護國神山

文/郭立昌

今年90歲的張忠謀先生說：「下一個護國神山，難！」2013年，90歲的李前總統登輝先生贈送我一本他剛完成的書，書名為《21世紀台灣要到哪裡去》，說道：「我們要藉由回顧20世紀來展望21世紀。」

● 前言

只要民間有志之士持續進行「社會責任投資」(SRI)，創造未來世代所需之高新科技產業，台灣就有出路。在APEC領袖會議，張先生告訴我說：「2奈米就到頂了！」那時他才75歲，轉眼真的就要到頂了，一個90歲的老人家，我們祝他健康幸福快樂吧，不要再要求他再做什麼。新加坡領袖會議之後，和李前總統談起「為台灣開出路」的事工，他看見立昌展示的「動力晶片」，嚇了一跳，問道：「像郵票這麼小，竟然有電？歐卡西內！」我們談起了未來台灣的優勢產業，想不到幾年後，他贈我的書就論述起「晶片」發展史，他也已經在去年化為千縷輕風矣。

● 晶片的重要性

美國總統拜登(Joe Biden)日前說了一個故事：「一個將軍的馬，小小的馬蹄鐵沒釘好，摔死將軍，吃了敗仗，丟掉整個王國。」他舉起手指掐著的微型「半導體」強調，這比郵票還小的「晶片」(Chip)裡頭有80億個「電晶體」(Transistor)，晶片是21世紀的「馬蹄鐵」(horseshoe nail)，它的短缺導致了汽車生產的延誤，導致美國工人的工作時間減少。意思是，小小的晶片影響國家利益和安全，希望國會批准「370億美元」經費以解決晶片瓶頸(to resolve chip bottlenecks)。

● 居安思危

據主計處的資料透露，2021年台灣GDP的成長率將坐4望5，人均所得將達到3.2-3.3萬美元。去年因為COVID-19疫情蔓延，全球哀鴻遍野，台灣的GDP成長率2.91%，自詡為「四小龍」之首。問題是現在南韓是G20會員國(兆美元大國)，香港也早已回歸大陸；新加坡的國土面積才7百平方公里，不是比較的對象。重點是，聯合國第26屆氣候高峰會(COP 26)的決議才是決定未來生死的關鍵。今天是2021年要作總結的時刻，此刻就像1985年資訊工業的關鍵時刻，王安殞落，IBM勝出；COP 26的決議，其影響力大於1985年那次數百倍，因此若能居安思危，與世界同步，則台灣的未來將會無限光明。

● 電子計算機史

以前在河內APEC領袖會議時，張先生說：「2奈米就到頂了！」為何會到頂呢？因為電子會被穿透，所以需要新的科技發展方向。轉眼就到2奈米了，而張先生也已經退休，1931年生的他也高齡九十了。大家還期望從一位老人家的腦裡擠出什麼東西來嗎？想想自己現在多大年紀，是否很多事情都已經力不從心了！有這種同理心，台灣就有地方可以去。

2010年初，到翠山莊拜訪李前總統登輝先生，他拿到了我們的贈書和APEC領袖會議的資料，非常詫異，說：「真不知道這些後輩在想什麼？」不久他寫了一本書，書名叫《21世紀台灣要往哪裡去》。除了警告「不要有飄流思想」之外，就是談我們跟他報告的「電子計算機史」。

台灣管叫「Computer」為「電腦」，其他地方都叫「電子計算機」。電子計算機與「電子迴路」有很大的關係。1878年，愛迪生(Thomas Edison, 1847~1931)發明鎢絲電燈時，有人多放了一支腳，被稱為「第三支腳」；愛迪生發現這個有第三支腳的「真空管」可以用來作「迴路設計」，才有後來的消費性電子產品，構成五光十色的世界。愛迪生與妻子瑪麗於1882年創辦了「通用電氣公司」(簡稱GE)，因為堅持使用直流電，而與摩根鬧翻，愛迪生夫婦被趕出自己創辦的公司，瑪麗則於1884年鬱鬱而終，享年29歲。上天垂憐愛迪生，他的「第三支腳」在1884年取得發明專利，這個能用於正極做迴路設計的發現被稱為「愛迪生效應」。

