閱讀手札 摩爾旅程 240407
摩爾旅程：電晶體數目爆增的神奇魔力
作者： 林茂雄
出版社：成真股份有限公司
出版日期：2023/08/30
在半導體的世界，中文作者的相關書籍有張大凱著作電的旅程及李雅明所寫的半導體的故事，兩者都是半導體相關領域博士，前者在洛克威爾國際公司rockwell international科研副總裁，後為執行長退休，擁有產業界豐富經驗，半導體界發展MOS製程晶片。 後者曾為清華大學電子所所長，身為半導體重鎮的新竹科學園區主力研發學術單位，對於相關領域背景知識也所知不少，這些歷史鼓勵新進人員與學生繼續向前。蕭克萊博士與快捷半導體半導體八大將的恩怨故事最為津津樂道。發明者並非一定是優良管理發展者。憑藉後來者一點一滴耕耘才讓超大半導體積體電路成為世界電子業的主要角色。
相關鏈接 電的旅程 半導體的故事
本書作者也是產業出身，曾任職IBM有關CMP的發展，AT & T貝爾實驗室中MPM封裝過程等，後來回國在台積電擔任研發處副處長與廠長等重要職務，算是台積電早期重要推手之一。生涯中兩次創業，創辦米輯科技/米輯電子，後被高通所併購。目前是成真企業創辦人。手上有多個半導體相關學術論文及重要製程專利。本書的背景知識不低，時間即無知，熱力學熵到出現切割過去與未來。空間即重力，這是廣義相對論中基本原則。測不准原則，談到最重要的量子力學，其中濃縮作者成長以來的故事，科學及工程背景骨幹，穿插親身經歷或見證之故事。不斷引用學術基礎，穿插哲學觀點，似文學感性書寫。成就本書，量子力學，量子熱力學，古典電動力學與古典熱力學，其中談到費米第拉克統計，研究所等級統計力學中三大巨觀粒子統計狀態。
書中重大結論頗多，這也是作者在產業界多年吸收匯總而得。印象深刻兩點與近日中美科技大戰極有關聯性、作者在發展新製程之間需要大量試誤機會，必須有遠景的需求才可放手讓工程師進行攻堅。美國自行放棄技術領先就在此，平白放棄大量產品銷售，空出市場讓中國後進廠商得以學習發展，大量的需求創新發明得以出現，作者以自己的重要發明銅柱金屬連線專利，就是因為電鍍參數錯誤，加上作者直觀思考，半導體晶片中電路導通的問題，相輔相成出現。再者就是所謂RD並非以新的技術想法為前提，要滿足市場為第一優先，這一點也是本文中曾提到的多種用途晶片封裝MPM的考量，在AT&T過早出現而夭折的想法，反而是產業突破另一路徑。以CPU效能為例，由時脉不斷提高，印象最高曾到3.8G，因為散熱及其它問題而捨去，後來改用多核心技術才改了效能問題。
在發明這一條路上，作者曾有多個想法，最近企業使用的現場可程式化邏輯閘陣列，使用少量記憶體與多數邏輯閘封裝一起，使用者可以自由改變邏輯順序，成為邏輯硬碟。作者說明類似記憶體封裝，多個記憶片加上少量邏輯晶片，組合使用。邏輯與記憶的交替使用。同時也說明晶片通信信號通路，以往可能使用打線跳接，少數晶片使用鍍銅當做信號載体，需要在模擬之初就已設計該線路。
因為有半自傳部分，作者談到自己成長與貧困區域，一路成長受惠與教育獎金，專利制度保護，師長與同事的提醒協助。過往經驗往往是個人無價之寶， 不管是否當下發揮作用，一般人常高估自己或製程作用的短期效用，卻忽略此動作或製程的長期影響。作者也是以自己對於化學電鍍的熟習，往往可以在半導體製程以不同角度切入。因為是半導體不同製程圖，重要元素能階圖，基本電路中邏輯閘或記憶電路，不管是SRAM或DRAM或flash的基本作用，需要稍具電子學知識，基本物態表示的常識等，導致本書出現不少學術名詞或專利說明文件等，實際上是作者自費出版，也多虧與圖書館收藏讓更多讀者可以享用。這也是社會進步導致更多人可以在一個大環境之中發展自己。但是專利制度的流弊或者是美國教育費用過高等問題，並非在本書範圍。以作者所受教育，漢賊不兩立，中國利用貿易是否得到西方國家太多好處，但是如果沒有中國低價產品，世界各國是否過得如此滋潤？同時這個社會主義國家內部社會人民受惠更多，社會更發展，在疫情中表現如何？在以阿戰爭的態度，對比美國的態度！台灣大陸分開多年，很多行動反而殊途同歸，耕者有其田的土地改革，利用人口的產業代工模式。乃至於疫情管控的起停時間居然表現相同，美國都已經放寬至少一年以上，台灣依然不放鬆。究竟誰是參考體！
