半導體這個領域向來競爭激烈，許多輝煌一時的公司已經消失或遭兼併，僅以2019年就可以舉出20幾個例子。
博通（Broadcom，美） 以107億美元收購了賽門鐵克（Symantec）的安全業務；英飛凌（Infineon，德）以100億歐元收購了賽普拉斯（Cypress，美）的生產線，使自己成為全球第8大IC產業；英偉達（Nvidia，美）以69億美元併購了Mellanox（以色列），以擴充自己的數據中心；瑞薩（Renesas，日）以67億美元併購了IDT（Integrated Device Technology，美），以鞏固其在汽車、業／物聯網、數據中心和通信市場的地位。
美國左右IC業界的力量雄厚
台積電2020年營業利益5667.84億元，與2019年相較成長52.1％，營業利益率年增7.5個百分點達42.3％，台經院表示台積電是台灣的經濟支柱、護國神山，其產值估占GDP的6％，並帶動台灣半導體占出口比重達30％，其產值達GDP的14％，TSMC和UMC（聯電）都是純半導體代工業，各占全球代工的55％及7.0％，以晶圓代工而言，台灣的確是舉世翹楚。
聯發科（Media Tec）是台灣最大的IC設計廠商，已推出6nm 5G智慧手機芯片，2020年並在全球晶片設計市占率上超越此界龍頭高通（Qualcomm），聯發科的代工者正是台積電，若不計芯片代工業，已擠身世界第8大半導體廠，根據《IC Insight》報導全球前5大IC公司為英特爾（美）、三星（韓）、台積電（台）、海力士（SK Hynix，韓）及美光 （Micron，美），聯發科也跳躍至IC業第11大。
聯發科是台灣最大的IC設計廠商，若不計芯片代工業，已擠身世界第8大半導體廠。（郭晉瑋攝）
半導體的進步帶來了可觀的經濟變化與成長，美國一直是全球半導體份額的領導者，每年佔據世界之半數，其次是韓國、日本、歐洲、台灣與中國，該行業所以集中於少數國家，是因為最先進的半導體只能成長於複雜與昂貴的工廠，且其設計僅由少數強大的公司主導。
其中美國領先的區域是對該行業的關鍵投入，包括電子設計自動化（EDA，Electronic Design Automation）以及製造芯片的資本設備（Capital Equipment），世界設計大咖如高通（美）、博通（美）、英偉達（或譯輝達，美）、聯發科（台）和超微（AMD，美）；資本設備的巨擘如Applied Material（美）、ASML（荷）、Tokyo Electron（日）、Lan Research（美）和KLA-Tencor（美），可見美國左右IC業界的力量何其雄厚。
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IC是各種電子裝備的核心，它支撐了電信、醫療保健、運輸、清潔能源、軍事系統等多種行業裝備的動力；芯片也是5G技術、人工智慧、智能城市、互聯／物聯網路和量子計算…等創新的關鍵要素，如果台灣的經濟成長靠高新科技與所謂藍海，高新與藍海科技靠IC，IC靠護國神山TSMC，這樣的邏輯都為政府、學者與百姓認同的話，那麼TSMC將何去何從還真是值得分析與思考咯！
經營主權與價值被IC領導者駕馭
TSMC是使用其它廠的設計及外國的資本設備，多年堅持代工、大量耗資及研發與擴建而成就了全球市占第1的IC代工巨頭，台灣是以製造業及外銷為主的經濟體，自然視TSMC與Media Tec等高科技廠商為護國神山，直言之，這些廠商不單是在經濟上加分了我國的GDP，也在大外／內宣上促進了台灣政治與國安的點數，因為它們是我國少數在國際上排名鰲頭的高科生產公司。
由於地緣政治的影響，TSMC產製的微型晶片在中美貿易戰中舉足輕重，之前，TSMC與全球其它半導體公司一樣，在美、中都有商業利益，並努力滿足2方的客戶，但川普阻止了全球晶片供應給最大智能手機製造商之一的華為，以阻礙華為在5G的超前勢頭，使用美國設備的TSMC不得不聽命，斷了華為這個多年合作的大客戶，並給了台灣1個向美國奉獻的機會。