據說德國數學家萊布尼茲(Gottfried W. Leibniz, 1646~1716)讀到《易經》時，從八卦的「2的三次方得8」中悟出「二進制」(binary)，於1671年25歲時，發明了世界上第一台能進行「加/減/乘/除」運算的計算器—不過，當年沒有「迴路設計」，也沒有相關的零組件，很難相信他能做出計算器。但是，萊布尼茲把二進制加以整理，以「2為底數」作為記數系統，以「2為基數」代表系統是二進位制，「0和1來」表示，成為後來研究「數位電子電路」用於「邏輯閘」的方法。每個數字稱為一個「位元」(bit—即binary digit的縮寫)，8位元稱為「byte」。

經過一百多年之後，貝爾(Alexander Graham Bell, 1847~1922)於1875年獲得電話專利。1877年，愛迪生接受西聯公司(West Union)委託，改良貝爾發明的電話；新電話是利用碳的顆粒，把聲音的振動，改為電流的變化，並使用感應線圈，使聲音顯著加大，並拉長通話的距離，電話開始進入實用期。法國政府在1880年授予貝爾「5萬法郎」(當時約為1萬美元)獎勵他發明電話，貝爾則用這筆錢創辦「貝爾實驗室」，1881年創立美國貝爾電話公司(American Bell Telephone)，1885年創辦美國電話電報公司(AT&T)；進而在1899年12月30日，AT&T收購了其母公司(美國貝爾電話公司)的資產，成為新的母公司。AT&T在美國建立了本地電話子公司網絡，AT&T及其子公司在1913年通過「金斯伯里承諾」(Kingsbury Commitment)由政府當局授權，壟斷了電話服務，成為20世紀電信業的龍頭。

● 電晶體與半導體

由於「愛迪生效應」及其「第三支腳」硬體的催化，人類開始進入了五光十色的世界，電話/電影/汽車/輪船飛機等等，都隨之快速地演進，成為人類生活的一部份。AT&T最大的貢獻應該是保留「貝爾實驗室」。1947年，實驗室的三位研究人員：蕭克利(William Bradford Shockley)、巴丁( John Bardeen)和布拉頓(Walter Houser Brattain)發明了「電晶體」(transistor)—這可能是貝爾實驗室的最重要發明，三位發明人於1956年共同獲得諾貝爾物理學獎。

電晶體的主要功能有二：「放大信號」與「開關」。放大訊號就好比是收音機內麥克風使用的「積體電路」(IC)，可以接收微弱的訊號後，在不改變波形的情況下放大訊號，驅動喇叭發聲，這類IC處理的主要是連續性的訊號，被稱為「類比IC」，除了放大訊號外，類比IC也可以做為調頻、混頻及電源管理IC使用。

從拜登總統的說話，可以看出電晶體與半導體互有關聯。「半導體」(Semiconductor)是電導性介於導體與絕緣體之間—即金屬和木頭之間。「電晶體」的原理，就是把「N型和P型」半導體結合，當兩類半導體結合接觸時，帶著自由電子的N型半導體和帶著電洞的P型半導體接觸面會開始彼此中和(電子、電洞擴散)。電晶體的發明者之一「蕭克利」藉由在半導體矽之中製造「電子區」和「電洞區」，產生電流傳導的功效，以控制半導體「導電」或「不導電」。

即使蕭克利等人發明了電晶體，到1948年，半導體仍只是科學家們所知的名詞。他們與「晶片」有何關係？為何成為今天拜登總統口中的戰略物資，涉及國家利益和國家安全？為何會成為護國神山？則要先談半導體的歷史。

張忠謀先生提起，1949年18歲到哈佛讀書時，還沒有看見Computer；1950年轉學到MIT(麻省理工學院)時才看到—整部都是「真空管」的電腦，他也學「coding」(編碼)，但偌大的一台電腦功能還不如現在的一支手機。1956年，蕭克利等人因為電晶體得到諾貝爾獎，AT & T覺得電晶體太重要，不能獨享，於是把它授權給許多公司生產—包括「IBM/ TI/ GE/ RCA」都在研究發展。所以Computer和Transistor開始同步發展，以至於改變了整個人類的生活。

