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Economist Dec 19th 2019

你身旁只傳來夜間的蟬叫，以及那台借來腳踏車吱吱作響的聲音，沿著高麗菜、甘蔗園，往西邊地平線那紅色霓虹燈的招牌騎去。到你抵達田園盡頭時，空氣過濾系統的嗡嗡聲，壓過了昆蟲的聲音。不鏽鋼圍欄的後方，五棟工廠矗立在一片漆黑中。流浪狗在停車場的車輛間漫步；設施旁的草叢灑水器運作著。高壓電線從電塔一路向下到變電所，帶來足夠的數百萬瓦電力，這樣的電力足夠一個小城鎮使用。

一些水分從水泥人行道上蒸發，在D2入口處形成了一些人造、彷彿雨水落在乾燥土壤上所產生的氣味。D2入口位於西北角，通往只建到一半的第六座工廠。建築工人離開這棟施工中的工廠，騎著摩托車駛向黑夜。但即使再半小時就是凌晨零點，工作也還未結束；重機具在停車場蓄勢待發。這棟建築物非常巨大；如果騎腳踏車繞一圈可能要花差不多十分鐘，走路可能要花一個小時。但這些都不太可能，因為在你試圖接近前，保全就會從小屋跳出來阻止。一些人衝出來揮手示意禁止，另一些人則僅用尖銳的視線盯著你。

除非你是在半導體或周邊產業，工廠頂端的TSMC四個英文單字，跟全世界其他最有價值的前三十大企業比起來，對你來說可能不代表甚麼。但蘋果(過去六個月中排名第二，市值一兆美金)、阿里巴巴(排名第七、市值四千五百八十億美金)、Visa(排名第九、市值三千八百億美金)、迪士尼(排名第二十一、市值兩千四百九十億美金)跟許多其他公司，如果沒有台積電(排名第二十六、市值兩千兩百八十億美金)的幫助，甚麼也不能做。

跟其他大公司不一樣，台積電不賣東西給一般群眾，但其晶圓廠賣的晶片，讓其他公司的產品或服務成為可能。電話、網路商場、智慧卡、串流影音以及各種產品都需要台積電的晶片。在高階晶圓代工這個市場，台積電擁有90%的市占率，透過其他公司無法匹敵的精確生產，主導了現代世界所仰賴之基礎設施的生產。

這個獨特的能力，讓台積電的重要性遠超出商業領域。對美國、中國的先進產業都至關重要。台積電在奈米級無與倫比的生產能力，影響了最高級別的地緣政治意義。

半導體是把如電晶體的各種元件，刻進矽裡面的電路迷宮。運算能力可呈指數成長，這就是所謂的摩爾定律(以英特爾創辦人之一Gordon Moore命名)。摩爾定律可能是因為，要把晶片做到更便宜、更好，僅需要元件做小就好。但要把異常微小的電路創造出來，需要非常大量地增加實體設備投資。

不只是晶圓廠：是最好的晶圓廠
Not just fab: the fabbest

明年，現在施工到一半、座落在南科角落的台積電十八廠，就會開始為蘋果的新iPhone生產晶片。這些晶片將會把超過一億七千萬個電晶體濃縮在每個一平方毫米的矽晶上，製造出僅有五奈米大小的結構。這比紅血球小一千倍、比可見光波長短一百倍，也比愛滋病毒的十分之一還小。

會比五奈米更小的東西，最後可能只有個別的分子 — 而且有些分子可能也沒小多少。當然，生技公司一直在生產這些分子，但他們是從下而上開始，借用自然界的機制，從一個原子一個原子來製造產品。而半導體廠則是從上而下，切開事物。需要生產一個分子左右大小產品的細節，也讓台積電十八廠成為史上最貴的工廠，資本支出約為一百七十億美元。特斯拉最先進的上海工廠造價僅需五分之一。

晶圓的原料，是地殼中最常見的元素:矽。石英砂被精煉成純度99.999999999%的熔融矽，然後拉成長約兩公尺，寬三十公分的圓柱體，接著切成圓形薄片。也許聽起來不是很難，但任何缺陷都會讓矽上所必須乘載的電路混亂，因此必須是一塊連續的原子晶格、一個單一的晶體。要做比較的話，這樣的矽晶體相對於一般的矽，就如同比成人還高的鑽石之於炭。

