張起燕

成立背景

芯片（臺灣俗稱晶片），是最常用的半導(dǎo)體集成電路制造材料?，F(xiàn)代電子信息技術(shù)，尤其是計算機(jī)、通訊和各式消費(fèi)性電子產(chǎn)品發(fā)展的驅(qū)動力，均來自于半導(dǎo)體元器件的技術(shù)突破。每一代更高性能的集成電路芯片問世，都會驅(qū)動其他信息技術(shù)向前躍進(jìn)。建立在小小一片芯片之上的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，其戰(zhàn)略地位可與大工業(yè)時代鋼鐵工業(yè)的地位等同，被稱作信息時代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和制高點。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)始自20世紀(jì)50年代，此后技術(shù)飛速更新，在全球蓬勃發(fā)展。1986年以前，全球1C業(yè)的發(fā)展重鎮(zhèn)幾乎全部集中于美國。自1987年以后，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重心逐漸轉(zhuǎn)移至日本、韓國和中國臺灣地區(qū)，從而間接地帶動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。

臺灣的芯片產(chǎn)業(yè)起始于上世紀(jì)70年代。當(dāng)時臺灣正處在社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，島內(nèi)資源匱乏，科技 基礎(chǔ)薄弱，民間企業(yè)難以從事自主技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級。時任經(jīng)濟(jì)主管部門負(fù)責(zé)人的孫運(yùn)璇通過對國際科技發(fā)展趨勢的考察了解，認(rèn)為發(fā)展電子產(chǎn)業(yè)對實現(xiàn)臺灣工業(yè)現(xiàn)代化能起到重要作用。1973年，他積極推動成立臺灣工研院及電子工業(yè)研究所，并親自擔(dān)任負(fù)責(zé)人，指導(dǎo)其開展對集成電路芯片制造工藝的研發(fā)工作。

最初，臺灣通過與美國企業(yè)進(jìn)行合作，投巨資引進(jìn)集成電路制造技術(shù)，在電子研究所內(nèi)設(shè)立示范工廠并開始試制集成電路，同時派出大批工程師去海外培訓(xùn) 學(xué)習(xí)，終于在1977年制造出了最簡單的芯片樣品，由此奠定了臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，同時也為社會培養(yǎng)出 許多科技人才。

1980年，臺當(dāng)局建成新竹科學(xué)園區(qū)，投入大量資金用于園區(qū)公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，頒布一系列優(yōu)惠政策，采取工研院、大學(xué)和私人高技術(shù)公司“三角合作”的發(fā)展模式，并為新成立企業(yè)提供創(chuàng)業(yè)投資基金，后來又建立了風(fēng)險基金，吸引民間企業(yè)來園區(qū)投資設(shè)立高科技企業(yè)。

當(dāng)時國際上半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)和工藝已基本成型，產(chǎn)業(yè)內(nèi)部分工協(xié)作和專業(yè)化逐漸形成，同時由于個人電腦等下游產(chǎn)品帶來的產(chǎn)能擴(kuò)張，使整個產(chǎn)業(yè)的規(guī)模逐步擴(kuò)大。在美日推行全球“縱向分工”戰(zhàn)略下，不少國際大型半導(dǎo)體制造企業(yè)優(yōu)先發(fā)展利潤豐厚的集成電路組件，同時為了減少投資、降低生產(chǎn)力剩余的風(fēng)險，而將上游制造技術(shù)與工藝基本成熟、利潤不高的芯片生產(chǎn)、集成電路設(shè)計、測試和芯片封裝等工序分拆出來進(jìn)行外包加工，導(dǎo)致這一時期臺灣出現(xiàn)了一波半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)熱潮，許多民間企業(yè)紛紛涉足該領(lǐng)域，出現(xiàn)一大批如聯(lián)電、臺積電、華邦電子、茂德科技、力晶半導(dǎo)體、世界先進(jìn)積體電路等半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)，并形成從上游晶圓制造，到下游電路測試和芯片封裝等整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。至20世紀(jì)90年代，臺灣開始在國際IC市場上占有一席之地，相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展到數(shù)百家，幾乎每年產(chǎn)值都維持在兩位數(shù)以上的成長。

