新冠肺炎對半導體產業至少帶來兩種影響，一個是帶來的新需求；另一個則是常態供需的遞延。

在新需求方面，就是因疫情加速的數位轉型應用，以及防疫相關的產品。由於數位轉型是個全方位且深遠的趨勢，因此幾乎影響了整個電子產業的供應鏈，最常聽到的各種自動化和智慧應用就是最佳代表。尤其因為疫情的因素，衍生了社交距離的需求，大量減少人們的接觸，同時企業也趁此減少人力和勞力型的工作。而這之中就牽涉到很多電子系統的導入，包含軟體和硬體，還有新興網路基礎建設。

所以5G相關的產品，在這段時間內就呈現了快速的成長，無論是基地台，還是終端裝置，都發展得相當迅速。筆記型電腦和各種遠距設備也出現供貨不及的現象。

另一個就是防疫延伸的產品，像是疫情爆發的初期，MCU和種種的感測器都呈現大量的成長。間接影響，但是規模更大的，仍是前述的自動化和智慧應用，這些也同樣為MPU、MCU和Sensor帶來龐大的需求，而記憶體和功率元件也跟著水漲船高。

圖一 : 尤其因為疫情的因素，衍生了社交距離的需求，大量減少人們的接觸，同時企業也趁此減少人力和勞力型的工作。

不過，同時一個時間點，其實也有政治因素的影響，最重要的，就是前美國川普政府與中國的貿易戰和科技戰，導致半導體製造的轉單，同時也加深了對台的夥伴關係，直接的影響就是更仰賴台灣的供應鏈。

像是台積電在2020年9月營收飆升到1276億元，創下單月歷史新。但同一個時間點，台積電（TSMC）也宣布在9月後停止對華為出貨，因此出現了華為搶先下單的情況。

至於哪一種晶片最缺，其實就是什麼都缺，因為晶圓代工廠的產能一直都維持在滿載的情況，很難說哪個類別最樂觀。現在加上美國德州前不久又遭受暴風雪的災情，讓供需更加雪上加霜。

車用晶片驗證流程繁複 短期供需難解

需求遞延則新冠肺炎產生的另一個影響，也就是因為疫情衝擊，企業出現了先減單，但隨著疫情時間拉長，產業出現新動能，而又加大下單，汽車就是其中一個。也因為如此，在這波半導體缺貨潮之中，需求最緊張、影響也最大的產業，就是汽車產業。

其實汽車電子無論純電動車，或者傳統的燃料車，它們所用的晶片大致可以分成兩類：一個是邏輯晶片，也就是處理器，控制器和記憶體；另一個則是功率晶片（Power IC）、電源晶片、電池管理晶片。另外，感測元件的運用也越來越多。

然後，由於自駕車、智慧車和電動車的趨勢，造成汽車所用的電子元件數量越來越多，現在一台主流的汽車，大約會用八千顆晶片，也因此整合型晶片和模組型設計也就會變成主流產品。同時這些應用都是需要更多，同時效能也更高的處理和控制晶片。另一方面，更多的感測器、無線網路（也就是車聯網）、電源管理，也都會越來越吃重。

而台積電作為全球最大的晶圓代工廠，上述這些晶片，多數它都有涉略。也因此就出了產能緊張的狀況。

但為什麼汽車晶片會出現短缺。其實它有很大的因素，是由於疫情造成的延遲下單和短期間需求爆發，兩個相互作用後的結果。而且汽車晶片跟一般晶片的生產流程，是不一樣的。它有車規標準認證的問題，也就是測試和認證的程序更多，時間也更長，而且一個流程也不能跳過。

再加上汽車的供應鏈很長，也複雜，要調適所有的元件是很不容易的，所以總總因素就造成了線在汽車晶片短缺的問題。

圖二 : 汽車用的晶片大致可以分成兩類：一個是邏輯晶片，也就是處理器，控制器和記憶體；另一個則是功率晶片（Power IC）、電源晶片、電池管理晶片。另外，感測元件的運用也越來越多。

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通常一間半導體廠，從無到有，要進入汽車產業，至少需要兩年的時間來做驗證。如果已經有相關的經驗，想要開發新產品，也需要半年到一年的時間，所以汽車突發的晶片需求，是很難克服的。

從台積電2020年的營收變化，就可看出汽車電子晶片的需求消長態勢。原本第一季是微幅下跌(-1%)，到了第二季更是季減了(-13%)，第三季又進一步衰退了（-23%），但到了第四季卻反彈了27%。

圖三 : 台積電2020年第三季與第四季營收變化。

但是前面也說，汽車晶片不是說生產就能馬上有，特別是在目前產能滿載的情況下，調配產能就是唯一的解決之道。

儘管當前全球晶片供需十分吃緊，各國也正著手調整相關的供應鏈，但全球半導體供應鏈在結構上，短期間內並不會有明顯的變化，也就是還會維持無晶圓廠，晶圓代工，和IDM的結構。但在高階製程上，晶圓代工的角色會更形吃重。

不過受到新冠疫情和全球民族主義崛起的影響，各國各區域將會更加在意所謂在地供應鏈的問題，都會希望能夠本國可以有自己生產晶片的能力，所以台積電也就必須在各區域設廠，以滿足這個趨勢。例如去美國建廠，在日本設研發中心等。

摩爾定律不滅 半導體朝向「系統等級」效能

圖四 : 台積董事長劉德音在2021年國際固態電路會議線上演說指出，未來半導體製造將朝向發展「系統等級」的效能。(source:TSMC)

至於技術的趨勢，則可以從台積董事長劉德音在2021年國際固態電路會議(ISSCC)的線上演說看出一些。他指出，未來半導體製造將朝向發展「系統等級」的效能，要跳脫從單一晶片的思維，朝向更高等級的整合，進一步提升單晶片的效率與功耗。

但要達成這個目標，持續的製程微縮勢不可免，因為要有更多的電晶體、更多的記憶體、邏輯與記憶體更好的整合、而且要針對應用需求來優化（端到端）。也因此，劉德音指出了，「材料」、「架構」、「設備」是半導體前進下個世代的發展關鍵。

在材料上，會使用新興的物質，像是「釕」金屬，對於半導體微縮就很關鍵，另外還有氮化硼和奈米碳管等。在架構上，就會從FinFET轉向「Nano-sheet電晶體」，也就是新的GAA製程技術，並且使用多層EUV的技術。至於是不是在２奈世代導入，就需要繼續觀察下去。

而要實現前兩項，設備也是不可或缺的，但這些事情單靠台積電一家公司也難以完成，因此劉德音也強調，設備與工具的夥伴也將扮演著重要的角色。

然而對台積電來說，更重要的技術演進，則是系統晶片的整合製造能力，因為要達成系統級的性能，多晶片的堆疊與整合才是關鍵所在。因此劉德音特別指出了微晶片（Chiplet）的重要性，也表示台積電於此會有更多的著墨。而台積電去年正式推出的3D IC整合製造服務「3DFabric」也會是其重要技術方向。

然而，這其中還有許多的技術挑戰待突破，包含散熱、3D堆疊時的內部互連設計，以及裝置的軟體、系統、電路與架構的設計，都會是接下來半導體發展的重要議題。

不過這些問題，都已經被台積電標註出來了，意味著他們也正著手相關的應對之道。所以整體來說，未來的二十年內，摩爾定律仍將會延續下去，而半導體產業也會有十分樂觀且令人興奮的發展。