你有矽以後，你必須知道要拿它怎麼辦。設計一個擁有數十億晶體管電路的能力，是軟體開發的產物，這幾乎就跟台積十八廠的硬體一樣令人印象深刻。這個電路，沒有人類心智那麼複雜；但比任何人類心智都更難以理解。擁有長時間晶片設計經驗的團隊，藝術般地仔細設計電路所需的運作功能；將程式序列分解為一連串的邏輯陳述，再複製到物理上的設計。進一步的程式，將該設計執行並確實地模擬工作原理，試圖發現有無錯誤跟新的可能性。

上述設計的數位表現(digital expression) — 稱為核心(Core)，你需要一台機器將其置於矽晶圓片上；台積十八廠用光來達成，一如這個產業數十年來做的一般。但這樣的光源，需要一台如巴士大小的機械產出，由荷蘭公司艾司摩爾(ASML)生產。

每台這樣的機器中，有非常強大的雷射光，每秒可切割金屬五千萬次。雷射光前，則落下體積非常微小、用於熔解的錫液滴。錫原子被瞬間加熱到攝氏百萬度，粉碎了原子核的外層電子。這個新產生的自由電子，與原子核的交互作用，產生了所謂「極紫外光」、波長僅有13.5nm。

由德國企業蔡司所生產的鏡片，將極紫外光聚焦到矽晶圓上。在極紫外光即將照到晶圓時，會先照到保護部分晶圓的光罩。沒有被光罩保護的部分，則接受極紫外光照射，而被侵蝕。被光罩保護的部分，則留下電晶體的結構。光罩的圖案，與晶片所需的圖案相反，所以光罩下陰影的圖案，正是晶片所需的電路。

為了實現幾百個原子所刻劃出來的圖案，全世界的科技會聚成一個巨大的倒三角形。接著在幾奈秒之後，又重複一次。

由於台積電能會聚、操作這座巨型倒金字塔，所以成為了全球業界的領導者。這種能力，是想進入此業界競爭者想匹配都很困難的。由於建晶圓廠的成本非常高，花時間在學習如何完美地使用這些設備也變得異常昂貴。沒有提前擁有專業知識，你就輸了。即使你趕上了台積現在的能力，它也已經準備好邁向下一個前端領域，把這個金字塔的底部加寬、讓金字塔更巨大、頂端更尖。



1987年台積電成立時，是周遭唯一提供租用服務的晶片生產商。但隨著電路更小、性能更高，晶圓廠越來越貴，有能力負擔的公司也越來越少，因此台積電的代工業務也隨之成長。接著來臨的是智慧型手機。

最好的手機公司，希望能優化其晶片的效能，並將晶片整合在該手機其他的電路中，而不是從諸如英特爾手中購買通用晶片。但由於這些手機廠不是晶片製造商，他們必須要有公司能製造他們所需的晶片。於是台積電成為全世界前兩大科技鉅子 — 華為與蘋果 — 的重要供應商；兩間公司貢獻了台積超過10%的營收。

在這種全球規模下的成功，也帶來了新麻煩。正如台積電創辦人、前董事長張忠謀在今年11月員工運動會時說的：「世界已經不再安寧，台積將變成地緣策略家的兵家必爭之地。」世上尖端科技仰賴於兩個超級強權，台積是這些科技獨一無二的供應商，而兩強權正準備進行大戰，無論在甚麼情況下，都令人感到憂慮。尤其當其中一個強權宣稱擁有你國家的主權，而另一強權誓言保護 — 且也許會要求回報 — 的情況下，憂慮也隨著更大。

亞洲科技業常在說這世界將分成兩個技術領域，美國跟中國，而產業供應鏈也會相應地倍增和分岔。但台積電並不是那麼容易模仿的。雙方都想接觸到最好的技術 — 且最好可以阻止台積的領先技術也給對手。在5奈米的平衡點上，世界可能會因為前述理由而崩塌。

轉頭背向晶圓廠，很快地又聽到蟬叫聲。踏板踩下去，霓虹燈漸漸黯淡。世上存在著合作與精確的奇蹟，但也存在著令人恐懼的不確定性。

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