不過，這些島內(nèi)企業(yè)的一個普遍特點是都缺乏自己的專利技術(shù)。由于臺灣半導(dǎo)體企業(yè)大多規(guī)模較小，自身無力承擔(dān)在半導(dǎo)體科技研發(fā)，特別是芯片設(shè)計方面的技術(shù)研發(fā)成本，只好通過與外國企業(yè)合作的方式，每年花費(fèi)巨資購買技術(shù)專利，或者完全淪為外國企業(yè)代工生產(chǎn)，導(dǎo)致許多臺灣廠商都背負(fù)著沉重的知識產(chǎn)權(quán)使用費(fèi)包袱，同時面臨越來越多的國際知識產(chǎn)權(quán)糾紛訴訟。

為徹底扭轉(zhuǎn)這種局面，臺灣行政部門1992年5月決定設(shè)立“國家晶片設(shè)計制作中心”，1993年1月正式成立，地點位于新竹科學(xué)工業(yè)園區(qū)展業(yè)一路，緊鄰“太空計劃室”廠房大樓，由科技主管部門負(fù)責(zé)提供經(jīng)費(fèi)支持和日常管理。1997年7月，更名為“國家晶片系統(tǒng)設(shè)計中心”（以下簡稱臺灣晶片系統(tǒng)設(shè)計中心），其任務(wù)為運(yùn)用官方力量，培育集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計人才，提升集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，強(qiáng)化臺灣集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計能力。

該中心的主要具體工作是協(xié)助島內(nèi)企業(yè)建立集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境，提供各界集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計雛型品的實驗與測試服務(wù)，推動集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)學(xué)研合作研究，并將學(xué)術(shù)界的研究成果推廣至產(chǎn)業(yè)界，推動島內(nèi)外集成電路芯片及系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)技術(shù)的合作與交流。

到2000年，該中心有研究人員35人，平均每年獲得臺灣科技主管部門經(jīng)費(fèi)投入新臺幣2.29億元，主要開展芯片及系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)及服務(wù)，針對不同的設(shè)計需求，分別研發(fā)相關(guān)技術(shù)，并整合成完整的芯片及系統(tǒng)設(shè)計研究環(huán)境，同時，協(xié)調(diào)軟件廠商，將相關(guān)設(shè)計軟件以免費(fèi)或優(yōu)惠價格提供給島內(nèi)學(xué)術(shù)界使用。此外，還協(xié)助臺積電、聯(lián)電、茂硅、漢磊公司進(jìn)行0.35微米CMOS芯片制程研發(fā)、原型品制作及測試服務(wù)，培訓(xùn)芯片及系統(tǒng)設(shè)計人才3000多人次。

2002年，該中心在臺灣南部科學(xué)工業(yè)園區(qū)成立南區(qū)辦公室，以發(fā)展與新竹科學(xué)園區(qū)相關(guān)的前瞻研究，建立高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展聚落。

實施“硅導(dǎo)計劃”

進(jìn)入新世紀(jì)后，臺當(dāng)局開始推行名為“兩兆雙星”的扶植重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃，提出建設(shè)“綠色硅島”的目標(biāo)，積極提升產(chǎn)業(yè)競爭力，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，希望將臺灣高科技產(chǎn)業(yè)推升至一個新的高度。

為解決長期以來臺灣在微電子領(lǐng)域基礎(chǔ)研究比較薄弱、原始創(chuàng)新能力不足的問題，臺當(dāng)局在2003年啟動由經(jīng)濟(jì)主管部門主導(dǎo)的“芯片系統(tǒng)國家型科技計劃”。該計劃通常也被稱為“硅導(dǎo)計劃”，即由臺灣經(jīng)濟(jì)主管部門組織實施的“國家硅半導(dǎo)體芯片研制計劃”的簡稱，其實它只是這項龐大計劃的一部分，另一部分為“硅半導(dǎo)體芯片基礎(chǔ)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃”，主要負(fù)責(zé)整體科技產(chǎn)業(yè)提升、人才培訓(xùn)及運(yùn)用，而“芯片系統(tǒng)國家型科技計劃”則負(fù)責(zé)培養(yǎng)技術(shù)和設(shè)計人才及新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)。

