後摩爾定律的世界和台灣的產業發展

「半導體界謹奉的摩爾定律失效,是博通決定被安華高購併的最大主因」。雖然這只是某種說法,因為任何大公司的併購案幕後都有不少隱情,但我們藉此來談談這個大幅影響世界超過50年的摩爾定律 -- 假使這個每隔18~24個月就能單位面積上的電晶體個數就會增加一倍的定律真的失效,未來的資訊電子業,甚至世界,會出現什麼有趣的趨勢?
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本文原刊登於台灣大學資工系副教授洪士灝的 Facebook。Inside 獲授權轉載。

報導中 1 說「半導體界謹奉的摩爾定律失效,是博通決定被安華高購併的最大主因」。雖然這只是某種說法,因為任何大公司的併購案幕後都有不少隱情,但我們藉此來談談這個大幅影響世界超過 50 年的摩爾定律——假使這個每隔 18~24 個月就能單位面積上的電晶體個數就會增加一倍的定律真的失效,未來的資訊電子業,甚至世界,會出現什麼有趣的趨勢?

  1. 晶片的價格會走勢如何?
  2. 需要低耗能的應用如何設計?
  3. 需要高效能的應用如何設計?
  4. IC 設計師的工作?
  5. 架構設計師的工作?
  6. 軟體設計師的工作?
  7. 世界改變的速度?
  8. 台灣的電子業?
  9. 台灣的經濟與產業?

我想這將會是很大的衝擊,各位可以自行想像。但還是有些人說,安啦,摩爾定律延續了超過 50 年,即將終結的傳聞聽過無數次,這次應該又是有人喊「狼來了」,不必理會。

順帶一提,同樣的「安啦」的說法,似乎也常見人用在台灣的房地產業和經濟:「安啦,買房地產過幾年就會翻倍,泡沫化的警訊時有所聞,反正政府和有錢人會護航,跟著衝就對了,不必害怕」。當然,不入虎穴,焉得虎子,但就怕碰到老虎。

摩爾定律幕後的經濟因素

在學術和業界,摩爾定律是否會延續,目前仍然是個有爭議的議題,有很多技術上的探討。我個人在以往雖然沒有選邊站,但總是認為技術上的問題能夠克服,只要有足夠的資源。有需求,就會有資源,而在過去 50 年,資源可說是頗充裕的,因為從冷戰時期軍備競賽為科技發展鋪路,個人電腦造成社會全面的電腦化,到每個人都有智慧手機,不斷都有驅動摩爾定律的需求。

但這次我的觀點不同,經濟層面的議題已經凌駕技術層面,因為需求不夠強勁 --- 有多少人需要更強更快的個人電腦或是智慧手機在日常生活中使用?當然,有些物聯網的應用會想把更強的運算能力放進很小的東西裡面,但是感測器和無線網路往往才是真正耗電最多的部分,並非摩爾定律的範疇。

我的觀點是,以傳統的 IC 設計法則和可接受的代價為前提,已經找不到能夠延續摩爾定律的方法,所以現在 IC 設計搞到需要 Near-Threshold 的研究,在接近極限值的低電壓的不穩定狀況工作,甚至探討 quantum computing,半導體設備廠開發新製程需要比以往更龐大的資金,但缺乏需要高級製程的大規模高價值應用來回收研發成本,因此在實務上很難有解。

說白一點,摩爾定律是錢砸出來的。摩爾定律的黃金時代,開始於個人電腦急速成長的時代,但個人電腦的效能在十年前就已經能夠滿足大多數個人,所以「世界」對於摩爾定律的期待逐漸降低,雖然智慧手機和平板的異軍突起,但主要是希望摩爾定律能夠提供更高的性能耗能比(power-performance),然而這幾年手機平板已趨於飽和,也沒看到真正個人所需要的高性能耗能比的應用(killer apps),再加上像 Qualcomm、Samsung 這樣的公司上在推出新的行動晶片上屢次因為晶片過熱而踢到鐵板,所以在既然沒有消費者的需求,晶片製造商也裹足不前的情況下,自然就會降低對於摩爾定律的挹注。

因應摩爾定律的衰退

我想,在缺乏資金挹注的情況下,摩爾定律在技術上能延續的機率不高,即便不少研究者熱中於此。除非有真正大眾需要的應用,或是再度出現軍備競賽,否則很難改變摩爾定律的終結。

這算是摩爾定律經濟學吧?我們正處在摩爾定律的衰退期,已經給長期倚賴摩爾定律的人帶來影響。台灣的電子代工業早就受到衝擊,而美國早就預測到這樣的趨勢而重軟輕硬,不斷將電子業的下游外包給國外,甚至不惜給了中國,讓 Intel 到中國設研發中心。反正美國認為全力搞軟體比較有前景,至於硬體,只要掌握重要的核心技術就行了。

