現規模經濟。如今的關鍵在於，如何在不集中產能的前提下，同時達成效率與規模。善用人工智慧是加速供應鏈整體學習進程與提升效率的最佳途徑之一。
總而言之，基巴里安指出：「作為一個產業，我們有機會重新審視現狀，並自問：如果我們能以不同的角度看待自身，如果我們能重新定義對製造業的看法，那麼將有巨大的發展機會，因為純粹的數據顯示，我們正在浪費世界上最昂貴的資產。 全球最昂貴的晶圓廠，其生產能創造營收的產品的時間，最多僅佔總時間的 60%。這是全球為數不多的幾個產業之一，儘管設備如此昂貴，生產力卻僅維持在這種水準。這為全球半導體產業帶來了實現獲利性成長的巨大契機。」