最後一堂課

最後一堂課

由上帝的創造來探討專利法則

04-21-2016

回台灣日子轉眼就已九年了，雖不算長的日子，但也不算短。聖經詩篇90篇中，摩西的祈禱，如此說:「 ……我們經過的日子都在你震怒之下，我們度盡的年歲好像一聲嘆息。我們一生的年日是七十歲，若是強壯可到八十歲，但其中所矜誇的不過是勞苦愁煩；轉眼成空，我們便如飛而去。誰曉得你怒氣的權勢？誰按著你該受的敬畏曉得你的憤怒呢？求你指教我們怎樣數算自己的日子，好叫我們得著智慧的心。」

承蒙工研院信望愛社的邀請，今天中午在工研院做了一小時的分享，內容是我如何向創造天地宇宙的真神，學習創造和發明。

其實，這也是我近年來一系列專利課程中，有關概念式創新原則和腦力激盪創發想其中的一部分，主旨是如何在腦力激盪的過程之中，學習並發揮如神一般的想像力。分為以下三點:

(一) 探討神創造宇宙萬物的法則

西方文明自文化復興和宗教改革之後突飛猛進，快速地超越中國。背後主因個人認為是新基督教信仰普遍化，以及專利制度的創立。當我讀到創世紀第一章，記載神如何創造宇宙天地之時，曾一度 (2014年4月維基百科紀錄) 身為華人中最多專利持有人的我，被深深地被震撼，聖經藉著人類能懂的語言來描述，起初神如何從無中生有地創造萬物，原來竟然和我們今天的專利法則不謀而合。

比如說，光的創造吧!

第1章3節: 「神說有光，就有了光」。這是第一項可專利的標準 ~ 非顯性 (Non-obviousness) 原則。因為神說有就有了，一般人是不會相信。發明專利若只是小改進，簡單邏輯推導，或人人都很容易就可輕易地想到，而且一下子就做出來的東西，多是顯而易見，多是不可專利的。但這裡，神說有就有，命立就立，絕非一般常人可以做到。

好了，這史無前例的光，被神創造出來，表示說達到了第二項可專利的標準，那就是新穎性 (Novelty) 原則。發明不可以產出他人已經做出來的東西，必須是首創的。如愛迪生發明電燈，在那之前，人類只有蠟燭、煤油燈。若別人已做出來的東西，再給你專利排它權，對前人或社會大眾就不公平了。

第1章4節:「神看光是好的，就把光暗分開了」。在此神要做一些事，光才會產出，祂把光從黑暗裡分離出來。這是第三項可專利的標準 ~ 可行性 (Enablement) 原則。任何專利無論是新產品、新機器、新技術等，發明人必須要解釋如何才能做出來，如何使用，或付上實驗數據，使得有一般技藝水平的人一看便懂，而且可以不費力地照著做出來或使用。如今人類發現無論光是波動或是粒子性質，可見光包括紅、橙、黃、綠、藍、綻、紫等波長，都可以將其分離出來。

最後，第1章第5節: 「神稱光為晝、稱暗為夜，有晚上有早晨」。創造出來的東西必須要有用途，這是第四項可專利的標準 ~ 實用性 (Utility) 原則。發明出來的東西一定要有用，如: 環保、救命、改善人類生活品質等。光被神創造出來的用途是產生了白天和黑夜，人可以工作，可以休息。

這樣的經文在創世紀第一章裡不斷地重複出現.你看! 多神奇呀! 原來西方的專利遊戲規則，乃是從神創造天地的法則中導出來的!

(二) 人類為何需要發明

創世紀第三章17到19節 :「神又對亞當說，你既聽從妻子的話，吃了我所吩咐你不可吃的那樹上的果子，地必為你的緣故受咒詛。你必終身勞苦，才能從地裡得吃的。你必汗流滿面才得糊口，直到你歸了土。」

姑且不論人聽了老婆的話，吃了什麼不該吃的果子，人犯下了什麼樣的淘天大罪，這時就要承受其可怕後果。這時候，熱力學第二定律開始發揮其效力。什麼是這可怕的定律呢? 講白了，事情總是趨向越來越糟的方向發展，又叫做「熵增原理」。熵 (Entropy) 是用來量測在任何閉合系統中的「無序度」，或稱亂度，熵總是隨時間增加，而不能減少。園子不理它，一陣子便雜草叢生，菜圃不照顧，一陣子果菜被虫吃光，老師離開教室，學生打架鬧事…，或說人類不再有免費的午餐了! 不努力工作，就會餓死。世界荒漠化、溫室效應、空氣環境污染、病毒凶惡化…。總之，逼著人類要動腦筋發明，以求生存!

(三) 人類無法發明的東西

人不是神，人不可能和神一樣創造有生命的東西。比如說，自然界存在最基本的有機物是甲烷，透過自然的撞擊，反應碰巧形成一個簡單蛋白質的機會，科學家算過，約是 10113 分之一機會。所有生物都是由細胞組成，而細胞的基本成份是由不同種類構造複雜的蛋白質，叫做「酶」 (Enzyme) 所組成。生物學家發現一個簡單細胞約有 2000 多種不同的酶，才能維持生命。比如說，要合成一隻草履蟲，自然界的有機物透過自然的撞擊，碰巧形成細胞內所有必需的酶的機會是 1040000 分之1! 這意味著，不可能! 中學時期因為名字，同學們取笑我是草履虫。但科學家連一隻單細胞的小蟲也做不出來。

