從半導體看世界

四十年半導體，五百年歷史興衰

自從1970年代進入半導體這個領域以來，已經匆匆過去四十年了。在這四十年裡面，半導體晶片從我接觸過的1寸晶圓，變成了現在的12寸；元件尺寸從當時的幾個微米，變成現在難以想像的奈米，縮小了好幾百倍；台灣的產業環境從當時根本不能做任何半導體器件，到現在變成世界上最大的晶圓生產地。而環顧我們的四周，從當時還是處於強人政治之下、海峽隨時可能爆發戰火，到現在兩岸直航、自由行啟動；人民的生活從勉強可以溫飽，到現在與發達國家已經相去無幾。半導體科技與周圍的環境實在變化太多了，除了為我們的國家和同胞感到慶幸之外，由於半導體業在台灣社會的變遷中扮演了重要的角色，也讓我感到這中間蘊藏了許多不平凡的故事。

21世紀的船堅砲利

再度回國在清華大學任教後不久，我就一直在想著希望能為自己成長的地方寫一些與半導體有關的書籍，做為學子們的參考，於是先寫了一本教科書《固態電子學》。後來覺得應該為社會大眾介紹半導體，於是又寫了一本敘述半導體發展歷史的《半導體的故事》，其間也翻譯了一本國外學者所寫的半導體科普書籍《IC如何創新》。但是我總覺得還有一個更大的故事沒有說出來，那就是高科技產業與我們國家民族命運之間的故事。

我們這一代人生於患難，好不容易在比較平穩的環境中長大。我們學到的歷史告訴我們，中國就是在科技不發達的情況下，被外人的船堅砲利打到只能簽不平等條約，這個以血淚換來的教訓就是「落後是要挨打的」。國家的興衰要看經濟實力的強弱，而經濟實力的強弱要看科技力量的高下。以半導體為代表的高科技，就是今天21世紀的船堅砲利。

中國在歷史上曾經是全世界長期位居第一的經濟大國，甚至在鴉片戰爭的前夕，我們的經濟總量還占世界的三分之一左右。但是由於科技的落後導致了經濟不振和軍事落伍，科技的興衰因而左右了國家民族的命運。我一直希望能夠有機會，把以半導體為代表的高科技與世界經濟的發展、以及國家民族的命運聯繫起來，這就是《從半導體看世界》這本書的緣起。台灣在過去數十年中經濟的蓬勃發展，大陸在改革開放後三十多年的改頭換面，都是震盪人心的大事。而整個世界更處於經濟中心東移、五百年不遇的大轉變時刻。在這驚濤駭浪的經濟起伏中，半導體正扮演著關鍵性的角色。

半導體與世界

本書第一章首先介紹整個半導體業的大勢，包括半導體業的規模、半導體業的區分、半導體器件的種類等，也列出了全球最大的半導體公司。第二章介紹世界半導體業發展的歷史，從美國貝爾實驗室發明電晶體，到電晶體的原理、積體電路和微處理器的出現，以及半導體工藝的進步、半導體業可能的前景等。從第三章到第十章，我們分別介紹在世界半導體界有著一定地位的各國半導體業。美國是半導體業的創始國，中間雖然在1980年代經歷過日本的挑戰，但是在度過危機之後，現在又恢復成了世界半導體最為領先的國家，但是美國半導體業近年來有重設計而輕製造的趨勢。日本的半導體業在1980年代由於擅長製造DRAM，從1986年到1992年的營收超越美國而居世界第一位，但是自從1991年泡沫經濟破滅之後，一路走下坡，不過，日本半導體業目前仍然位居世界第二位，實力仍然不可小窺。