相對于臺積電、聯(lián)電等晶圓代工大廠的亮麗表現(xiàn)，臺灣的IC設(shè)計能力成了相對薄弱的一環(huán)。由于島內(nèi)IC設(shè)計廠商缺少芯片系統(tǒng)設(shè)計所需要的硅知識產(chǎn)權(quán)（Silicon IP）與相關(guān)設(shè)計軟件，同時缺少前瞻性整合實驗平臺以提升設(shè)計效率，只能設(shè)計出復(fù)雜度低的集成電路，設(shè)計速度也不及歐美，從概念提出到產(chǎn)品制造出來，需要與好幾家軟件、封裝、制造等企業(yè)個別接洽，耗費(fèi)資源和開發(fā)時程。

有鑒于此，不少島內(nèi)廠商對臺當(dāng)局推出“硅導(dǎo)計劃”可說企盼已久，因為建設(shè)這種前瞻性整合實驗平臺所需費(fèi)用相當(dāng)龐大，絕非一般廠商所能負(fù)擔(dān)得起，該計劃可以鼓勵研發(fā)經(jīng)費(fèi)薄弱的IC設(shè)計廠商一起投入產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。“硅導(dǎo)計劃”的召集人交大校長張俊彥說道：“臺灣既然可以是第二，當(dāng)然也可以再進(jìn)一步成為世界第一。此計劃如果推行成功，將成為臺灣第二次產(chǎn)業(yè)躍升的新契機(jī)，把臺灣從全球半導(dǎo)體制造中心提升為全球芯片系統(tǒng)設(shè)計與軟件中心?！?/p>

主要由臺灣晶片系統(tǒng)設(shè)計中心負(fù)責(zé)牽頭承擔(dān)的“芯片系統(tǒng)國家型科技計劃”在2002年4月底正式啟動，總共包含227項子計劃，選定三大芯片系統(tǒng)產(chǎn)品為主軸，據(jù)此發(fā)展所需要的硅知識產(chǎn)權(quán)與整合電子設(shè)計自動化軟件，建立臺灣自己的芯片實驗平臺，提供優(yōu)良的IC設(shè)計環(huán)境，培養(yǎng)芯片系統(tǒng)設(shè)計人員，希望以此開創(chuàng)整體產(chǎn)業(yè)的設(shè)計優(yōu)勢，并達(dá)到產(chǎn)業(yè)垂直整合的效果，提高自制率及自給率，打破每年支付龐大權(quán)利金給外國半導(dǎo)體壟斷企業(yè)的困局。

按照計劃，在三年時間里將投資76億元新臺幣經(jīng)費(fèi)，期望帶來1萬億元新臺幣的民間投資，目標(biāo)是根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求及技術(shù)發(fā)展趨勢，選定重點產(chǎn)品為主軸，據(jù)此發(fā)展所需要的硅知識產(chǎn)權(quán)與整合電子設(shè)計自動化軟件，建立實驗平臺，提供優(yōu)良的IC設(shè)計環(huán)境，開創(chuàng)整體產(chǎn)業(yè)的設(shè)計優(yōu)勢，并達(dá)到產(chǎn)業(yè)垂直整合的效果，至2005年芯片系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)到新臺幣1萬億元，至2010年時所有關(guān)聯(lián)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)如光、電、網(wǎng)、資及通等產(chǎn)品產(chǎn)值將可呈10倍成長，同時可造就電子、電機(jī)、電信、電控、化工、材料、物理、化學(xué)、機(jī)械、土木及生醫(yī)等20萬人就業(yè)機(jī)會。