太陽系究竟有多大呢？一架波音 747 客機，以時速1000 公里，由太陽飛至最遠端的冥王星約需 666年。而太陽系共約 200 星球。我們的銀河系是由一組一組星系團組成，星系團有系統地連在一起，成為超級星系團。銀河約有 1200 億顆像太陽這樣的恆星。乘坐光速火箭，由銀河系的一端飛到另外一端需要 10 萬光年，銀河系約有 2X1015星球。天哪! 宇宙間有 1000 億個銀河系，約2x1027星球。我相信，這些不過是估計，真正的數目是，數不清，天上的星如海邊的沙一樣多，有條不亂地運轉，也沒聽說過星球相撞，或突然不轉動了? 若連一隻簡單的鐘錶都說是人精心製造，如此浩瀚的宇宙，大大小小無窮多的星球，怎可能是大爆炸後，就自然而然循現蹈矩地運作了呢? 別忘了! 大自然還有上述可怕的「熵增原理」，若說沒人管，如尼采說神睡了，那還得了? 眾星球豈不都撞擊在一起了嗎? 用腦袋想想吧!

創世記 1:27記載:「神就照著自己的形象造人，乃是照著他的形象，造男造女」直到1902 年，美國遺傳學家 - T。Boveri 和德國生物學家 – W.S.Sutton 不約而同地推測，人類遺傳的任務是由染色體中去氧核糖核酸分子（Deoxyribo Nucleic Acid，簡稱DNA）來完成。1953 年，美國分子生物學家 – J.D.Watson 和 F.Crick 建構了染色體中 DNA 雙股螺旋三度空間架構模型。當然，這精密又複雜的結構直到今日才漸漸地被正確地表達出。(染色體的結構在本人最近出版所新書「智財拼圖競賽」 23頁有詳細描述) 我們人類之所以別於其它動物，有靈、有魂、有體，原來是從神那遺傳來的，所以我們有智慧、有尊嚴、而且渴慕自由，神造了人後，賜給人最大的禮物是自由選擇的意志，你做自己的主人，可以選擇相信、依靠衪，或者不信、離棄他。神造的人類不是機器人! 你要對自己今生和永生負責，因為選擇後自己就承受後果，死了以後，人便去他自己所選擇的地方。去一個永遠和神隔離之處，是何等可怕!

若人類發現了被神所造的東西，比如在山上找到一顆外太空飛來的隕石，是不能拿去申請專利，缺乏新穎性。再者，自然現象或自然法則也是不具可專利性，這因為這些都早已存在，根本不是人類可以發明的，若牛頓發現了萬有引力定律，申請獲得專利排它權，難道以後在地球上走路的人都得付他授權金，那是不公平的。

(四) 如何向造物者學習發明

(1) 利用觀察的自然現象和天然法則來發明

自然現象、天然法則、具有生命的東西等，本身是無法發明的。舉個例子，地球有70 億人口，人和其他動物每天都吸入氧氣，呼出二氧化碳。植物能透過光合作用，吸入二氧化碳，放出氧氣，穩定空氣中的含氧量。然而，科學家到現在還一直無法在實驗室裡用人工的方法模倣光合作用，種幾盆花可能是最簡單的方法。

但人類可以憑著自然現象、天然法則，發明吸收二氧化碳，釋放氧氣的機器。(US 20110290661 A1); 可以將垃圾分類，將有機物垃圾加入催化劑以高溫高壓裂解，合成燃油 (我的碩士論文，WO2007012149A1); 藉基因改造微生物，分解石油 (1980年 Diamond v Chakrabarty案); 老鼠在胚胎時，注入人類致癌基因，導致後代老鼠長癌率大大提升，供人類研究癌症的藥物和治療方法 (哈佛老鼠)

仔細觀察大自然，發現有許多東西，包括: 貝殼、龍捲風、星雲、太陽花、天使魚卵、蜴蜊尾巴、癌細胞、千足虫、蘆薈……等，它們的設計都是循著斐波那契 (Fibonacci) 模式。因此許多藝術家、建築師都以這模式來設計他們的產品，以達到完美的境界。西方藝術以抄襲大自然中的美而發揮，東方藝術多基於人為的装飾。

(2) 藉著神話語的啓示來發明

路加 12 章 7 節 ~ 「就是你們的頭髮，也都被數過了。不要懼怕，你們比許多麻雀還貴重」，原來人類頭髮細胞，含有遺傳基因，這種分析技術，可以做親子或犯罪鑑定 (US 6, 316, 248)。

人類基因密碼是神所設計的，每個人都不同。早期要解讀 30 億位元人類基因密碼，要花很長的時間，如今利用超速解讀器只要數小時，費用也只要1000 美元。因此就有人想到為何不將人類的數據儲存在基因中? 2012年8月，哈佛基因專家 George Church 成功地將5萬3千字的文件，數位化地存入 DNA 記憶體中。並且利用基因序列的技術，無誤地將它們解讀出來。1公克 DNA 諸存 455X103 TB位元 ，約等於 9千萬片 5GB 藍光光碟，保留至少 1000年! 有人訪問他信不信宇宙有一位創造者，喬治回答說: 「科學家應該比一般人都更清楚，這宇宙和生命的奧秘吧! 」

詩篇 19 :4 ：「它的量帶，通遍天下，它的言語傳到地極」公元前460年，當詩人寫這句話時，相信只有神才具備有這能力。如今，人類早已利用地球同步衛星進行全球通訊 (EP 0611500 B1);

