晶片的歷史：中美日韓競逐半導體產業，台灣「護國神山」站得穩？【TODAY 看世界｜小發明大革命】

甚麼東西可以取代真空管呢？就是現在大家常聽到的「半導體」。半導體是一種總稱，只要是導電度介在導體和絕緣體之間的物質都稱為半導體，半導體可以利用改變電壓大小等方式來調整導電度，導電度又和電流有關，所以就能利用半導體控制電流大小。

最早做出商用半導體的是美國電報電話公司AT&T 的研發機構貝爾實驗室，為了解決遠距通話訊號不佳的問題，在二戰後組成半導體研發團隊。研發小組的巴丁和布拉頓花了約2年順利研發出電晶體雛形，後來又經過肖克利的改良，終於在1948年對外公布這項發明，「電晶體」 的名字也是他們取的，英文原意是「改變電阻／導電體的電子元件」，這三人也在1956年共同獲頒諾貝爾物理學獎。

美研發首個積體電路 電子設備更小更精細
電晶體不只讓電子產品的穩定度更好，也大幅縮減電子產品的體積。當時就有德國工程師注意到，將5個電晶體並在一起，不只能縮小電子設備的體積，也可以降低生產成本。這種將好幾個電晶體整合成更小的零件，就是我們現在常說的「晶片」。

晶片還有另一個名字叫做「積體電路」，聽起來很熟悉吧！就是台積電全名「台灣積體電路製造公司」的由來。積體電路跟傳統電路最大的不同在於「沒有電線連接電子元件」，而是使用矽板將所有電子元件焊接在一起，大幅減少體積。最早提出這個構想的其實是英國工程師達莫，但他沒有真的做出成品，不然就會是第一了。

世界上第一個晶片是基爾比從美國陸軍退伍之後，1958年德州儀器工作時做出的，「積體電路」這個名字也是他取的。不過，基爾比的晶片選用的是鍺，當時在快捷半導體公司做研究的諾易斯，則使用矽做出了晶片。現在的晶片主要是以矽為基礎，諾易斯也比基爾比更早取得專利。諾易斯還有一個響叮噹的名號是「矽谷市長」，因為晶片大廠英特爾就是他創辦的，由於他們發明出晶片的時間相差不遠，一般習慣將晶片的發明人的稱號頒給這兩人。

美英政府補助研發 日台韓大廠互別苗頭
回顧整個晶片、半導體產業的發展，當初美國能贏得先機，是因為政府投注大量的經費在半導體的軍需研究上，因為在第二次世界大戰證明了，電子設備將會是新一輪軍備競賽的重點。基爾比和諾易斯所屬的公司，當時都有接到美國政府資助的研究計劃，前面提到的英國工程師達莫也有軍方背景，緊接着1960年代將人類送上月球的太空競賽，晶片等電子元件的研究更是一大重點，讓晶片的製造和銷售在短短5年內就變成一個價值數十億美元的產業。

與此同時，日本也注意到半導體產業的發展，而且是從積體電路出現之前就跟得很緊。舉例來說，Sony 創辦人盛田昭夫和井深大在1954年從美國取得電晶體的授權，成為日本生產半導體元件的始祖。整體而言，日本早期在半導體產業上的發展只差美國兩年，美國在1961年做出第一批晶片後，NEC 日本電器緊接着在1965年推出日本自己的晶片，甚至在1986-1992年間，日本半導體工業的產值還能超越美國，成為世界第一。後來日本經濟泡沫化，連帶影響到半導體產業，不過著有《日本半導體復興之路》一書的牧本次生認為日本半導體產業走向衰退，是因為1986年和美國簽訂《美日半導體協定》 ，鼓勵日本使用外國產品才會導致日本半導體產業萎縮。

台灣和韓國的半導體產業正好在這個時間點進場，急起直追，至於現在被大家封為「護國神山」的台積電，則是在美日簽署《半導體協定》的隔年創立的。其實台灣第一家半導體公司是創立於1980年的「聯電」聯華電子，台積電雖然比聯電晚進場，卻有一項全球創舉，就是只做代工。當時的半導體產業都是從設計、製造到銷售通通包辦，所以當時沒人看好台積電，覺得有哪家公司會願意把自家秘密告訴你，交給你來做呢？沒想到台積電還真的成功了，還催生出新興的「無廠半導體公司」，就是只做晶片設計，再交給代工的公司生產後再賣。

眼見台積電的成功，聯電也在1995年轉型成晶圓代工廠，卻因為1997年的廠房大火，以及後續和IBM 的合作失敗，形成台積電一家獨大的局面。台積電的成功證明了只做代工依舊有利可圖，不設計或販售晶片等於不會和客戶直接競爭，取得客戶信任，再靠着最高良率和產能優勢，為各家晶片廠商客製化產線，贏得市場。

台積電還投注了相當多的精力，在研發先進製程上取得市場先機，奠定在全球半導體產業的地位，但是台積電的成功經驗是可以複製的嗎？連創辦人張忠謀都覺得有點難，他說目前只有南韓三星是台積電的對手，兩家公司都在拼先進製程，看誰可以做出更精密、良率更好的晶片，而中國在技術上落後台灣5年左右，暫時不是台灣的對手。

近期中國受到美中貿易戰的影響，中國官方有意強化扶植中國境內的半導體供應鏈，避免未來又發生甚麼狀況會被斷鏈，舉例來說，由中國官方扶植的晶片代工廠中芯國際，美國宣布制裁華為後，便從紐約證交所下市，也意味着中芯國際決定以鞏固中國市場為先。中國也確實在這之後展開銀彈攻勢，2020年中國投資在半導體產業的金額就超過1400億人民幣，是前一年的4倍多。但銀彈夠多、口袋夠深，產業發展就有辦法一步到位嗎？就如同前面所說，目前中國的半導體技術和台積電還差了好幾代，短時間內沒有辦法超越台灣、趕上韓國。而且中國決定要強化扶植半導體產業的同時，中國晶片進口總額不減反增，代表中國仍然高度仰賴晶片進口，沒有辦法單純「國造晶片」。

你覺得呢？中國有辦法在幾年內超越台灣或是真的把台灣的「護國神山」搶過去嗎？如果還想知道哪一些小發明背後的大革命或任何想法，歡迎在下方留言告訴我們。