當(dāng)全球各大制造強權(quán)都在積極搶進(jìn)先進(jìn)制造，但你知道嗎，一家「地表最接近工業(yè)4.0的企業(yè)」就在你我身邊。

它是臺積電，公認(rèn)在生產(chǎn)技術(shù)最先進(jìn)和復(fù)雜的晶圓制造行業(yè)。自從2018年量產(chǎn)七納米制程后，臺積電已成為全球半導(dǎo)體制造技術(shù)少數(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。其中的關(guān)鍵，正是什少對外公開談?wù)摰南冗M(jìn)制造能力。

為了讓***制造業(yè)理解智能化的威力，更要為產(chǎn)業(yè)帶來數(shù)位轉(zhuǎn)型動能，《天下》獨家走訪臺積電，一窺全球?qū)I(yè)晶圓代工霸主的制造智能化之路。

首次公布「智造」秘辛，

19年前，就已達(dá)全自動等級

「從成立第一天我們就在談制造卓越，這是我們要突顯的價值，」臺積電晶圓廠營運資深副總經(jīng)理王建光說。

王建光在臺積電是掌管所有晶圓廠制造的「總廠長」角色，也是智能化生產(chǎn)的最高主管。首次對媒體分享臺積電「智造」奧義，講起話來溫文儒雅的他，不僅顛覆一般生產(chǎn)線主管常見的疾言厲色印象，也很有資格話說從頭。

首度接受媒體專訪的臺積電晶圓廠營運資深副總經(jīng)理王建光，是臺積電智能制造的靈魂人物。（邱劍英攝）

員工編號30號的王建光，在臺積電成立之初就加入，一路參與臺積電對制造卓越的追求。他細(xì)數(shù)，自90年代，八吋晶圓廠導(dǎo)入電腦化，臺積電就開始在制造管理上建立門檻。

到了2000年開始自動化，當(dāng)年建立全新的十二吋超大晶圓廠，自動化程度已是全球同業(yè)先驅(qū)，包括派工、運送系統(tǒng)到設(shè)備自動化，都已是全自動化的等級。

時至今日更不得了，晶圓廠的工作環(huán)境早已顛覆外界認(rèn)知。走一趟臺積電位于中科的十二吋晶圓廠，來到一間名為MCC（生產(chǎn)指揮中心）的辦公室，免更換無塵衣，也不用經(jīng)過空氣浴塵室，穿著輕松的工程師或技術(shù)員，成排坐在辦公桌前專注盯著電腦螢?zāi)簧系臄?shù)值，前方大片落地窗外，還可一覽藍(lán)天白云下的大肚山景致。

臺積電已顛覆外界對晶圓制造的印象，工程師和技術(shù)員只要在生產(chǎn)指揮中心，就能夠讓制造過程智能地運行。（臺積電提供）

年前率先智能化，

將AI、機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)入晶圓制造

直到今天，臺積電自動化程度仍在精進(jìn)。「每一批貨，都知道它下一站要去哪里；每一個機(jī)臺，都知道下一批貨要來的是什么。整個流程運作順暢以外，重點是必須緊湊，」王建光描述。

他舉例，多數(shù)人去做健康檢查時，花最多時間是每一站之間的等待，這很不符合效率。他解釋，晶圓制程主要有三種狀態(tài)，分別是等待（Queue time）、暫停（Hold time），和運行（Run time），雖然這幾年已把前兩者縮到極小化，但他用堅定口吻強調(diào)，往更極致努力將永不停止。

隨著全自動化的精進(jìn)，智能化登場。2011年，臺積電揭開智能化晶圓廠的序幕，陸續(xù)導(dǎo)入大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)。

王建光解釋，半導(dǎo)體制程是一門高度復(fù)雜的工藝，有上千個制程步驟，每道制程都必須精準(zhǔn)控制，每個工廠都有數(shù)千臺機(jī)臺，每個機(jī)臺一天可收集數(shù)百萬到數(shù)千萬筆數(shù)據(jù)。

他說，這些資料是晶圓制造過程中的所有細(xì)節(jié)，一定得充分收集、掌握，才有機(jī)會優(yōu)化制程參數(shù)，成為提升良率的基礎(chǔ)。

清華大學(xué)工業(yè)工程與工程管理學(xué)系講座教授簡禎富也指出，臺積電的每一片晶圓都有百萬個感測點的數(shù)據(jù)、每座晶圓廠都有成千上萬臺機(jī)臺設(shè)備，但對應(yīng)的制程工程師，卻可能只有不到一千位，要分析如此海量的資料，已遠(yuǎn)超人力所及。

簡禎富接著說，一般商用統(tǒng)計軟體，雖然已經(jīng)可以支援大數(shù)據(jù)分析，但是每個行業(yè)都有各自的專業(yè)需求和特性，因此，像臺積電這種產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊，就會發(fā)展符合自己所需的分析工具。

這時，臺積電的1000位IT，以及300位AI、機(jī)器學(xué)習(xí)工程師登場。王建光透露，過去幾年來，臺積電已經(jīng)開發(fā)出智能診斷引擎、先進(jìn)數(shù)據(jù)分析等平臺，進(jìn)而發(fā)展出一套獨門的制程精確控制系統(tǒng)。

這套將大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用在晶圓制程的學(xué)問，堪稱臺積電近年持續(xù)拉開全球競爭者距離的究極奧義。