啓示錄 9: 3 ~ 10: 「蝗蟲從煙中飛到地上，能力賜給他們形狀像預備出戰的馬，頭戴金冠冕，牙齒像獅子的牙齒，胸前有鐵甲。翅膀的聲音，像許多車馬奔跑上陣的聲音， 尾巴像蠍子，尾巴上的毒鉤能傷人」加州理工學院和哈佛大學發明會飛的迷你機器虫可飛行 1 公里，耗能低、體積小、速度快，無線搖控飛行用在監視、偵察、探測，風迷全球。

啓示錄 13: 16: 「他叫眾人，無論大小貧富，自主的為奴的，都在右手上，或是在額上，受一個印記」這印記可能就是內植性生物晶片，具生物相容性。可使用無線通訊方法連絡，收集病人體內資訊，存取被植體的重要資訊，供醫療使用。也可提供罪犯追蹤調查，或用來找尋失蹤小孩或寵物。

(3) 從受造之物得到靈感來發明

這又稱為仿生發明，例子實在太多，不勝枚舉。比如說: 魚皮泳衣，減少摩擦力; 韓國人發明魚鰓式水下微型呼吸裝置; 台灣人賴宏基，直接利用魚鱗當作眼角膜; 以色列希伯來大學，發明章魚觸鬚微創手術工具; 蜂巢式建築，供機翼結構，輕又堅固; 注射螢光劑，在紅外線照射之下，偵測腦瘤細胞; 學習蜜蜂和鴿子偏振光能力，來設計羅盤，辨識方向; 蒼蠅的陀螺儀，用來維持方向穩定性，如今用在衛星訂位器、相機、手機和無人機上; 變色龍靈感，創造出溫感玻璃; 蜘蛛網防彈衣; 母雞孵蛋器; 蝙蝠超音波掃描; 豬鼻防毒面具; 等等。

結論

本人的智慧若和歷史上著名的科學家如霍金、愛因斯坦和牛頓等相比，相去甚遠。但人類智慧和神的智慧相比時，我們之間的智慧就相差無幾了。先來聽聽這些聰明絕頂的科學家，他們一生對神的存在是持著什麼看法和態度:

(1) 斯蒂芬·霍金 (Stephen Hawking 1942 ~ )

「我們是這樣微不足道的生物，生活在一顆極(不)普通恆星的一顆小行星之上，而這顆恆星又處於千億個銀河系之一的外圍。所以我很難相信上帝會把我們當一回事，甚至注意到我們的存在。」

(2) 艾爾伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein 1879~ 1955)

「以我有限的智力，亦能知曉宇宙是如此的和諧，誰還能說沒有上帝？」

(3) 艾薩克·牛頓 (Isaac Newton 1642 ~ 1726)

「從諸天文系的奇妙安排，我們不得不承認這必是全知全能者的作為。宇宙間一切有機無機的萬事萬物，都是從永生真神的智慧和大能而來; 他是充滿萬有，全知全能的; 他在這無邊無量、井然有序的大千世界中，憑其旨意，創造萬物，運行萬物，並將生命、氣息、萬物賜給人類; 我們的生活、動作、存留，都在乎他。」

最後，我還是以聖經的一段話來總結，羅馬書 1章20節記載:「自從造天地以來，神的永能和神性是明明可知的，雖是眼不能見，但藉著所造之物，就可以曉得，叫人無可推諉」

所以讓我們以謙卑的心來到神面前，一方面享受衪賜給我們的一切，另一方面發揮祂遺傳賦予我們智慧，去思考、創造、發明，回饋人類社會。

半導體産業的生態系統

半導體産業的生態系統

巴西的大草原上，一眼望去一堆堆紅褐色的土丘。令人不解的是，為何每堆土丘上和其周圍都長滿了一種叫洋茄的植物。據專家們的觀察，原來這都是草原上鬃狼們幹的好事。洋茄樹結滿了綠色的果實，果皮堅厚，但果實有毒。若没鬃狼來吃，洋茄無法繁殖。但鬃狼為何要吃有毒的果實呢？原來這果肉可以殺死鬃狼體內的寄生蟲，否則牠們會活得很痛苦。

鬃狼們吃了果實後在土丘上拉屎，來標明他的地界。糞便落在肥沃鬆軟土丘上，暴露在地表的種子會被陽光曬死，但這些帶種子的糞便被白蟻帶入土丘裡餵食幼蟻，於是種子便在鬆軟的土丘四周長出更多洋茄幼苖。這奇妙的三角關係，充滿了自然界的智慧，這一切豈不都是造物者精心的傑作嗎？

(一)半導體產業的鬃狼們

鬃狼就是接單生産的半導體晶片的廠商，如台積電、三星、格羅方德、美光和英特爾等。他們之間有的合作，有的競爭。其中不少有自己的果實，但還要搶食别人的果實。

1960年，半導體產業在美國興起，如今這陣地已逐漸轉移到亞洲。2012年，全球年營收前10名半導體廠商之中，美國占了5名，韓國三星名列第2 [1]。兩年後，台積電晉升第3名。誰知數年後，或許會有中國公司冒出來。

從半導體產業演進的角度來看，起初大部分的公司無論大小都是各自為陣，從設計、生産、包裝到測試，一手包辦。在這種垂直整合的情況下，造成大者恆大，小者便一家家地被合併或關門。因為光是購買和維護半導體生産設備就已經是一筆很可觀的開銷，而且每年還要苟延殘喘地追上那要命的「摩爾定律」腳步。