● 1969年汰舊換新

經過十年的努力之後，電晶體的研發取得具體的成果。由於當年的真空管電視機開機時，顯像的時間很長，所以就安裝「預熱」的功能，導致打開電源開關時有出現「爆炸」現象。當時電氣產品國際會議決議「以電晶體取代真空管」。1969年，全球電子公司董事長藍約翰先生對我說：「真空管要淘汰了，我們要迎接撞擊！」果然，瞬間沒有訂單，電器廠在1969-1970年間死傷遍野。老友陳永田先生的莊廠長每天都來我的工廠報到，好不容易開發出一台「塑膠電風扇」，送到美國變成一堆碎片，家父和他們去處理善後事宜；猶太買主指著一台手提電晶體收錄音機說：「你們能做出來，有多少就買多少。」經過半年，我們真的開發出「純台灣製」的手提電晶體收錄音機，猶太買主也真的大量採購，陳先生不久就在永康交流道旁買了幾萬坪土地，「幸福牌」(Lucky)成為台灣電晶體產品銷美成功的首樁案例。全球電子公司則接受「YORX」的委託，也在台灣組裝電晶體電子產品。

需要的應用材料，國外的貨源很不穩定，因此我們從永康鹽行到麻豆，建造了四個工廠，生產絕緣材料/偏向軛/超微導線/各種開關及自動化加工機具，配合電晶體產品的發展所需。1972年，做出來的絕緣材料應用在電晶體產品裡，居然產生「漏電」現象；趕緊跑到成功大學找姚靜波和馬承九兩位老師，經過徹查的結果，姚教授笑著說：「這是『導電』現象，不是漏電現象。」馬老師則說：「你這次是重大的發現了。」即使是木漿做基材，中間的介質和添加物若比例恰當時，也可以使絕緣板變成超級導電板—這就是「動力晶片」的緣起。

1974年，立昌在永康六甲頂中央路61號建造「成光精密工業有限公司」時，行政院長蔣經國先生來訪，他用江浙口音問：「精密到底是什麼？」我答：「就是把東西做得小小的。」因為我們有承接中科院的委製項目，蔣院長說了一些鼓勵的話，後來行政院送來「利用厚生」四個字—可能是指我們善用資源，嘉惠鄉親吧！

1948年奉命將瀋陽兵工廠遷來台南中山公園對面的馬承九老師，他一生對電池情有獨鍾，在2008年95歲時還出版了一本《燃料電池札記》的書—其中隱約可以看出未來的「護國神山」之端倪。

● 1973年啟動半導體

1973年，在蔣經國(1910~1988)、孫運璿(1913~2006)和李國鼎(1910~2001)三位政壇最有權力的官員推動之下，工研院啟動了「半導體」的研究計畫。李國鼎先生說：「當時的規模還很小，只有三寸晶圓---也投入了相當多的經費。」我們的絕緣材料和超微導線都曾經在其中有個位置。1974年之後，我們幫助全球電子公司到NYSE(紐約證交所)上市成功之後，接著幫忙台南市長張麗堂先生和矽谷的「聖荷西」(San Jose)締結姐妹市。後來，李國鼎先生說他要去矽谷訪問，而在1985年聘請張忠謀來台灣，主導工研院的半導體研究事工，轉眼已經花費十二年工夫了。

● 王安的前車之鑑

1990年發行《科技與未來》季刊時，去訪談李國鼎先生，他說：「當年至少培植三個重點產業。」除了半導體之外，還有「自動化機器人」及「磁芯記憶體」。1982年，他就在新竹科學園區(竹科)培植一家「台灣自動化」公司，花費幾年沒有成果。李國鼎致力爭取的一家企業就是赫赫有名的「王安電腦公司」；1984年，王安曾經成為全美第五大首富—華人第一首富，他在竹科的工廠受到層峰極度的關注。然而，王安的人生巔峰，也是急轉直下的關鍵年度，未能審時度勢，超級巨星終於被擠下了資訊工業的耀眼舞台，許多新人紛紛粉墨登台卡位。

