當(dāng)全球各大制造強(qiáng)權(quán)都在積極搶進(jìn)先進(jìn)制造，但你知道嗎，一家「地表最接近工業(yè)4.0的企業(yè)」就在你我身邊。

它是臺(tái)積電，公認(rèn)在生產(chǎn)技術(shù)最先進(jìn)和復(fù)雜的晶圓制造行業(yè)。自從2018年量產(chǎn)七納米制程后，臺(tái)積電已成為全球半導(dǎo)體制造技術(shù)少數(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。其中的關(guān)鍵，正是什少對(duì)外公開(kāi)談?wù)摰南冗M(jìn)制造能力。

為了讓***制造業(yè)理解智能化的威力，更要為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)數(shù)位轉(zhuǎn)型動(dòng)能，《天下》獨(dú)家走訪臺(tái)積電，一窺全球?qū)I(yè)晶圓代工霸主的制造智能化之路。

首次公布「智造」秘辛，

19年前，就已達(dá)全自動(dòng)等級(jí)

「從成立第一天我們就在談制造卓越，這是我們要突顯的價(jià)值，」臺(tái)積電晶圓廠營(yíng)運(yùn)資深副總經(jīng)理王建光說(shuō)。

王建光在臺(tái)積電是掌管所有晶圓廠制造的「總廠長(zhǎng)」角色，也是智能化生產(chǎn)的最高主管。首次對(duì)媒體分享臺(tái)積電「智造」奧義，講起話來(lái)溫文儒雅的他，不僅顛覆一般生產(chǎn)線主管常見(jiàn)的疾言厲色印象，也很有資格話說(shuō)從頭。

首度接受媒體專(zhuān)訪的臺(tái)積電晶圓廠營(yíng)運(yùn)資深副總經(jīng)理王建光，是臺(tái)積電智能制造的靈魂人物。（邱劍英攝）

員工編號(hào)30號(hào)的王建光，在臺(tái)積電成立之初就加入，一路參與臺(tái)積電對(duì)制造卓越的追求。他細(xì)數(shù)，自90年代，八吋晶圓廠導(dǎo)入電腦化，臺(tái)積電就開(kāi)始在制造管理上建立門(mén)檻。

到了2000年開(kāi)始自動(dòng)化，當(dāng)年建立全新的十二吋超大晶圓廠，自動(dòng)化程度已是全球同業(yè)先驅(qū)，包括派工、運(yùn)送系統(tǒng)到設(shè)備自動(dòng)化，都已是全自動(dòng)化的等級(jí)。

時(shí)至今日更不得了，晶圓廠的工作環(huán)境早已顛覆外界認(rèn)知。走一趟臺(tái)積電位于中科的十二吋晶圓廠，來(lái)到一間名為MCC（生產(chǎn)指揮中心）的辦公室，免更換無(wú)塵衣，也不用經(jīng)過(guò)空氣浴塵室，穿著輕松的工程師或技術(shù)員，成排坐在辦公桌前專(zhuān)注盯著電腦螢?zāi)簧系臄?shù)值，前方大片落地窗外，還可一覽藍(lán)天白云下的大肚山景致。

臺(tái)積電已顛覆外界對(duì)晶圓制造的印象，工程師和技術(shù)員只要在生產(chǎn)指揮中心，就能夠讓制造過(guò)程智能地運(yùn)行。（臺(tái)積電提供）

年前率先智能化，

將AI、機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)入晶圓制造

直到今天，臺(tái)積電自動(dòng)化程度仍在精進(jìn)?！该恳慌?，都知道它下一站要去哪里；每一個(gè)機(jī)臺(tái)，都知道下一批貨要來(lái)的是什么。整個(gè)流程運(yùn)作順暢以外，重點(diǎn)是必須緊湊，」王建光描述。

他舉例，多數(shù)人去做健康檢查時(shí)，花最多時(shí)間是每一站之間的等待，這很不符合效率。他解釋?zhuān)A制程主要有三種狀態(tài)，分別是等待（Queue time）、暫停（Hold time），和運(yùn)行（Run time），雖然這幾年已把前兩者縮到極小化，但他用堅(jiān)定口吻強(qiáng)調(diào)，往更極致努力將永不停止。

隨著全自動(dòng)化的精進(jìn)，智能化登場(chǎng)。2011年，臺(tái)積電揭開(kāi)智能化晶圓廠的序幕，陸續(xù)導(dǎo)入大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)。