半導體產業的商業模式看似簡單，其實卻頗複雜。它的生態環環相扣，有的彼此相依為命，採取分工合作的模式。有的必須在競爭中和對手合作。在競合之間爭取最大的效益，是半導體產業維持生存的生存法則。以下介紹三種不同的鬃狼:

(1)  晶圓代工模式 ( IC Foundry)

1980年中期以後，半導體生產技術逐漸成熟，不但製程漸標準化，而且晶片設計也走向電子自動化。自1987年，全球第一家晶圓代工廠 ~ 台積電落成，開工後，晶圓代工和純設計公司的分工合作模式終於落實。

2014年，全球年營收前10名代工廠商之中台灣占了4名，包括: 台積電(1)、聯電(2)、力晶(6)、世界先進(8) [2]。有人比喻晶圓代工有如中央廚房，自己没有設計，也無産品。利用生產設備和製程技術專心地為客户製造他們自己設計出來的晶片。只要訂單充裕，按食譜把菜燒出來就足以賺錢。中央廚房的本領是同時要能燒出各種不同食譜的菜，如台積電有先進的12寸晶圓廠，此外還有8寸及6寸廠。原則上只要按照規格，合乎經濟成本，無論是高檔菜或是家常菜都值得燒。

(2) 垂直整合的公司

半導體公司如英特爾、三星、美光、IBM……等，自己擁有頂尖的IC設計、生産、包裝、測試技術，希望能借著技術「垂直整合」掌握產品的良率 (Yield) 和品質。良率便是晶圓上通過測試晶片的比率，良率越高生產成本就越低。因此提高良率是設計及生產晶片的最高目標，若新產品的良率差，有時不知道是製程上或是設計上出了問題，對垂直整合的公司而言，比較易容找到毛病。

 

(3) 技術聯盟

幾隻狼採取聯盟的方式，共同投資開發先進(又昂貴)的半導體生產技術。如2007年 IBM 和三星、英飛凌、飛思卡爾、查特等公司結盟，共同開發32奈米技術。2012年 IBM又約了三星和格羅方德，三家公司成立「下世代晶片技術開發平台」 (Common Platform)。其實背後的動機包括：(1) 節省研發資源；(2) 分享研發結果；(3) 為IBM即將退出半導體領域鋪路。果真，2014年4月，IBM 轉型退出半導體晶圓代工領域。由格羅方德接收老大哥在紐約上州的財產，包括技術、廠房和大批技術人員。

2011年10月，台積電的技術率先從 32奈米升級進入 28 奈米，在產量、品質及良率各方面都一度領先群雄，是草原上一隻得意的鬃狼。曾幾何時英特爾加碼，從 28 奈米闖入 20 奈米，又於2014年底，開始量産 14 奈米技術。此時台積電的技術好不容易從28奈米，升級到了20奈米後，卻發生了一件不幸的事。高通驍龍810晶片托台積電代工，不料這洋茄的果實太毒了，發生晶片過熱的問題。此時哀鴻遍野，受害者有宏達電、索尼、夏普、富士通、樂金、小米……等一堆手機廠商。此時另一隻兇悍的鬃狼三星，早已決定設計自己的晶片，使用自家先進的14奈米技術來生產，結果完全沒有過熱(中毒)的現象。台積電因一時技術落後，讓煮熟的鴨子(高通)飛了!

(二)半導體產業的洋茄

半導體產業之所以可以拼命往前衝，背後主要的動力，就是那些將晶片設計發包給替他們生產晶片的公司。他們有如洋茄，將設計好的晶片果實餵給鬃狼們吃，鬃狼們要各顯神通才可搶得到果實，否則無法生存。洋茄的種類也是很多，有純設計晶片的、為自己計晶片的、提供設計單元的、電子設計自動化公司等，分別介紹如下:

(1)  純設計公司 (Fabless Design House)

純設計公司則是自己有晶片産品，按設計規格 (Design Rules) 將晶片設計好後，取得中央厨房提共該規格技術的元件模型 (Device models)來進行模擬驗證 (Simulation)，驗證成功，晶片設計才告完成，將其提交 (Tape Out) 給中央厨房去燒去煮。最後，雙方都必須負責進行各階段的測試，篩選通過測試的晶片送去封裝。這様的分工，直接了當，各盡所長，各取所需。

按排名全球前五大純設計公司是：高通，NVIDIA, 博通, ATI Technogies, 和賽靈斯。如今IBM 和AMD也加入隊伍。2013年，全球年營收前25名純設計公司之中美國公司就占了14家，台灣也占了5家，包括: 聯發科、聯詠、晨星……等 [3]。

(2)   提供智慧產權保護的設計單元廠商 (IP Core Provider)

 

從晶片設計的角度來看，他們專門供應可以重覆使用的設計單元。這具有知識產權保護的設計單元，基本上包含兩大類別: (1) 特殊用途積體線路單元 (ASIC) ~ 如各式半導體記憶、射頻接收、微處理器等單元，只能直接使用; (2) 邏輯可程式化的積體線路單元 (FPGA) ~ 可調整客製化的邏輯單元。使用重組軟體程式來快速組合成客製化的邏輯線路。

 

安謀公司 (ARM) 數位微處理器架構設計，便是屬於後者。這原始來自英國的無名小卒，起初和蘋果合作只提供低耗電、少元件、低性能、低價位、可以客制化的嵌入式微處理器核心 (Embedded μP) 切入市場。藉著這些特殊簡單食譜，讓客户們能輕易地藉以發揮。誰知無心插柳的安謀，如今在全球竟有超過千家合作伙伴，讓人驚訝的是安謀每年至少出貨500億顆微處理器!