摩爾定律失效,勢必嚴重影響某些科技業者的獲利。以往台灣的電子業只要幫人代工即可獲得不錯的利潤,但是在進入摩爾定律的衰退期之後,利潤不斷下降,如果還看不清楚將來能夠獲利的廠商是哪些,該做些什麼的話,恐怕難以為繼。

台灣產業可以嘗試去做的,是與「重要的核心技術」接軌以增加自身的價值與獲利,而前一陣子談到的廣達配合 Facebook 做 OCP 就是這樣的例子 2。上週做植物工廠的朋友來找我後,開始要找人用機器學習(machine learning)來分析資料,提昇競爭力 --- 他們知道這樣的技術才是核心技術,而採購零組件來建植物工廠只是基本知識。巨量資料和機器學習也是台積電當前重要的核心技術之一。而對於資訊業來說,除了上述的技術之外,平行處理、異質計算、系統軟體、軟體工程等等,都是核心。

雖然研發核心技術並不見得能快速獲利,而且人才難尋,但是一個對於核心技術有相當掌握的個人、團隊和公司,比較經得起大風大浪,而且歷久彌堅。例如我之前共事的團隊,從 Sun 轉到 Oracle,始終受公司器重,這是我為什麼這些年特別重視和提倡核心技術。

同場加映 -- 毛院長的三道大哉問

台灣的產業普遍還是摩爾定律黃金時期的快速獲利思維,難以接受這些領域所需的研發成本和時效,但如果這樣的思維不改,台灣的經濟要如何發展?無怪乎行政院長毛治國,近日在國發會上提出三道大哉問 3。剛好我們就來同場加映,承接上述的討論來探討一下這三個問題:

1. 台灣產業結構是否過度集中在資通訊?

在摩爾定律地黃金時期,台灣的產業結構過度集中在資通訊「硬體代工製造業」,因此沒有好好把握住高價值的資通訊系統與技術服務業的商機。主要是因為業者和政府始終堅守著利潤不斷在降低硬體代工製造業,並沒有被好好經營和發展上述能夠在台灣不錯的硬體基礎上幫系統或服務加值的核心軟體技術。
雖然如此,但為時未晚。不過,政府和業界必須認清軟體核心技術需要的並非人力,而是高階的人才;而高階的系統和軟體人才的養成,需要時間和資源,而成功的軟體產業,更不是隨隨便便就能建構起來,要有眼光和氣魄。如果還是眼光淺短,計畫做沒半年就想賺錢,那就算了。

2. 台灣對大陸的依附程度是否過高?

「依附」該如何定義?以前借助大陸的廉價勞工的時候,並沒有趁機好好耕耘台灣、提昇實力,只顧著賺錢,不斷把台灣的人力抽走,甚至賺了錢的台商還回台灣炒房、壓低薪資、賣黑心商品,這樣「無根」的作法,說是依附程度過高,我不反對,而這是心態上的問題。

要擺脫依附,就得要「自立自強」,憑本事賺錢,用各種方式悍衛這塊土地,就像以色列人那樣。我個人相信,真正的台灣本土意識,來自於在這塊土地上自立自強的信念,而不是去區分藍綠、南北、本省外省,更不是嘴上說一套,實際做的又是另一套。

3. 台灣投資衰退到底怎麼解?

我想,投資衰退跟前兩項脫不了關係。只顧著削價競爭、壓榨人力的作法,有能力的人出走,沒出走的人不爽,只會把產業越搞越失去競爭力。這三個問題都是老問題了,大家已經罵了許多年,但政府高層一直設法迴避。不過,至少毛院長敢問出來,這也代表問題嚴重的程度。

如果問我的話,我會說,請投資在對的人身上,讓對的人做對的事,才是正本清源之道。這些年政府浮濫的投資,讓財團受益,花錢買選票,憨厚的人苦幹實幹還拿不到資源,有門路靠政府的資源賺錢才是王道,年輕人覺得前途黯淡、學本事也沒有用,那競爭力自然會日漸下滑,誰會願意投資這樣的環境?

所以台灣社會要正向發展,要人盡其才,社會就要投資有才的人,無論是就業或是創業,能自立自強、表現優異的人,就應該獲得相對的報酬,必須改變社會當前一昧以老套的管理制度去箝制和埋沒人才的陋習。改變需要時間,要改就趁早吧。

如果政府不懂如何做好這些,那還是不要浪費公帑比較好,免得扯後腿。與其讓全民搶著靠政府吃飯,不如少收點稅,讓人民自食其力,才會自立自強,才會有可能造就一個真正令人引以為傲的現代台灣。