早期的電子計算機，新的資料會覆蓋舊資料。中華民國9年生於上海的天才王安(1920~1990)，從上海交通大學電機系畢業後，1948年，28歲即取得美國哈佛大學應用物理博士學位，1951年在波士頓南區租了一個小房間創辦「王安實驗室」(Wang Lab)，只有一個用鎳鐵合金材料製成的產品—「磁芯」(Magnetic Core)。磁芯是王安在1949年發明來進行「讀後即寫」(write-after-read cycle)的記憶體，解決了覆蓋前資料的問題，為電子計算機的存取方式帶來重大的革命。據悉創業初期，每個磁芯都是王安自己親手用電烙鐵加工而成，每個單價「4美元」—聽說有1位元的記憶容量；1951年底結算，「王安實驗室」賺了約3千美元(他本來的年薪5千美元)。不過，王安的發明後來引領風騷20年，王安也是當年兩岸領導人爭取的重點人物。可惜，王安過度迷信於自己的能力，未能隨順潮流，而被淘汰，他在1990年辭世後，1992年王安電腦宣告破產。

● 相容定勝敗

王安的殞落，是值得我們台灣人警惕的一件大事。也令人想起當年「錄影帶之爭」—擅長研發的「索尼」(Sony)推廣體積較小的「Beta」影帶，最後卻敗給「松下電器」(Panasonic)的「VHS」大帶；因為後者連結歐美消費性電子大廠，形成「聯盟」，而把索尼的錄影帶及其設備擠下消費性電子產品的舞台。所以，建立規格/標準，或者隨順潮流，使產品具有「相容性」，才能無限發展。

1975年，來自聖荷西的IBM工程師，我們在太平橋邊的成光精密討論「未來的電腦應有的樣貌」，列出了長串的清單，我們貢獻了一些小零件，結論就是要朝「小型化」發展。經過了十年的努力，IBM公司於1985年推出「IBM 5550」個人電腦(PC)，驅動軟體就採用微軟的「DOS」，強調的是「相容性」；重點是，其中的中央處理器與王安電腦完全沒關係，王安在1985年被排除於「主流」之外，迅速地被邊緣化，被擠下了數十萬億美元商機的資訊工業的舞台。

● 理工掛帥的時代

對比意氣風發的王安時代，有一群年輕人正孜孜地埋首於研究新的存取方式。張忠謀(Morris)先生提起1955年取得MIT碩士學位之後，首先選擇進入希凡尼亞 (Sylvania)公司的半導體部門工作；1958年轉到德州儀器(TI)工作，同事傅比斯(Jack Fubis)大他8歲，默默地研究「積體電路」(IC)，只有碩士學位的他雖不懂理論物理，仍堅持他是「Engineer」(工程師)，而不是「Scientist」(科學家)—可見當時的美國年輕人以「工科生」為榮。因為工作的關係，Morris認識仙童(Fairchild)公司的諾伊斯(Robert Norton Noyce,1927~1990)和摩爾(Gordon Moore, 1929/1/3~)。那時半導體的領域還很小，大家競爭都很gentleman (紳士)，他們一起開會，一起喝酒和唱歌，3人很慶幸能加入這個有前景的半導體產業。諾伊斯也是IC的推廣者之一，摩爾則發明了著名的「摩爾定律」，他們創辦了「英特爾」(Intel)公司；而張忠謀則來到台灣，努力耕耘半導體的「晶圓代工」，成為台灣半導體教父。

● 摩爾與英特爾

1957年在矽谷創立的「仙童半導體公司」培養出影響後代資訊工業的人才。檢閱文獻，1965年4月19日，《電子學雜誌》(Electronics Magazine)第114頁發表了仙童公司工程師摩爾的文章〈讓積體電路填滿更多的元件〉，文中預言半導體晶片上整合的電晶體和電阻數量將每年增加一倍—意即「每一至兩年電晶體密度加倍」，被稱之為「摩爾定律」(Moore’s Law)。Morris說：「從此半導體界變得殺氣騰騰，以前和摩爾唱歌回去的情景不再---」1968-1969年間發生劇變，因為發明CMOS(互補金屬氧化物半導體，Complementary Metal– Oxide– Semiconductor)—感光元件將訊號處理電路整合在同一裝置上，改變了世界，它的發明，使得摩爾定律成真。