 

安謀廣受歡迎的原因：(a) 節省設計時間 ~ 客戶不必自己從頭設計，抓下安謀現成的微處理器便可以直接使用；(b) 由生產者驗證 ~ 安謀和各中央厨房合作，由中央厨房來驗證製造出來處理器的性能是否合乎規格，也由他們來收取授權金額; (c) 授權費低 ~ 直接包含在製造費用內；(d) 可用在不同的産品領域 ~ 安謀本身不斷地研發，ARM-11 後，提供高、中、低階處理器核心，不斷改進。

 

高通為了讓其處理器能快速地進入64位元，驍龍 810 也採用現成安謀的架構。晶片過熱後，驍龍820不得不改用自己的 kyro架構，藉三星14奈米技術生產，晶片過熱的問題才獲得解決。

 

(3)   電子設計自動化公司 (Electronic Design Automation, EDA)

提供設計積體線路及電路板的軟體工具的廠商，簡稱為電子設計自動化 (EDA) 公司。自1970年代引入，到1980年代這技術漸趨成熟。這些軟體工具的主要功能是利用電腦來協助設計，執行半自動或全自動化線路布局 (Layout)。主要的模擬程式語言包括VHDL和 Verilog兩種。全球前幾名EDA公司包括: Synopsys、Cadence、Mentor Graphics和SpringSoft。

中央廚房提供客戶各種規格 (如20奈米或14奈米的Ground Rules)，以及他們按該規格可以製造出來的各種硬體元件的種類 (Component Library) 及對應的模型 (Device Model)，供設計者利用EDA軟體進行設計及模擬驗證。根據阿Y過去的經驗，模擬驗證的準確性非常高，若模擬驗證時沒有完全達到良率的標準，就草草付諸生產，硬體的量率就會低落，得不償失。此時要不斷修改設計直到達到預定的門檻為止。一般而言，設計類比單元 (Analog Unit) 如接收/發射器及電源管理等，要較數位邏輯 (Digital Logic) 如記憶體和微處理器等困難，公司中有經驗的類比設計師是值得珍惜的。

(三)半導體產業的白蟻

半導體設備製造、晶片封裝和测試、製程材料等廠商，是服務晶圓廠的白蟻們。講難聽些，他們靠晶圓廠的生意而存活，他們的食物便是鬃狼的糞便。最後這些晶片，洋茄的種子被帶入鬆軟的土裡，將晶片裝置在各家的手機或電子產品中，推銷上市。有如新生的洋茄在各個土堆上爭相成長、開花、結實累累，再次經歷下一回合激烈的競爭。白蟻默默不停地工作，它們是半導體的幕後英雄。

 

(1) 封裝測試公司

晶圓製好後進行晶圓測試 (Wafer Test)，通過測試進行晶片切割，好的晶片送給封裝公司來進行符合各式規格的封装及再測試，完成後才出貨给客戶。這些封裝測試公司，分散在世界各地，台灣有名的封裝測試白蟻是日月光和矽品，他們具備有最先進的技術和設備。

(2) 導體材料及設備公司

半導體最重要的材料就是矽晶圓 (Wafer)。還有一些特殊的廠商使用較貴的III-V 族晶圓，來製造高速射頻通訊産品。此外，材料還包括各式化學溶液(劑)用來作光阻、洗滌、蝕刻、溶解、成相……；各式氣體使用在離子植入、摻雜、擴散、製造電晶體製程；及高分子材料及各種金屬用在沉積、製造導缐、絕緣層……等方面。這些材料共通點是高純度、穩定、耐高温，所以都十分昂貴。

半導體廠的設備，從無塵室(Clean Room)、通風、過濾的廠房，大型的光罩量測儀器、晶圓曝光設備、化學氣相沈積器，到磊晶機、離子布植機、烤箱、乾或濕法蝕刻、洗滌槽、檢驗晶圓的顯微鏡……等，種類繁多不勝枚舉。

半導體生產線作業全都已程式化、自動化、流程化。晶圓一盒盒從第一道關卡進入，中間或有人員進行抽檢，或自動監控量測，經過幾百道手續，直到前端流程 (Front End of Line, FEOL)结束。再進行一連串過程，包括平坦化、多層金屬連線等手續，完成後端流程 (Back End of Line, BEOL)。前後多則經過二三十道精密的光罩曝光顯像的過程，直到全程結束。其中若是廠房供應的電流稍有一絲不穩，或空氣純度失控，粒子含量稍偏高，就可能造成慘重的損失。

前五名設備商包括：應用材料公司 (Applied Material), ASML, Lam Research, 東京威力科創 (Tokyo Electron), 科磊 (KLA)。他們年營收在 20 ~60 億美元之間。設備廠商主要分布歐、美、日三個地區，光是荷蘭一國就占了設備市場约 1/5。2015 年到 2020 年之間，據估計半導體設備市值將從 302 億增美元到 500 億美元。

各設備廠商多是按著摩爾定律做為他們生産設備的路標(Roadmap)。背後三大主要驅動力 (Driving Force) 是:

(a) 線寬逐年缩減 ～ 比如説目前生産是以 20 奈米為主，2 ~ 2.5年將以14奈米，再下去10 奈米。那麽能産出該線寬的光刻及相關技術就得超前推出。如20奈米多使用193 nm ArF鐳射雙重曝光及浸潤式光刻技術，到了10奈米以下就得使極限紫外缐 (EUV) 技術，是完全不同的設備。