王建光解釋?zhuān)?a target="_blank">半導(dǎo)體制程是一門(mén)高度復(fù)雜的工藝，有上千個(gè)制程步驟，每道制程都必須精準(zhǔn)控制，每個(gè)工廠都有數(shù)千臺(tái)機(jī)臺(tái)，每個(gè)機(jī)臺(tái)一天可收集數(shù)百萬(wàn)到數(shù)千萬(wàn)筆數(shù)據(jù)。

他說(shuō)，這些資料是晶圓制造過(guò)程中的所有細(xì)節(jié)，一定得充分收集、掌握，才有機(jī)會(huì)優(yōu)化制程參數(shù)，成為提升良率的基礎(chǔ)。

清華大學(xué)工業(yè)工程與工程管理學(xué)系講座教授簡(jiǎn)禎富也指出，臺(tái)積電的每一片晶圓都有百萬(wàn)個(gè)感測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、每座晶圓廠都有成千上萬(wàn)臺(tái)機(jī)臺(tái)設(shè)備，但對(duì)應(yīng)的制程工程師，卻可能只有不到一千位，要分析如此海量的資料，已遠(yuǎn)超人力所及。

簡(jiǎn)禎富接著說(shuō)，一般商用統(tǒng)計(jì)軟體，雖然已經(jīng)可以支援大數(shù)據(jù)分析，但是每個(gè)行業(yè)都有各自的專(zhuān)業(yè)需求和特性，因此，像臺(tái)積電這種產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊，就會(huì)發(fā)展符合自己所需的分析工具。

這時(shí)，臺(tái)積電的1000位IT，以及300位AI、機(jī)器學(xué)習(xí)工程師登場(chǎng)。王建光透露，過(guò)去幾年來(lái)，臺(tái)積電已經(jīng)開(kāi)發(fā)出智能診斷引擎、先進(jìn)數(shù)據(jù)分析等平臺(tái)，進(jìn)而發(fā)展出一套獨(dú)門(mén)的制程精確控制系統(tǒng)。

這套將大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用在晶圓制程的學(xué)問(wèn)，堪稱(chēng)臺(tái)積電近年持續(xù)拉開(kāi)全球競(jìng)爭(zhēng)者距離的究極奧義。

獨(dú)門(mén)一：降低生產(chǎn)周期，交期所向無(wú)敵，代工廠最強(qiáng)

它到底有多厲害？前董事長(zhǎng)張忠謀口中在這行業(yè)很重要的數(shù)字── 生產(chǎn)周期（cycle time），就能因此降低。

要理解「生產(chǎn)周期」，得先對(duì)芯片制程有大致的概念。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，臺(tái)積電的工作，就是把客戶(hù)（IC設(shè)計(jì)公司）委托的電路圖做進(jìn)一顆指甲一樣大小的芯片里，因此，除了電路線寬已做到細(xì)如頭發(fā)直徑的萬(wàn)分之一，還得像建造高樓般，一層一層反覆進(jìn)行曝光、顯影、植入離子、蝕刻等制程，才有辦法將超過(guò)十億個(gè)電晶體的電路圖「塞」在一顆芯片內(nèi)。而生產(chǎn)周期，就是建造每一層（layer）的時(shí)間。

隨著消費(fèi)性電子迭代益趨緊湊，一家IC設(shè)計(jì)公司的高階主管直言，相較良率、價(jià)格，「交期，是我們現(xiàn)在最看重的，而臺(tái)積電確實(shí)是所有代工廠最強(qiáng)的?！?/p>

臺(tái)積電的交期所向披靡，關(guān)鍵之一就是生產(chǎn)周期競(jìng)爭(zhēng)力。王建光透露，從臺(tái)積電推動(dòng)智能制造并應(yīng)用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)后，生產(chǎn)周期精進(jìn)，至今最少進(jìn)步50%。

因?yàn)閺耐瑯I(yè)到客戶(hù)都想要對(duì)此一窺堂奧，也讓王建光對(duì)各制程的詳細(xì)數(shù)字與細(xì)節(jié)，更加三緘其口。但早在2017年，臺(tái)積電的***技術(shù)論壇上，時(shí)任臺(tái)積電共同執(zhí)行長(zhǎng)魏哲家在主題演講時(shí)就提及，把大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用在制程管理上，「都是為了降低我們的生產(chǎn)周期?！?/p>