本書出現最近中美科技戰重點之EUV舖光機，使用 鐳射光激發離子態的錫滴，化學作用後能量降低就會發出EUV光，13.5NM約等於100電子伏特的能量，如何穩定輸出，如何將此光源轉向到光罩上，那種材料可以承受此種光源，這些都是頂級技術。作者也說明使用人造太陽，網路上也說使用同步輻射當光源等不同解決方案。也許如同上述說明，市場是否需要如此精細的積體電路也是問題！
其他一些遊記也可以當做過往的對比，當初台積電旅遊歐洲各大電子廠推銷代工，沒有地圖，連絡不算方便，這些主管個人勤奮展示台積電的能力，求一口飯吃。與現代各國搶公司設廠截然不同態度，旅遊其中沒有地圖只能自求多福，現代化網路與通訊是要感謝美國技術，但是到5G時代，中國後來居上，連尼泊爾的機場附近都有廉價方便的通訊，要感謝什麼？時代與個人互相輝映。
序
第一章 積體電路精彩的摩爾旅程──數目爆增的神奇魔力
前言/第一節 半導體世界的起源和演化──獨有的摩爾定律
第二節 神奇的曝光機──光波波長的摩爾遊戲
第三節 半導體精彩神奇旅程的主要里程碑
第四節 我的摩爾人生
第五節 數大便是美──數大便產生神奇的魔力
結語
第二章 活潑主動的電晶體──積體電路因此而產生智能
前言/第一節 四門物理學闡釋了電晶體的空乏層及反轉層
第二節 量子力學促成電晶體的發明──矽晶的能帶及能隙概念
第三節 量子熱力學規範了電子塡進分佈在矽晶能帶的法則
第四節 古典熱力學和古典電動力學描述了電子在矽晶的移動行為
第五節 電晶體的發明及演化
第六節 平面金氧半場效電晶體──主導了1970–2010年代的摩爾定律
結語
第三章千絲萬縷的金屬連線──積體電路因此而誕生
前言/第一節 積體電路的發明──把「數目暴力」轉變成「數大便是美」
第二節 晶片上金屬連線的演化
第三節 晶片封裝承擔保護晶片及信號輸入輸出的重責大任
第四節 貝爾實驗室在1980年代開發多晶片模組技術，期望延續摩爾定律
第五節 米輯的奇異旅程──MeGic及Freeway兩個創新的願景及夢想
結語
第四章 類似人腦的FPGA 晶片──具有可塑性(plasticity)及整合性(integrality)
前言/第一節 用軟體改變記憶體內的數據資料來改變電路的功能及連結方式
第二節 我和FPGA 頗有緣分
第三節 我提出了邏輯硬碟(Logic Drive) 的構想
第四節 數據記憶儲存的革命──固態硬碟及USB 快閃隨身碟
結語 人類的光明前途
第五章 回首前塵，點點滴滴串連成章
前言/第一節 創立成眞公司進入生命科學領域
第二節 從台積電借調到台灣慧智擔任代理總經理
第三節 加入紅外線雷射研發，如魚得水，發揮我所擅長的物理和數學
第四節 為什麼我一直執著堅持要留在半導體積體電路這個行業呢？
第五節 點點滴滴，在不可逆的時間長流中，串連成章
結語
附錄
附錄A 夢想與恐懼──單封裝系統與單晶片系統
(收錄2002 年2 月21 日出刊的「今周刊」雜誌，資深記者林宏文報導的一篇文章)
附錄B 展技歐陸──台積電1992 年到歐洲Road Show
(收錄1992 年12 月出刊的第13 期台積電公司刊物《晶園雜誌》(Silicon Garden) 文章)
附錄C 活在四度空間裡
(收錄1976 年出刊的第17 期台大物理系系刊《時空》文章)
附錄D 我心長悠悠──禾里
(收錄1974 年出刊的第15 期台大物理系系刊《時空》，筆名文章)
附錄E 反摩爾定律的高速公路Freeway 傳輸技術
(收錄2005 年9 月 (Vol.12, №3) 《無晶圓廠半導體聯盟》(Fabless Semiconductor Alliance, FSA) 雜誌文章)