(b) 晶圓尺寸和晶片面積逐年增大～為了降低成本，及增加生産力 (Productivity) , 每10 ~15 年晶圓直徑增加1.5倍。如今生産直徑 300mm 晶圓的通量 (Throughput) 约每小時 250片，明年將增加到 275片。

(c) 生産技術逐年提升，如使用鳍式場效應電晶體，需要用EUV曝光系統、低温原子層次沉積 (ALD)、原子層次蝕刻 (ALE) 等技術。如今半導體零件進入 3維 (3D-IC) 製造領域，如將處理器、記憶體、圖像傳感器、微機電系統、射頻前端及濾波元件等晶片，利用3維立體堆疊以減少體積並降低成本。

根據 IC Insight 雜誌的公布，半導體産業在 2014年投入研發的經費 [4]，英特爾115億美元，比第 2 名高通多出 1 倍，幾乎是第 3 名三星的 4 倍！台積電和聯發科都在10名之內。若從產品銷售額排名來看，則是: 英特爾、三星、台積電、高通和美光。顯然，半導體產業要投入一分耕耘，才會有一分收穫。

◎   摩爾定律

1965年4月9，英特爾共同創辦人戈登‧摩爾 (Gordon E. Moore)，發表了一篇論文，預測未來50年半導體科技產業發展的趨勢。簡言之，摩爾定律就是晶片每單位面積上製造出來的電晶體 (Transistors) 數目每隔2年將會增加1倍。據專家估計，從1971年到現在，藉著電晶體 (Transistor) 體積不斷地縮小其性能增加了9萬倍，同時價格或製造成本也便宜了6萬倍! 一般而言，半導體性能增加是指操作速度增加，同時耗能減低。

年復一年，半導體線路和元件的關鍵尺寸 (Critical Dimension) 越做越細小，晶片設計也越做越複雜。為了降低成本，晶圓直徑也越來越大。時間一到，逼著前代昂貴的生産設備就要被汰舊換新。2015年，14奈米（奈米是1×10⁻⁹ 米，是指線寬，越細則技術越高明）已開始量產。預計再10年半導體製程將進入5奈米，因為製程控製的精確度已到原子等級，需要涉及十分昂貴的曝光、沈積及蝕刻等關鍵技術，專家們認為縱使做得出來，但是否仍具經濟效益? 摩爾定律恐怕就將壽終正寢。

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_industry

[2] https://zh.wikipedia.org/wiki/晶圓代工

[3] https://zh.wikipedia.org/zh-tw/無廠半導體公司

[4] http://iknow.stpi.narl.org.tw/post/Read.aspx?PostID=10776

給美國‧IBM女工程師們上的一門課

Elements of being Innovative

04-13-2006

2006  Invited talk to IBM female engineers

It is my honor to give this talk to a group of respectful female engineers in our company (IBM). Indeed, I am more than happy to do so, since I myself have two women engineers at home, my two beloved daughters – Joni and Amy. Under my tutoring, they both have successfully filed patents and now both worked for the USPTO.




Learning is fun

As the top inventor in our giant international company, I am more than happy to share my experience with anyone who is willing to learn on how to be more innovative at work. The first key element to be innovative I believe is to gain knowledge in the field through education, work, cross-training, studying, researching, experimenting, attending seminars, solving problems, and networking with experts. Knowledge is the wonderful tool to facilitate innovation. However, we must admit no single human being knows everything. For me, I encourage myself at least learn one new thing each day. Don’t stop learning, since learning is fun!




Tool and method

Secondly, you must have some basic skills in order to invent. Now a day, many search engines can be accessed on internet. Million of patents, research papers, references can be located almost instantly at your finger tips. Besides, you better learn how to write a complete invention disclosure including introduction, background arts, drawings, descriptions, and claims. After you have documented it, you must also learn how to be a good sales person to sale your concepts or ideas to a review board. Your presentation must be concise, clear and convincing. If they like the idea, they would recommend for search and file. During this period you can assist your attorney on analyzing the prior art search results, helping writing up a good application.




Seeking inventing opportunities

The third key element is to vigorously seek for inventing opportunity. Good opportunity doesn’t last long therefore you must grasp it as soon as possible. Always use your brain to think, think fast, think ahead, and think unconventionally. Normally, the ideas are nothing but problem solving, time/cost saving, performance improving, etc. After a good (or bad) idea is conceived don’t tell anyone unless you have recorded it. In the past, people used a technical notebook for documenting idea and most likely it required witness’s signatures. Now, you can just type a simple draft into your laptop which will provide you a time stamp. Once you have done so, you can do two things to save your time to test whether that is a good or bad idea. The first thing is you may share your idea with an expert in the field whom you trusted, or you can do more on-line search and find out whether your idea is novel and non-obvious. These are two critical elements required by the patent law.




Work hard and work smart

The fourth key element is to treat inventing business as one of your highest priority tasks. Being busy is the first degree murderer of innovation!! Now a day, the majority companies just routinely force their employee to work hard to deliver one project after another. Meeting the deadline is their primary goal. However, they overlook the importance of protecting their intellectual assets. I would say their efficiency is rather poor, and their profit margin is very narrow. These companies can not survive through competition. I would encourage my colleagues to be serious on innovation business. Never give up protecting a valuable idea. Be diligent and responsible about your duty of protecting company’s asset. Each week or month you should set a target and try to achieve it. Form a team to invent together and share the workload. Work hard, also work smart is my principle on inventing.




