詹长霖 AIM俐钜创新研究院 1月       

地表最接近工业4.0！智能制造创新做法   

    台积电两大独门武器首度公开   

智能制造创新做法   

称霸全球半导体的台积电，首次对外公布其智能制造的独门心法，《天下》独家访问 台积电迈向智慧化的最高主管，看台积电如何把AI、机器学习导入芯片(晶圆)制造，不 但生产速度领先对手，还能让全球13座厂品质一致精确！   

当全球各大制造强权都在积极抢进先进制造，但你知道吗，一家「地表最接近工业4.0 的企业」就在你我身边。   

它是台积电，公认在生产技术最先进和复杂的晶圆制造行业。自从2018年量产七纳米 制程后，台积电已成为全球半导体制造技术少数的领导者。其中的关键，正是甚少对 外公开谈论的先进制造能力。   

为了让台湾制造业理解智能化的威力，更要为产业带来数字转型动能，《天下》独家 走访台积电，一窥全球专业晶圆代工霸主的制造智能化之路。   

首次公布「智造」秘辛19年前，就已达全自动等级   

「从成立第一天我们就在谈制造卓越，这是我们要突显的价值，」台积电晶圆厂营运   

资深副总经理王建光说。   

王建光在台积电是掌管所有晶圆厂制造的「总厂长」角色，也是智慧化生产的最高主 管。首次对媒体分享台积电「智造」奥义，讲起话来温文儒雅的他，不仅颠覆一般生 产线主管常见的疾言厉色印象，也很有资格话说从头。   

员工编号30号的王建光，在台积电成立之初就加入，一路参与台积电对制造卓越的追 求。他细数，自九0年代，八吋晶圆厂导入电脑化，台积电就开始在制造管理上建立门 坎。   

    首度接受媒体专访的台积电晶圆厂营运资深副总经理   

王建光，是台积电智能制造的灵魂人物。（邱剑英摄）   

    台积电已颠覆外界对晶圆制造的印象，工程师和技术员只要在生产 指挥中心，就能够让制造过程智能地运行。（台积电提供）   

首次公布「智造」秘辛19年前，就已达全自动等级   

到了2000年开始自动化，当年建立全新的十二吋超大晶圆厂，自动化程度已是全球同   

业先驱，包括派工、运送系统到设备自动化，都已是全自动化的等级。   

时至今日更不得了，晶圆厂的工作环境早已颠覆外界认知。走一趟         台积     电    位于     中科的    十二吋晶圆厂，来到一间名为MCC（生产指挥中心）的办公室，免更换无尘衣，也不 用经过空气浴尘室，穿着轻松的工程师或技术员，成排坐在办公桌前专注盯着电脑屏 幕上的数值，前方大片落地窗外，还可一览蓝天白云下的大肚山景致。   

「技术员都在厂外工作，工厂里面走道是空旷的，芯片在设备上方自动运送，」王建 光说，基本上只有机台预防保养维护，才需要有人进到产线，「现在大家可以打扮漂   

    漂亮亮，以前是连妆都不能化的喔。     」        

8年前率先智慧化将AI、机器学习导入晶圆制造   

直到今天，台积电自动化程度仍在精进。「每一批货，都知道它下一站要去哪里；每 一个机台，都知道下一批货要来的是什么。整个流程运作顺畅以外，重点是必须紧 凑，」王建光描述。   

他举例，多数人去做健康检查时，花最多时间是每一站之间的等待，这很不符合效率。 他解释，晶圆制程主要有三种状态，分别是等待（Queue      time）、暂停（Hold time），和运行（Run      time），虽然这几年已把前两者缩到极小化，但他用坚定口吻 强调，往更极致努力将永不停止。   

随着全自动化的精进，智能化登场。2011年，台积电揭开智慧化晶圆厂的序幕，陆续 导入大数据分析、机器学习、人工智能等技术。   

王建光解释，半导体制程是一门高度复杂的工艺，有上千个制程步骤，每道制程都必   

须精准控制，每个工厂都有数千台机台，每个机台一天可收集数百万到数千万笔数据。   

他说，这些数据是晶圆制造过程中的所有细节，一定得充分收集、掌握，才有机会优 化制程参数，成为提升良率的基础。   

8年前率先智慧化将AI、机器学习导入晶圆制造   

清华大学工业工程与工程管理学系讲座教授简祯富也指出，台积电的每一片晶圆都有 百万个感测点的数据、每座晶圆厂都有成千上万台机台设备，但对应的制程工程师， 却可能只有不到一千位，要分析如此海量的资料，已远超人力所及。   

简祯富接着说，一般商用统计软件，虽然已经可以支持大数据分析，但是每个行业都 有各自的专业需求和特性，因此，像台积电这种产业的领头羊，就会发展符合自己所 需的分析工具。   