該計劃的三大主軸是：根據(jù)產(chǎn)業(yè)的新需要，開發(fā)設(shè)計平臺服務(wù)產(chǎn)業(yè)，與全世界知名的電子設(shè)計自動化軟件企業(yè)如Synopsys、Cadence、Mentor、Avanti及Agilent等合作開發(fā)，建立臺灣自己的設(shè)計平臺，其次植入本地制造資料庫并完成試制驗證，供全球硅知識產(chǎn)權(quán)公司針對不同應(yīng)用，開發(fā)各種硅知識產(chǎn)權(quán)；建立全球知識產(chǎn)權(quán)中心（IP Mall），創(chuàng)建知識產(chǎn)權(quán)貿(mào)易服務(wù)產(chǎn)業(yè)；以臺灣設(shè)計平臺設(shè)計開發(fā)各種不同應(yīng)用的硅知識產(chǎn)權(quán)，并由島內(nèi)晶圓代工公司試制驗證；建立整體設(shè)計環(huán)境，積極籌建設(shè)計特區(qū)，建立技術(shù)推廣機(jī)制，使島內(nèi)及全球客戶可運(yùn)用臺灣設(shè)計平臺從事IC設(shè)計，使用臺灣硅知識產(chǎn)權(quán)完成IC設(shè)計，并行銷全球。

這些政策和措施確實有力地促進(jìn)了臺灣微電子產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，2004年島內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)總產(chǎn)值突破1萬億元新臺幣，全球排名第四位，成為島內(nèi)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。到2007年，臺灣整體IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（含設(shè)計、制造、封裝、測試）達(dá)到14，667億元新臺幣，其中IC設(shè)計業(yè)產(chǎn)值為3997億元新臺幣，制造業(yè)為7367億元新臺幣，IC封裝業(yè)為2280億元新臺幣，測試業(yè)為1023億元新臺幣。

從全球微電子制造行業(yè)來看，臺灣的晶圓代工市場占有率已達(dá)到70%以上，其中臺積電在全球晶圓代工市場的份額約占45%，第二大芯片代工企業(yè)聯(lián)電在全球的份額約占15%。在DRAM產(chǎn)品方面，臺灣的全球市場占有率為22.4%。臺灣IC封裝和測試業(yè)在全行業(yè)所占比重也均居世界第一位，其中日月光在全球微電子封裝業(yè)位居第一，硅品精密居第三。此外，臺灣IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)在全球市場占有率居第二位。7家IC設(shè)計公司（聯(lián)發(fā)科技、聯(lián)詠、威盛、凌陽、奇景、硅統(tǒng)及瑞昱）排名進(jìn)入全球前20大，這些公司的年營業(yè)額均超過100億元新臺幣。

到2007年底，包括臺積電、聯(lián)電、力晶半導(dǎo)體、茂德科技、華邦電子、南亞科技、華亞科技、世界先進(jìn)、瑞晶、臺塑勝高科技等廠商在內(nèi)，在臺灣島內(nèi)已建成17條12英寸晶圓生產(chǎn)線，另外還有6條正在建設(shè)中的12英寸生產(chǎn)線，規(guī)劃中有16條，臺灣成為世界上晶圓生產(chǎn)線密度最高的地區(qū)，具有全球微電子行業(yè)1/3以上的晶圓制造產(chǎn)能。

機(jī)構(gòu)改制，提高效能

2003年1月，臺灣晶片系統(tǒng)設(shè)計中心仿效工研院，改制為自負(fù)盈虧的“財團(tuán)法人”，就此脫離臺灣科技主管部門人員編制，改隸屬于“國研院”。