The best strategy to win

Finally, to be successful in innovation, over the years I discipline myself to be self-confident, persistent, diplomatic, humble, honest, and always listening to good advices. I stress top quality on my work, and always plan for the best strategy to win.

母親, 我思念妳!

母親, 我思念妳!

05-28-2012

 雁陣兒飛來飛去白雲裡, 經過那萬里可曾看仔細, 雁兒呀我想問你, 我的母親可有消息? 秋風那吹得楓葉亂飄蕩, 噓寒呀問暖, 缺少那親娘…。。  

2008年, 我的母親在醫院裡躺了四個多月後, 終於離開了我們。 那時千頭萬緒, 身邊還有患了嚴重失智症的父親, 匆忙地辦完葬事, 草草地火化, 將母親的骨灰葬在六張犁的山上。

 好像已經流乾了眼淚的人, 又好像看開了世間生離死別, 或對母親的過逝, 感覺到是一種無奈的解脫。 是她脫離了世間的痛苦, 那段日子母親中風, 失去說話的能力, 同甘共苦了六十載的老公已不再認得她了, 那種難過每分每秒活生生地煎熬著她, 將母親逼上絕路。 待在身邊的兒子, 除了向上蒼祈禱外, 完全無能為力, 她不想拖累她的兒女, 母親勇敢地走了, 因此那天我們都很平靜, 似乎己預料到這一刻的來臨, 妹妹辦完葬禮, 半條命, 奔返德州。  

 對母親的思念, 從起初, 一點一滴, 一絲一線, 四年後直到今日, 卻思潮澎湃洶湧, 午夜夢醒, 無法再眠… 人靜時, 隨口哼唱昔日那首 ~ 母親您在何方, 唱著唱著, 不自覺哽咽, 涕泗橫流, 無法控制自己的情緒。 如今, 我才明白, 我是多麼思念我的母親!  

 小女兒Amy有了貝比以後, 她那樣細心地照顧他, 抱著他跳舞, 喂他一口口的吃飯, 擁著他講故事, 親他撫他…。 那一舉一動, 都讓我思想起我的母親。

 如今我唯一能報答母親的是, 聽她的交待, 好好地照顧爸爸。 ……。 兒時的情景似夢般依稀, 母愛的溫暖永遠難忘記, 母親呀我真想您, 恨不能夠時光倒移。

 

My Grandson : Doudou

My Grandson : Doudou 

12-18-2011

 

Whenever I saw my grandson DD’s photos I can not help but laughing hysterically, I don’t know why? After I found my wife, DD’s Korean grandma and aunts are all suffering the similar problem, then I felt a little bit better. That is because we all somewhat related to this little guy. 

At first, I thought may be everyone looks at DD’s photos will be as joyful as myself, therefore I was always eager to show DD’s photos to my friends and colleagues. But sooner I realized they reacted differently. Some showed excitement, and say wow! He is a cute boy! I think they just want to be polite. Some can not hide their jealousness, envy DD’s grandpa. Some don’t event have patience to show politeness. For example, one of my elementary school classmate, he flipped through the album so fast while talking to other people. Since then, I stop sharing my treasure with them any more.

I know our God is a loving God, He always assigns the babies to the right persons who care and love them the most to take care of them. DD is placed in the hands of his Dad and Mom. At least I know his mother well, since she was in the hands of me and my wife for many years. For sure, she loves DD the most, although it may not be exactly the same way we love her. Therefore, we stop nagging at her, such as, make sure you feed him well, dress him warm, change diaper more often, comb his hair, ……etc. But, believe it or not, Grandparents would still sometimes unconsciously mentione such tedious things on the Skype. Of course, his mother doesn't mind, since she is now a grown and mature woman. We are always proud of her on everything she did.

My son-in-law is a good father; he is so gentle to DD. My wife always says:” look at Tae, he is such a good father! Whenever DD sees his Dad’s around he starts to kick and smile.” Yes, it is true. Tae is a loving Dad. I found DD’s eyes and eye brows definitely from him. Tae’s ears like mine are big, therefore, we are not sure whether DD’s big ears are from Grandpa or his Dad. I think we will fight for that, since big ears mean a man with good fortune who will grow up and marry to a beautiful and talented woman. At least this happened to both DD’s Dad and his Grandpa!

DD has a great aunt, he likes her. She is kind and gentle. Aunty bought him all kinds of toys trying to spoil him. Very soon, she will get married and soon DD may have cousins. I can not imagine what kind of big brother DD will turn out to be.

Finally, DD has two grandmothers, one was the prettiest woman in Korea, and the other one was the prettiest woman in Hong Kong. Now you should know cute DD does not come out of nowhere. Both grandmas are DD’s fans.

 

我恨山寨

我恨山寨

09-11-2011

 

小時候, 總覺得自己的名字很憋扭, 筆劃多, 又難寫。也從未思考過「履塵」這兩個字是什麼意思。長大後, 卻發現周遭人的名字都十分俗氣, 才開始得意洋洋地感謝老爸竟然給了我一個與眾不同的好名字。至少在這世間尚未聽聞過和我同姓同名的傢伙。因此每當自我介紹時, 內心總有一股莫名的優越感。

至今, 極想要去瞭解爸當初如何會為我取了這樣特殊的名字, 它又代表著什麼意思呢? 但是爸爸卻己經住進失智照護中心有兩年多了。 

一日在網路上輸入「履塵」兩個字, 眼前卻湧出成千上萬個山寨版, 什麼履塵詩集、履塵新浪博客、履塵百度空間、履塵痞客邦、履塵這、履塵那……讓人看了眼花瞭亂。心中百思不解, 這孤芳自賞的好名字, 怎會突然一下子也變成了菜市俗名呢?