恰好新冠大流行帶來視頻的榮景，使高階芯片供不應求，不但沒影響TSMC在華為的損失，反而營收屢破記錄，台灣人的自我感覺也大為良好，作者卻不敢說這將是未來常態。
我們該擔心的是，美國掌控了IC的研發、設計與資本設備的創新，它可以掐住華為的脖子給予斷晶，同樣它也可以掐住TSMC的喉嚨令其供晶，全球絕大部分的芯片製造集中於亞洲，尤其在韓、台、中等國，因為IC龍頭美國已將芯片製造給予外包了。
但Covid-19的蔓延讓美國對IC斷鏈深感威脅，渴望芯片在地製造，挑選質量最優的TSMC下手壓迫，雖然在美國生產將難以賺錢，TSMC也只有不甘心地投資120億元，在亞利桑那州興建5nm製程12吋晶圓廠，2024年開始量產，月產能2萬片，將供晶蘋果、英特爾、高通、Google…等，最重要的應是為賽靈思（Xilinx）產製F-35五代戰機的晶片；日本也見獵心喜力邀TSMC赴日建廠，護國神山會這樣的因地緣戰略而逐漸流失嗎？
後疫情時代汽車需求大增，全球車用晶片短缺，德、美、日官方直接向台灣政府要求催促TSMC增產，勢如燎火，美國副助理國務卿帶頭與王美花為首於2021年2月5日的閉門視訊會議，談的只是半導體、AI、5G…等的合作嗎？
三星與TSMC的能耐不同，TSMC在7 nm及更細微的高端芯片發展較三星更快、良率更高，但只是IC純代工製造廠，三星則在芯片設計、製造與手機生產等各方面全體整合，因此被壓迫的抵抗力較大。
三星因其在芯片設計、製造與手機生產等方面全體整合，對於美國壓迫的抵抗力較大。（資料照，AP）
芯片製造能力被其他廠商取代
TSMC雖然在芯片製造上拔得頭籌，但如前述主要代工客戶除聯發科以外都來自如高通、AMD、蘋果等美國大名牌，其次為歐洲如英飛凌（德）；資本設備亦皆來自歐、美廠商如ASML，這本來是張忠謀的戰略高智慧，以致TSMC多年來代工IC大發利市，然而冠疫引發的大斷鏈，以及晶片造成的車輛停產，驚醒美、歐南柯大夢，爆發出降低依賴亞洲、晶片自己製造的吶喊！
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報載美國半導體協會（SIA）致函敦促拜登政府，以政府補助或稅務優惠的方式，提供龐大的半導體製造誘因，以支持在美國製造芯片，並阻斷新競爭力繼續流失，因美國製造芯片占比已從1990年的37％，下滑到當今的僅12％，對科技競爭包括AI、5G／6G以及量子運算，美國的技術地位正面臨風險。
歐盟也考慮如何自行生產10nm製程以下的半導體，最低是達2nm，希望在發展5G、無線系統、聯網汽車和高性能運算等領域，能降低對台灣等地的依賴，並籌建歐洲微電子技術聯盟，成員包含歐洲主要晶片製造商、車廠和電信公司，期望在晶片和微處理器的銷售額中，歐洲至少能達全球的20％。
TSMC已落在前有虎豹撲食、後有犬狼追殺的處境，不僅如上述美、歐虎視眈眈、 必欲奪之，而後面的兩股勢力，也在奮力追逐。
韓國三星跨越芯片設計、製造及手機生產，當然不肯服輸，中國的中芯國際與華為，也在勵行十四五規劃「2025中國製造」的使命，企圖生產70%的自用半導體集成電路，中芯在無EUV的狀況下推出的N+1、N+2，前者接近於三星的10～8nm，後者接近於市售7nm稍遜，以策略推估，美／歐／台／韓／中都在IC水平整合與垂直整合的現在進行式中力拼，否則必將被迫退出戰場！
台灣還有水電不足的隱憂，以及少子化、老齡化造成人力、人才的問題，都將衝擊各種產業包括IC，堪慮將迫使護國神山及諸群體分散至他鄉立足，其實韓國也有人口負成長的困境。
進入香農定理與摩爾定律極限後期
1948年美國香農博士在《通信的數學原理》一書中，提出了著名的香農定理（Shannon Theory），在通信和儲存領域得到廣泛應用，且長達70多年，在未來的20～30年人類將進入萬物感知、萬物互聯和萬物智能的社會，這與70年前的香農時代發生了根本的變化，根據香農定理，在相同信噪比（Signal to Noise Ratio）的情況下，增加信道帶寬（Channel Bandwidth）成為決定5G網速的主要因素。