獨門一：降低生產(chǎn)周期，交期所向無敵，代工廠最強

它到底有多厲害？前董事長張忠謀口中在這行業(yè)很重要的數(shù)字── 生產(chǎn)周期（cycle time），就能因此降低。

要理解「生產(chǎn)周期」，得先對芯片制程有大致的概念。簡單來說，臺積電的工作，就是把客戶（IC設(shè)計公司）委托的電路圖做進(jìn)一顆指甲一樣大小的芯片里，因此，除了電路線寬已做到細(xì)如頭發(fā)直徑的萬分之一，還得像建造高樓般，一層一層反覆進(jìn)行曝光、顯影、植入離子、蝕刻等制程，才有辦法將超過十億個電晶體的電路圖「塞」在一顆芯片內(nèi)。而生產(chǎn)周期，就是建造每一層（layer）的時間。

隨著消費性電子迭代益趨緊湊，一家IC設(shè)計公司的高階主管直言，相較良率、價格，「交期，是我們現(xiàn)在最看重的，而臺積電確實是所有代工廠最強的?！?/p>

臺積電的交期所向披靡，關(guān)鍵之一就是生產(chǎn)周期競爭力。王建光透露，從臺積電推動智能制造并應(yīng)用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)后，生產(chǎn)周期精進(jìn)，至今最少進(jìn)步50%。

因為從同業(yè)到客戶都想要對此一窺堂奧，也讓王建光對各制程的詳細(xì)數(shù)字與細(xì)節(jié)，更加三緘其口。但早在2017年，臺積電的***技術(shù)論壇上，時任臺積電共同執(zhí)行長魏哲家在主題演講時就提及，把大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用在制程管理上，「都是為了降低我們的生產(chǎn)周期?！?/p>

當(dāng)時，魏哲家透露，在約15年前的180納米時代，一顆芯片內(nèi)部約25層，生產(chǎn)一層約花兩天。而現(xiàn)在，以十納米手機(jī)芯片為例，內(nèi)部已達(dá)80層，如果一層生產(chǎn)周期還是兩天，代表一個產(chǎn)品要將近半年才做得出來，「沒有人肯等你的，」魏哲家說。

臺積電董事長劉德音（左）與副董事長暨總裁魏哲家（右）接班后，仍持續(xù)加大智能制造力度。（劉國泰攝）

獨門二：工廠一致性，不但可精確制造，還能優(yōu)化

走入智能晶圓廠時代的臺積電，還有另一項獨門絕活不能不提，那就是「工廠一致性」（fab matching）。

簡禎富在新書《工業(yè)3.5》提到，透過機(jī)臺參數(shù)與感測器的數(shù)據(jù)分析，除了可以即時推測每一個加工產(chǎn)品的好壞，設(shè)備也具有自我檢測、制程參數(shù)智能調(diào)校、自動復(fù)原與改善控制等能力，并借著不斷診斷、不斷反饋、不斷學(xué)習(xí)進(jìn)化的「動態(tài)優(yōu)化滾動」，變得愈來愈智能。

更厲害的是，過程中能確保沒有人「掉隊」。

一顆新芯片要量產(chǎn)，通常會先經(jīng)研發(fā)試產(chǎn)，待制程參數(shù)等諸多生產(chǎn)因子調(diào)到最佳化后，才外放到各晶圓廠大量生產(chǎn)。王建光透露，目前在全球擁有13座晶圓廠的臺積電，也多半由母廠負(fù)責(zé)試產(chǎn)穩(wěn)定后，再到各廠投片量產(chǎn)。

對芯片制造者來說，很大的考驗就是如何把試產(chǎn)時的表現(xiàn)，精準(zhǔn)移植到量產(chǎn)。過往最知名的就是英特爾的「精確復(fù)制」（Copy Exactly）模式，亦即英特爾在全球每座晶圓廠的每條生產(chǎn)線，不僅都采用相同的生產(chǎn)設(shè)備，連廠內(nèi)管路配置、尺寸、長度，甚至幾個彎角都要一模一樣，以此確保從研發(fā)產(chǎn)線到量產(chǎn)能表現(xiàn)一致外，也可預(yù)防同樣的問題重覆發(fā)生。

王建光說，在臺積電，不斷優(yōu)化是家常便飯。光這項能力，就讓臺積電建立一道同業(yè)難以跨越的成本門檻。（邱劍英攝）

類似模式在臺積電稱為工廠一致性，卻因為導(dǎo)入智能化而多了同業(yè)難以仿效的彈性。

王建光解釋，工廠一致性不僅讓同樣的制程，移轉(zhuǎn)到各廠仍百分之百相同，若生產(chǎn)過程中滾動出更好的制程參數(shù)、更好的良率表現(xiàn)，甚至后來導(dǎo)入更有成本效益的機(jī)臺時，其他廠也會跟著對準(zhǔn)（alignment）。

「一般進(jìn)入量產(chǎn)后就不敢再動了，」王建光笑道，但在臺積電，不斷優(yōu)化卻是家常便飯。他沒說出口的是，光這項能力，就讓臺積電建立一道同業(yè)難以跨越的成本門檻。

秉持制造卓越的初心，一路成就全球制造業(yè)典范的臺積電，接下來還能演繹多強大的「智造」本事，全世界都在看。