1967年，摩爾、諾伊斯和葛羅夫(Andrew S. Grove, 1936~2016)創辦了「英特爾」，跳過王安的概念，發展新型的「中央處理器」(CPU)。1985年，IBM 5550個人電腦(PC, Personal Computer)出品而受到歡迎，大家都認為PC不再是「TOY」(玩具)—因為以前流行的是「阿達利」(Atari)的電動玩具(Game)。從此辦公室的秘書不必擔心用打字機打錯字，因為IBM 5550可以打完整份報告，顯示在屏幕(Monitor)，檢查之後，再列印出來。「晶圓代工」(Foundry)會被列為重要的「創新」(Innovation)，是由於PC被大量地運用。葛羅夫於1987年至1998年擔任英特爾執行長，主導了英特爾在1980年代至1990年代間的成功發展，創造了偉大的「Intel時代」。「時勢造英雄、英雄也造時勢」，PC和CPU一起快速地發展。

● 晶圓代工的緣起

Morris提及「晶圓代工」(Foundry)想法的緣起：1985年他在紐約GI時，有人來找投資5千萬美元，說要做「Foundry」，他問「BP」(商業計畫書，Business Plan)，那人答：「BP都在我腦裡。」Morris說他很有興趣，但仍是需要BP給同事看。那人說回去加州，兩個禮拜給他BP，但過了三個禮拜還沒有回音，他就打電話給那人，那人說：「Foundry capital too intense!」(耗資金太龐大) 表示改做「IC設計」只需投資五百萬美元，自己湊一湊就夠了。Morris也因此認識了晶圓加工產業。

晶圓是「心臟」部份，是IC設計的一部份。台積電的商業模式(Business Model)最大的意義在「Customers(客戶)是誰」—客戶就是半導體公司；而競爭者就是客戶的晶圓部門。由於公司政治，所以搗亂性很大。Morris慶幸地說：「能做到今天這樣的成績，實屬不易。」當年李國鼎親自去矽谷考察，回來向層峰建言，而能於1979年在新竹設立科學園區。李國鼎說：「1973年，孫運璿先生就提撥經濟部的經費推動『半導體工業』的發展。」而且孫運璿先生還引進「美國無線電公司」(RCA)，在工研院成立積體電路工廠。直到後來在1985年，Morris被邀請回來台灣主導，他說：「RCA並非一流的半導體公司，以至於工研院進展有限，還被指『與民爭利』。」除了國家領導人的支持之外，也要有合適的人才，一座護國神山才能緩步建構起來。

● 投入一甲子

Morris說：「1987年我在台灣創立台積電。」台積電在2020年成為全球半導體業市值最高—6千億美元；然而，2021年英特爾以霸主的地位宣布要做「Foundry」，他覺得：「這對我來說感到很諷刺。」因為1985年時，他就找過英特爾投資，卻被拒絕—以景氣不好及時機不對為由。不過，後來台積電成立，英特爾還是有發訂單下來。如今，英特爾創辦人葛羅夫和諾伊斯都已去世，摩爾年歲已高(1929年生—92歲)，居然其後輩被「AMD」(超微半導體公司)打到丟失半壁江山，才回頭過來宣示「要做Foundry」。

Morris於1955年加入半導體業，那時電晶體只有黑的，還沒有IC。晶圓製造/製程研發是技術密集/資本密集和高附加價值的產業。像封裝和測試就不需要資本密集。他說：「1960年代，半導體業開始分工。」因為那時日本的工資是美國的百分之五，台灣的工資是美國的百分之一，有人建議去日本做，但因為日本的工資漲得很快，台灣漲得比較慢，所以選擇來台灣做。至於半導體的用途：「國防/飛彈/手機/電腦/導航/GPS…」都要用到，COVID-19新冠疫情加速了半導體的應用。當年他在TI(德州儀器)時，TI有研究「GPS」(全球定位衛星)—被列為最高機密，1970年代GPS是「Defense System」—國防用途，他覺得：「GPS很神，能決勝於千里之外。」不過，現在每台車子都有；像「助聽器」的IC也是台積電做的。

王安發明磁芯記憶體的1949年，張忠謀18歲到美國，讀書工作到退休54歲，1985年來台灣又開始說中文，這30年來也創造了一段奇妙的旅程。如今，台積電在新竹/台中和台南都有廠—可以「one day community」(一日社區)，不必搬家，人員可以互換。Morris說：「去亞歷桑那(Arizona)怎麼做？」在台灣，台積電上游有聯發科做IC設計，中游有「Raw Materials」(原料，例如氣體)/設備廠(例如ASML)，下游有組裝/測試；台積電不只是一家公司，而是一個完整的「產業鏈」。他還表示，工研院從1975年做半導體計畫，技術來自於RCA，RCA在美國就不是一流的，所以一開始就落後。做了十年，到1985年落後更大，花大錢做小生意，山窮水盡，還被指責：「與民爭利。」在1985年的關鍵時刻，因人事地巧合，風雲際會，Morris幽默地說：「李國鼎欲找出路，Morris趁虛而入，Foundry Model是世界第一個。」