這種信道帶寬的方式，有些專家稱為5G後再無6G，這意味著未來通信的發展只剩下量的擴增，並無實質的技術進步，未來通信的場景，將由以往的人與人通信為主，向人與機器、機器與機器通信為主的方向轉換，這種新場景、新問題和新挑戰，已進入了後香農時代，不僅需要理論的突破和工程技術的發明，還需要數學家發揮核心作用。
Gorden Moore在1965年預測，芯片上的組件數量將每年翻一番，到了1975年達到驚人的6萬5000個，這是上半個世紀神準的發展，在1975年確證之後，他將摩爾定律放慢為每2年增加1倍，從那時起該定律成為IC發展的軌跡，並且在經濟上芯片增加晶體越多，價格的增幅卻不大或可接受。
近50年來，集成電路技術促進了許多國家的成長，從筆記型電腦、智慧手機、GPS等的普及，到人工智能和基因醫學，儘管近年來發展步伐有些緩慢，但先進的芯片裝有500億個晶體， 更推動了大氣監測系統、量子計算，乃至抗衰老治療和超個性化藥物，主要歸功於快速準確的計算能力。
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然而時間似乎到了，摩爾定律也許快衰竭了，晶體再增加於芯片上的可能性越來越困難了，經濟上也陷入困境，高階芯片廠的成本以每年13％的速度增長，而且繼續擴大，芯片也進入了類別更專業化、特定化，而通用的芯片則趨向停滯。
為克服此障礙，例如TSMC利用ASML的極紫外輻射光刻法（EUV）生產了7及5nm並向3及2nm的芯片邁進，但到1nm時是否摩爾定律就完全終止了呢？到那時兔子也只有停下等烏龜趕上了。
台積電應鑽研異質整合技術
有關於此各專家及機構提出多種可行方案，因台積電必須固守IC製造寶座，華為則期望一雪斷晶之苦，作者僅以TSMC與華為的克服策略簡要報導如下：
TSMC首席科學家黃漢森認為有許多道路可走，提出了小晶片、先進封裝等異質整合、3D整合或DTCO（Design & Technology Co-Optimization）等發展選項，TSMC可以自由地對這些技術鑽研，因為各種應用平台所關注的表現不同，所以需要的技術有所差異。
製造者必須衡量客戶的需求、產品的技術及成本等綜合考量下，為客戶提供最佳方案，因此TSMC不得不強化技術的深度與廣度，不要讓自己一直追著摩爾定律跑，而是要跳脫摩爾定律的框架，前面還有更多的道路可以選、可以走，不同於過去單一晶圓代工的內容，例如異質整合需要將2種不同的產品整合在一起，好比邏輯芯片和記憶芯片，其難度在新的IC整合並沒有現成的資料可取供參考，將2種不同產品整合後還能正常操作，是TSMC面對的新挑戰。
再如矽無疑是半導體最佳的材料，隨著5G、AI甚至晶片縮小等應用，必須採用矽以外的材料來互補合作，這些新材料例如氮化鎵、二維材料、氮化硼（BN）等將有所助益，都需要時間和人才研究與開發。
隨著5G、AI甚至晶片縮小等應用，台積電必須採用矽以外的材料互補合作，如氮化鎵等材料的研究與開發。（資料照，AP）
光芯片（Photon Chip, 詳細請參閱本人投文於風傳媒的〈不可小看的武漢華為研發中心〉）不是矽晶圓芯片，與台積電或麒麟處理器完全不同，光芯片用於光電信號的轉換，是核心器件，包括了激光器、調制器、耦合器和探測器等，是5G時代的關鍵技術。
中國對光的研究曾落後於歐、美甚多，在路由器、基站、傳輸系統、接入網等光網絡核心建設中，光器件成本占比高達60%以上，光模塊是5G最重要的一部分，要想在5G時代獲得高利潤，就必須在上游芯片和核心器件布局及延伸，華為任正非深知此理，對光的技術情有獨鍾，在國內外如武漢、上海和劍橋就地取才設立40～50個光中心。
2021年2月華為公布1項名為「光計算芯片系統及數據處理技術」 的專利，涉及電腦的領域，相較於傳統微電子芯片，光計算在某些應用中的性能有很大的提升，光計算芯片無需額外計算設備輔助，讓數據處理更高效快速，華為彎道超車，光芯片技術專利的公開，可以告別光刻機的高牆阻擋嗎？！
