【康沃真空網(wǎng)】半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是在美國(guó)發(fā)明和發(fā)展的，但現(xiàn)在大多數(shù)最高性能的芯片都是由臺(tái)積電（TSMC）生產(chǎn)的，僅從他人設(shè)計(jì)的設(shè)備的芯片制造中就獲得了超過700億美元的年收入。
此類設(shè)備是所有高性能電子系統(tǒng)的關(guān)鍵推動(dòng)者。面對(duì)國(guó)防系統(tǒng)問題，美國(guó)政府將提供500億美元資助國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的新芯片生產(chǎn)工廠。這個(gè)想法是為了重振美國(guó)的高性能芯片生產(chǎn)。
根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，我（指代本文作者，下同）認(rèn)為高端芯片制造是世界上最具挑戰(zhàn)性的。建造這樣的工廠需要花費(fèi)數(shù)十億美元，但這僅僅是開始：無(wú)法購(gòu)買操作這些工廠的合格員工——他們需要在生產(chǎn)環(huán)境中接受培訓(xùn)和發(fā)展。
如果沒有大量增加能夠操作此類工廠的先進(jìn)技術(shù)人員的數(shù)量，這樣的計(jì)劃就不會(huì)成功。
臺(tái)積電備受贊譽(yù)的美國(guó)工廠將由美國(guó)政府補(bǔ)貼興建，但一再推遲——這種情況在臺(tái)灣不會(huì)發(fā)生。臺(tái)積電1月19日表示，計(jì)劃于2026年開業(yè)的工廠要到2027年或2028年才能投入運(yùn)營(yíng)。另一家工廠的開業(yè)則從計(jì)劃2024年開業(yè)推遲到2025年。該公司將其歸咎于技術(shù)工人的短缺。
我自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直參與芯片工廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)。他們需要經(jīng)過數(shù)年而不是數(shù)月培訓(xùn)的獨(dú)特合格人員。建造此類工廠的設(shè)備是商業(yè)化的，并且極其復(fù)雜和自動(dòng)化。
但制造的關(guān)鍵推動(dòng)者是操作它的人。開發(fā)此類專業(yè)知識(shí)需要數(shù)年時(shí)間，這在美國(guó)很少見，因?yàn)榇祟愔圃齑蟛糠洲D(zhuǎn)移到海外，使英特爾成為國(guó)內(nèi)唯一的高端芯片制造商。
美國(guó)在最高性能芯片的設(shè)計(jì)方面仍然處于領(lǐng)先地位，英偉達(dá)最近在人工智能芯片（由臺(tái)積電生產(chǎn)）方面取得的成功就是一個(gè)跡象。
除英特爾外，美國(guó)工業(yè)界很樂意將最復(fù)雜的集成電路的生產(chǎn)外包給臺(tái)積電，事實(shí)證明，臺(tái)積電是一家可靠的領(lǐng)先生產(chǎn)公司。
逐漸地，臺(tái)積電獲得了生產(chǎn)全球公司設(shè)計(jì)的最佳尖端設(shè)備的設(shè)施和技術(shù)。如今，它已成為利潤(rùn)豐厚的大批量芯片制造技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。規(guī)模帶來(lái)了市場(chǎng)地位和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，公司利潤(rùn)豐厚。任何潛在的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都需要克服許多障礙，其中最大的障礙是管理和員工的專業(yè)知識(shí)。
制造商面臨的挑戰(zhàn)
高端芯片制造如此具有挑戰(zhàn)性有兩個(gè)因素。首先是晶體管核心器件的尺寸不斷縮小，目前已處于低納米范圍（接近原子間尺寸），其次是需要管理生產(chǎn)過程，其中不同的非常薄的化學(xué)材料沉積在12英寸直徑上（305毫米）硅底座。
通常，必須使用各種技術(shù)沉積和圖案化100多個(gè)此類薄膜，并且必須針對(duì)不同的器件結(jié)構(gòu)控制具體配置。在這些三維結(jié)構(gòu)內(nèi)是需要為電路互連創(chuàng)建的圖案。
因此，您的生產(chǎn)過程需要薄材料技術(shù)和近原子尺寸的精確圖案。成品芯片每平方英寸表面可能有數(shù)十億個(gè)互連的晶體管。
控制這樣的生產(chǎn)過程可以說(shuō)是世界上最困難的制造問題。不同的產(chǎn)品需要不同的生產(chǎn)步驟，從開始到結(jié)束的步驟數(shù)以千計(jì)。生產(chǎn)過程中不能出現(xiàn)任何錯(cuò)誤，因?yàn)殄e(cuò)誤會(huì)影響設(shè)備的性能。
你可以想象進(jìn)入這樣一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的制作行業(yè)的難度。難怪臺(tái)積電在經(jīng)濟(jì)上做得如此出色，芯片設(shè)計(jì)公司選擇避免擁有此類生產(chǎn)工廠。
現(xiàn)在，美國(guó)政府為進(jìn)入這一生產(chǎn)行業(yè)的企業(yè)提供財(cái)政支持。只有最堅(jiān)強(qiáng)的人才會(huì)做出承諾，但人員配置將是最大的挑戰(zhàn)。
運(yùn)營(yíng)如此復(fù)雜的芯片工廠需要具有高水平技術(shù)技能的人員。最重要的是，它需要人們?cè)谏a(chǎn)過程中受過良好的化學(xué)、機(jī)械和電子技術(shù)教育。
在臺(tái)積電這樣的公司中，生產(chǎn)技術(shù)人員是最終的決策者，因?yàn)樗麄冏盍私夤に嚵悸屎推骷阅苤g的權(quán)衡。正是這種有效的決策過程反映在公司的生產(chǎn)績(jī)效和成本上。
有沒有辦法達(dá)到美國(guó)政府的目標(biāo)呢？只有對(duì)正確的教育計(jì)劃進(jìn)行認(rèn)真投資，可能通過國(guó)家資助的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的社區(qū)大學(xué)培訓(xùn)。
這不是一個(gè)短期的努力。我相信，對(duì)最現(xiàn)代制造業(yè)的培訓(xùn)總體上將有利于美國(guó)經(jīng)濟(jì)，并扭轉(zhuǎn)國(guó)內(nèi)高科技產(chǎn)業(yè)持續(xù)下滑的局面。
需要資本和訓(xùn)練有素的勞動(dòng)力的結(jié)合。如果沒有更多正確的職業(yè)教育，美國(guó)納稅人的錢就會(huì)被浪費(fèi)。