通過多年基礎(chǔ)建設(shè)，目前該中心可以提供19家世界知名公司的設(shè)計驗證軟件、89類設(shè)計軟件與元件庫、7種芯片與系統(tǒng)設(shè)計流程環(huán)境，以及多項硅知識產(chǎn)權(quán)（IP）資料庫，免費(fèi)提供學(xué)校申請使用，并分別針對前段設(shè)計、實體設(shè)計、快速雛形設(shè)計、系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計、嵌入式軟件設(shè)計等的設(shè)計需求，整合設(shè)計軟件、規(guī)劃并建立完整的芯片及系統(tǒng)設(shè)計流程與環(huán)境，藉以提升芯片及系統(tǒng)設(shè)計的效率，并且提供設(shè)計者在設(shè)計時所需的技術(shù)支持、培訓(xùn)課程、快速原形驗證環(huán)境與設(shè)計環(huán)境的維護(hù)等服務(wù)，包括設(shè)計資料庫的整合、設(shè)計環(huán)境技術(shù)資料檔的建立、設(shè)計軟件的使用流程規(guī)劃與管理、軟件安裝更新與使用咨詢、設(shè)計軟件與設(shè)計流程的培訓(xùn)、快速原形驗證設(shè)備的提供與技術(shù)支持、單芯片系統(tǒng)（SoC）的整合設(shè)計環(huán)境、軟硬件共同設(shè)計環(huán)境，以及提供設(shè)計范例等多項設(shè)計技術(shù)支持。

目前，該中心設(shè)有前瞻技術(shù)組、設(shè)計服務(wù)組、芯片制作組、技術(shù)推廣組，工作人員有110余人，包括70余名研究人員和20名技術(shù)人員，年收入4億多元新臺幣。該中心芯片測試實驗室擁有數(shù)字芯片、混合信號及射頻芯片測量系統(tǒng)、安捷倫（Agilent）93000測試系統(tǒng)，以及MEMS測試環(huán)境，提供電路板雕刻機(jī)、打線機(jī)等后段制作服務(wù)。正在陸續(xù)建立高頻參數(shù)測量、射頻模型萃取、功率及雜訊測量及通訊芯片測量等系統(tǒng)，以提供元件至系統(tǒng)芯片的驗證。

為培訓(xùn)芯片及系統(tǒng)設(shè)計人才，中心每年利用寒暑假期，對學(xué)術(shù)界分別開設(shè)針對各種不同設(shè)計方式的開發(fā)培訓(xùn)課程，截至2013年，累計培訓(xùn)學(xué)員數(shù)量達(dá)12萬人，僅2013年就開設(shè)46門培訓(xùn)課程，開設(shè)培訓(xùn)班200余次，培訓(xùn)學(xué)員達(dá)9620人次，設(shè)計軟件下載總次數(shù)25，125次，以及技術(shù)咨詢服務(wù)2771項。

2013年，該中心提供臺灣學(xué)術(shù)界14種制程芯片實作服務(wù)，含0.35微米、0.18微米、90納米CMOS主流制程，BiCMOS、pHEMT 特殊應(yīng)用制程，以及可運(yùn)用于異質(zhì)系統(tǒng)整合的MEMS、BioMEMS、IPD及高壓等制程，協(xié)助島內(nèi)學(xué)術(shù)界完成晶片設(shè)計1800項。

該中心在新竹與臺南兩地實驗室以技術(shù)純熟的人員配合自動化操作儀器，提供產(chǎn)學(xué)研界優(yōu)質(zhì)芯片系統(tǒng)測量服務(wù)，包括最高達(dá)到67GHz的寬頻信號測量、高速時域信號源參數(shù)測量、高頻大信號與小信號元件電路參數(shù)測量、高端模擬及混合信號測量等，2013年共完成芯片電路與系統(tǒng)測量服務(wù)950多次。

另外，該中心還開發(fā)完成領(lǐng)先世界的智慧感測單芯片技術(shù)，成功將可感測振動的微機(jī)械結(jié)構(gòu)整合于CMOS集成電路芯片中，此技術(shù)擁有低成本及微小化等優(yōu)勢，可協(xié)助企業(yè)開發(fā)傳感器芯片關(guān)鍵性零組件。