當(dāng)時(shí)，魏哲家透露，在約15年前的180納米時(shí)代，一顆芯片內(nèi)部約25層，生產(chǎn)一層約花兩天。而現(xiàn)在，以十納米手機(jī)芯片為例，內(nèi)部已達(dá)80層，如果一層生產(chǎn)周期還是兩天，代表一個(gè)產(chǎn)品要將近半年才做得出來(lái)，「沒(méi)有人肯等你的，」魏哲家說(shuō)。

臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音（左）與副董事長(zhǎng)暨總裁魏哲家（右）接班后，仍持續(xù)加大智能制造力度。（劉國(guó)泰攝）

獨(dú)門(mén)二：工廠一致性，不但可精確制造，還能優(yōu)化

走入智能晶圓廠時(shí)代的臺(tái)積電，還有另一項(xiàng)獨(dú)門(mén)絕活不能不提，那就是「工廠一致性」（fab matching）。

簡(jiǎn)禎富在新書(shū)《工業(yè)3.5》提到，透過(guò)機(jī)臺(tái)參數(shù)與感測(cè)器的數(shù)據(jù)分析，除了可以即時(shí)推測(cè)每一個(gè)加工產(chǎn)品的好壞，設(shè)備也具有自我檢測(cè)、制程參數(shù)智能調(diào)校、自動(dòng)復(fù)原與改善控制等能力，并借著不斷診斷、不斷反饋、不斷學(xué)習(xí)進(jìn)化的「動(dòng)態(tài)優(yōu)化滾動(dòng)」，變得愈來(lái)愈智能。

更厲害的是，過(guò)程中能確保沒(méi)有人「掉隊(duì)」。

一顆新芯片要量產(chǎn)，通常會(huì)先經(jīng)研發(fā)試產(chǎn)，待制程參數(shù)等諸多生產(chǎn)因子調(diào)到最佳化后，才外放到各晶圓廠大量生產(chǎn)。王建光透露，目前在全球擁有13座晶圓廠的臺(tái)積電，也多半由母廠負(fù)責(zé)試產(chǎn)穩(wěn)定后，再到各廠投片量產(chǎn)。

對(duì)芯片制造者來(lái)說(shuō)，很大的考驗(yàn)就是如何把試產(chǎn)時(shí)的表現(xiàn)，精準(zhǔn)移植到量產(chǎn)。過(guò)往最知名的就是英特爾的「精確復(fù)制」（Copy Exactly）模式，亦即英特爾在全球每座晶圓廠的每條生產(chǎn)線，不僅都采用相同的生產(chǎn)設(shè)備，連廠內(nèi)管路配置、尺寸、長(zhǎng)度，甚至幾個(gè)彎角都要一模一樣，以此確保從研發(fā)產(chǎn)線到量產(chǎn)能表現(xiàn)一致外，也可預(yù)防同樣的問(wèn)題重覆發(fā)生。

王建光說(shuō)，在臺(tái)積電，不斷優(yōu)化是家常便飯。光這項(xiàng)能力，就讓臺(tái)積電建立一道同業(yè)難以跨越的成本門(mén)檻。（邱劍英攝）

類(lèi)似模式在臺(tái)積電稱(chēng)為工廠一致性，卻因?yàn)閷?dǎo)入智能化而多了同業(yè)難以仿效的彈性。

王建光解釋?zhuān)S一致性不僅讓同樣的制程，移轉(zhuǎn)到各廠仍百分之百相同，若生產(chǎn)過(guò)程中滾動(dòng)出更好的制程參數(shù)、更好的良率表現(xiàn)，甚至后來(lái)導(dǎo)入更有成本效益的機(jī)臺(tái)時(shí)，其他廠也會(huì)跟著對(duì)準(zhǔn)（alignment）。

「一般進(jìn)入量產(chǎn)后就不敢再動(dòng)了，」王建光笑道，但在臺(tái)積電，不斷優(yōu)化卻是家常便飯。他沒(méi)說(shuō)出口的是，光這項(xiàng)能力，就讓臺(tái)積電建立一道同業(yè)難以跨越的成本門(mén)檻。

秉持制造卓越的初心，一路成就全球制造業(yè)典范的臺(tái)積電，接下來(lái)還能演繹多強(qiáng)大的「智造」本事，全世界都在看。