这时，台积电的1000位IT，以及300位AI、机器学习工程师登场。王建光透露，过去 几年来，台积电已经开发出智能诊断引擎、先进数据分析等平台，进而发展出一套独 门的制程精确控制系统。   

这套将大数据与机器学习应用在晶圆制程的学问，堪称台积电近年持续拉开全球竞争   

者距离的究极奥义。   

從自動化到智慧化，搶先拉開競爭者距離   

台積電智慧智造進程   

独门一：降低生产周期交期所向无敌，晶圆代工厂最强   

它到底有多厉害？前董事长张忠谋口中在这行业很重要的数字──生产周期（cycle   

time），就能因此降低。   

要理解「生产周期」，得先对芯片制程有大致的概念。简单来说，台积电的工作，就 是把客户（IC设计公司）委托的集成电路图做进一颗指甲一样大小的芯片里，因此， 除了电路线宽已做到细如头发直径的万分之一，还得像建造高楼般，一层一层反复进 行曝光、显影、植入离子、蚀刻等制程，才有办法将超过十亿个晶体管的电路图「塞」 在一颗芯片内。而生产周期，就是建造每一层（layer）的时间。   

随着消费性电子迭代益趋紧凑，一家IC设计公司的高阶主管直言，相较良率、价格，   

「交期，是我们现在最看重的，而台积电确实是所有代工厂最强的。」   

台积电的交期所向披靡，关键之一就是生产周期竞争力。王建光透露，            从台积     电推动       

    智能制造并应用大数据和机器学习后     ，生产     周期精     进，至     今     最少     进步50%。       

因为从同业到客户都想要对此一窥堂奥，也让王建光对各制程的详细数字与细节，更 加三缄其口。但早在2017年，台积电的台湾技术论坛上，时任台积电共同执行长魏哲 家在主题演讲时就提及，把大数据、机器学习等技术应用在制程管理上，「都是为了   

    降低我们的生产周期。」        

独门一：降低生产周期交期所向无敌，晶圆代工厂最强   

当时，魏哲家透露，在约15年前的180纳米时代，一颗芯片内部约25层，生产一层约 花两天。而现在，以十纳米手机芯片为例，内部已达80层，如果一层生产周期还是两 天，代表一个产品要将近半年才做得出来，「没有人肯等你的，」魏哲家说。   

台积电董事长刘德音（左）与副董事长暨总裁魏哲家（右）接班后，仍持续加大智能制造力度。（刘国泰摄）   

独门二：工厂一致性不但可精确制造，还能优化   

走入智慧晶圆厂时代的台积电，还有另一项独门绝活不能不提，那就是「工厂一致性」   

（fab matching）。   

简祯富在新书《工业3.5》提到，透过机台参数与传感器的数据分析，除了可以实时推 测每一个加工产品的好坏，设备也具有自我检测、制程参数智慧调校、自动复原与改 善控制等能力，并借着不断诊断、不断反馈、不断学习进化的「动态优化滚动」，变 得愈来愈智慧。   

更厉害的是，过程中能确保没有人「掉队」。   

一颗新芯片要量产，通常会先经研发试产，待制程参数等诸多生产因子调到优化后， 才外放到各晶圆厂大量生产。王建光透露，目前在全球拥有13座晶圆厂的台积电，也 多半由母厂负责试产稳定后，再到各厂投片量产。   

对芯片制造者来说，很大的考验就是如何把试产时的表现，精准移植到量产。过往最 知名的就是英特尔的「精确复制」（Copy Exactly）模式，亦即英特尔在全球每座晶 圆厂的每条生产线，不仅都采用相同的生产设备，连厂内管路配置、尺寸、长度，甚 至几个弯角都要一模一样，以此确保从研发产线到量产能表现一致外，也可预防同样 的问题重复发生。   

独门二：工厂一致性不但可精确制造，还能优化   

类似模式在台积电称为工厂一致性，却因为导入智慧化而多了同业难以仿效的弹性。   

王建光解释，工厂一致性不仅让同样的制程，移转到各厂仍百分之百相同，若生产过 程中滚动出更好的制程参数、更好的良率表现，甚至后来导入更有成本效益的机台时， 其他厂也会跟着对准（alignment）。   

「一般进入量产后就不敢再动了，」王建光笑道，但在台积电，不断优化却是家常便 饭。他没说出口的是，光这项能力，就让台积电建立一道同业难以跨越的成本门坎。   

秉持制造卓越的初心，一路成就全球制造业典范的台积电，接下来还能演绎多强大的   

「智造」本事，全世界都在看。   

王建光说，在台积电，不断优化是家常便饭。 光这项能力，就让台积电建立一道同业难以跨 越的成本门坎.