接著我們再介紹歐洲、韓國、台灣、大陸、俄羅斯和印度的半導體業。歐洲的半導體業雖然不如美、日，但是仍然有三家規模相當大的公司。韓國和台灣半導體業的成就遠遠超過了它們土地和人口的規模，為東亞經濟發展模式，做出了良好的示範。中國大陸在改革開放之後，也在半導體方面急起直追，力圖與世界接軌，龐大的半導體市場，現在已經超過世界的四成。如果能夠按照經濟規律辦事，將來前景可期。俄羅斯在蘇聯解體之後，一度在經濟上陷入深淵，新世紀開始以後，託油價高升之賜，國庫比較充裕，在半導體業上重新整理出發，也有強烈的企圖心。印度是除了中國以外的世界第二人口大國，近年來的經濟成長率也頗為可觀，但是目前只有半導體設計業，還沒有製造業。我們在討論各國半導體業的時候，盡量介紹扮演著關鍵性角色的人物，因為事情是人做出來的，這些半導體大公司的創辦人，他們的個人特色和行事風格常常也影響到公司的發展。 由於晶圓廠的造價愈來愈高，從1980年代中期以後，世界半導體業的設計與製造逐漸有分工的趨勢。我們因而在第十一章和第十二章介紹晶片設計和晶圓代工的公司。台灣在晶片設計方面，居世界第二位，僅次於美國，而在晶圓代工方面，台灣更有著特殊的地位，因為台積電和聯電是世界上排名第一和第二的晶圓代工公司。另外，在半導體業中也有一些比較特殊的次行業，雖然不屬於半導體業的主流，卻也有它獨特的重要性。我們在第十三章特立一章，介紹半導體設備廠商，因為製做半導體要依靠專門的設備，而能否掌握這些設備的來源，就成了半導體供應鏈中的重要關節，這便是半導體設備廠商重要性之所在。這從冷戰中，西方國家設立專門機構來控制半導體設備的出口就可以看出來。第十四章則是介紹半導體光電產業。與其他半導體器件不同，半導體光電產業往往使用化合物半導體材料，因此有它特殊的需求與應用。

八大國的經濟實力

半導體是電子業的核心，也是資訊業的基礎，帶動了整個現代經濟的發展，也與國防工業有著絕對的關連性。現在我們視為不可或缺的電腦、手機等電子用品，當中最為核心的部分就是半導體器件，半導體因而與現代國家的經濟發展有著密不可分的關係。我們接著在本書中，討論影響世局發展最為關鍵的八大國經濟狀況，這八大國是美國、中國大陸、日本、德國、法國、英國、俄羅斯和印度。我們在第十五章到第十八章，分別討論半導體與經濟發展的關係、大國經濟的歷史、大國經濟的現況、和大國經濟在未來的可能發展。我們在觀察世局演變的時候，表面上看到的是政治與軍事上的縱橫捭闔，但是實際上扮演最後決定性角色的，卻是經濟實力。這部分的討論，進一步印證了我們前面所說的，以半導體為代表的高科技就是今天21世紀國家實力的指標，也跟我們國家民族的命運息息相關。

在討論過半導體產業和大國經濟之後，我們在最後的第十九章「結語──矽時代的應變之道」中，探討在矽時代當中，為了半導體產業在世界上的競爭，也為了國家的興盛，應該要怎麼樣做才能讓我們這個有著悠久歷史的民族，在21世紀不但能夠做到大國崛起，還要能夠贏得世人真正的尊敬。
本書盡量以量化的敘述來討論半導體產業和各國的經濟，希望能得到比較客觀而公正的論斷。在半導體的製作過程中也許只看得見數理化的符號，但是這中間其實蘊涵著無數動人心弦的故事。在本書中，我們希望把半導體業的發展，與世界主要大國的經濟，以及未來世界的發展聯繫起來，希望這樣的探討還能對有興趣的讀者有所幫助。

誌謝

在本書撰寫的過程中，筆者曾經於2010年10月16日在國立台灣科學教育館作過一次公開的演講，題目就是「從半導體看世界」，演講的內容基本上就是本書的縮影。對於元智大學彭宗平校長的引介和科教館的邀請，在此表示衷心的感謝。工研院產業經濟與趨勢研究中心的楊瑞臨經理，資策會產業情報研究所的潘建光先生都為本書提供了許多極具價值的資料，筆者在此向他們表示誠摯的謝意。我也要感謝天下遠見出版公司副總編輯林榮崧先生，慷慨的答應出版本書，以及王季蘭小姐和林文珠小姐兩位編輯的辛勤工作，為本書提供了許多寶貴的意見。
最後，筆者要藉此機會，對於內子多年來的鼓勵、家人的熱心支持，表示最深的感謝。

李雅明
中華民國101年9月3日

摘自《從半導體看世界》自序

1943年生，國立台灣大學物理系學士，美國馬里蘭大學固態物理學博士。曾先後任新竹清華大學物理系、材料科學系副教授，美國休斯研究所（Hughes Research Laboratories）計畫經理，美國凱斯西方儲備大學（Case Western Reserve University）電機與應用物理系正教授，清華大學電機系正教授等。曾擔任清華大學電子工程研究所所長，現為清大榮譽教授。
除科技專業論文外，著有以海外保釣運動為背景的長篇小說《惑》、《固態電子學》、《半導體的故事》、《我看基督教：一個知識份子的省思》、《科學與宗教：400年來的衝突、挑戰和展望》（入圍第33屆金鼎獎最佳著作人獎）、《出埃及：歷史還是神話？》，並主編《管惟炎口述歷史回憶錄》，以及翻譯《IC如何創新》。