從以上的回顧，可以看出所謂的「護國神山」，最需要的是層峰的支持，還有合格的人才，花費「一甲子」(60年)的工夫，鍥而不舍地專注於一個原本被視為「附屬品」的行業。1997年，我們協助經濟部「中小企業巡迴服務列車」，到台南舉辦講座，《中華日報》報導之後，來參加的學員之中就有台積電派駐台南的專員—他的工作為「集資」；後來還出版了一本書《IC教父張忠謀的策略傳奇》，作為輔助工具，而達到了目標。由於社會的支持，還有政府的不離不棄，使得台積電能夠在南科立足，據悉最先進的「3奈米」晶圓要在南科生產。台南有充足的人才，必須感謝來自東北的兩位學者—成大電機系「姚靜波」教授和機械系「馬承九」老師，他們的作英育才，使得台南的人才庫無虞匱乏，也在「機電整合」早有充份的知識。

● Morris的看法

Morris認為「人才」是關鍵的成功要素—除了政策及資金之外。他認為，台灣有敬業的工程師、技工和作業員，人才願意加入「製造業」。美國的敬業態度不如台灣，幾十年前製造業在美國就已經不紅了。美國人只願意做「R&D/ 金融界/ VC/ Marketing」—這些在美國都比製造業吃香。所以，他認為：「在台灣一流，去國外未必一流。」他在美國工作了30年，美國的文化和風俗與台灣不一樣。成功的要素還有：國際性的企業要有「專業經理人」來領導—董事長以下都是專業經理人，長期堅持「R&D」(研究發展)投資。台積電曾經提供12萬個工作機會，目前現職有5萬名員工，由於政府和社會的支持，才有今天的成績，產品幾乎每個人都用得到。

Morris認為美國的優勢是，「土地和水電」都很充足；但是人才不行，工程師/技工/作業員皆不行，單價太高了；即使政府補貼，也是短期補貼，補不了長期。他認為最大的競爭對手是南韓的「三星」，因為人才與台灣相似。他認為下一個護國神山應有明確的定義：「1.對世界有益，2.對台灣有利。」台灣僅有2,300萬人，他花了幾十年還沒有找到下一個，他的結論是：「下一個護國神山，難！」最後，他語重心長地說：「半導體是國防民生產業，得來不易，守住更難。希望政府和社會繼續支持。」

● 結語

自從1879年愛迪生效應，到1949年王安的磁芯記憶體，70年的工夫，人類從煤油燈的時代躍進至資訊工業的時代。1947年蕭克利等人發明電晶體更是讓資訊工業，如鷹展翅上騰。由於真空管的淘汰，我們於1970年在「姚靜波和馬承九」兩位成大教授的協助下，幫助鄉親進入電晶體產品的時代；也因為蔣經國先生的「自立自強」政策，我們發現自己的產品能為國防工業貢獻棉薄。1990年代，超過一百場的「科技與未來」講座，我們從磁芯講到氧化矽，從砷化鎵談到氮化鎵，也從碳化矽談到了「動力晶片」，引發了驚嘆聲之餘，就是在APEC贏得「電商法案」，促成傳智晶片廣泛應用於身份識別和交易結帳的場合。我們的「衛生倡議」在2020年新冠疫情蔓延期間終於被視為先知預言，我們帶至世間的「非現金」(Cashless)系統年交易額高達仟兆元。我們在每個階段都會盡「社會責任」投資於新產業，目的就是落實「富裕台灣」的使命目標。2021年11月，聯合國第26屆氣候峰會(COP26)已經決議「節能減碳→減少化石原料→發展生物基原料」，直到達成淨零排放(NZE 2050)目標。由於「王安的前車之鑑」，下一座護國神山的建造，必須與世界同步，接軌未來，年輕貴族學習蔣經國、孫運璿和李國鼎先生的作為，如此才有可能美夢成真。