本人一向對現今社會流行的鏢竊惡風, 抄襲惡習, 不但不齒不肖, 甚至嫉惡如仇。那種蠻橫不講理的心態, 掠奪智慧財產臉不紅氣不喘的手段,  賤踏原創, 渺視版權…難道這就是中華文化的精髓? 是所謂自古天下文章一大抄的精神嗎? 老子要抄誰就抄誰, 你他媽的, 又能奈我何呢?

中國人認為尊重他人的知識產權是西方帝國主義的侵略思想, 你抄襲了我們祖宗的火藥、印刷術、指南針…難我們就不能沒收你們的電腦、手機、半導體的科技嗎? 這樣的思想在中國大陸如火如荼地蔓延。除非有朝一日, 共產黨拉出幾個倒霉鬼去槍斃, 這樣的山寨之風是不會止息罷休的。 

正在越想越興奮的時候, 突然飄來一個念頭, 難道這履塵不是從那裡抄來的嗎? 老爸那有那種天賦,  能憑空拼出這樣有意思的名字呢? 俗云不履麈市是指不食人間煙火的意思,  而咱不過是食人間煙火罷了!

從此, 行事為人要更謙卑一些了,  自己在天地之間的存留,  豈不渺小地像眾之一嗎?

地上五窩

地上五窩

11-25-2010

年感恩見證

 

上了初中後, 我就離家住校。 一生和父母相聚的時光很短, 養成獨立的習慣, 同時也常常想要回家。

 

2005 年春, 小女兒從波士頓搬到華府 (DC), 步著姐姐的後塵, 也在美國專利局找到一份安定理想的工作, 從此我們夫妻無論是颳風下雪, 平均每隔月把, 總是開著暗紅色的CRV南北地奔馳在 95號公路上。 神為兩個寶貝安排了一棟舒適寬敞的 Townhouse, 從此 那裡成了我們的第二個窩。

2006 年秋天, 在長途駕車返回的路途之中, 我終於鼓起勇氣向妻子提出隱藏在心中多年的願望 - 回台灣陪我老爸老媽走完他們的晚年最後一程。 我知道這是非常自私的要求, 而且這裡的一切又如何放下? IBM平順的工作、穩定的收入、紐約普城的房子、教會的服侍、DC的孩子們、 熟悉的環境、許多朋友…等等。 這提議在人看來好像是在開玩笑, 它似乎像是突然拔起一棵深根的大樹, 但這事我已經默默地跟神禱告了一段時間。 爸患了老人失智的病, 而且越來越惡化。 老母親每次看著我離去時, 她雖然沒說什麼, 但是寫在她臉上的焦慮, 總讓我不忍回首。

那夜, 妻子無去入眠, 我們為這事一起禱告, 心中滿有平安, 因為若是合乎神的旨意, 在衪凡事都能, 我們相信衪必要彰顯大能, 衪會成就一切。

 

於是神奇的事如奇蹟般一再地發生, IBM的老板同意我調去臺灣繼續工作, 還付搬家費; 這是我想都不敢想的。 紐約的房子雖沒有賣成, 但好心的小姨子同意搬進去住, 替我們照顧; 對面的鄰居雖依依不捨, 也答應為我們鏟雪……, 我深知道, 神的恩典足夠我們用。

2006 年底, 我們終於如願以償地回到臺灣, 母親喜出望外, 然而父親的病情每況愈下。

 

神為我們安排了房子, 租在爸媽台北和平東路同一棟公寓同, 成了他們的鄰居, 這下可以和爸媽朝夕相處, 成了我們第三個窩。

 

因為台北和美國東岸有12小時的時差, 大部份都間都是晚上工作, 和IBM總部電腦視訊開會, 因此白天有時間陪媽去市場買菜, 帶爸去台大醫院看醫生。 這時我才赫然發現爸媽看醫生的頻率原來是如此的高, 對高齡的母親, 我深深的感到愧疚。 然而賜恩典的神, 衪讓多年流浪在海外的浪子終於返回到父母的身邊。

2008年4月, 母親中風住院, 為了照顧爸媽我們申請外勞終於被批准了下來, 可惜為時已晚, 外勞只能照顧父親, 母親往後的4個月的狀況急速惡化。 從不能吞嚥、不能講話, 到靠呼吸器、鼻胃管、點滴。 最後的日子, 她在病床上, 她頭腦仍然清醒, 吃力地用手指在我的手掌上, 寫說她愛我們, 她不怕死, 因為有神同在。

8月母親走了, 我們非常難過, 每當想到神賜給我們這一段和母親相處的寶貴日子, 祂賜給我與我同甘共苦的妻子, 和一群在患難中陪伴著我們的台北瑞安街教會弟兄姐妹, 我的內心感到無比安慰, 滿了無限的感恩。

 

2009年5月我從IBM退休, 離開25年的工作崗位, 神帶領我們來到新竹, 服務於工研院, 安排我們住進風景美麗的光明新村宿舍, 這是第四個窩。 加入勝利堂每週三晚上參加光明小組查經班查經, 我們非常高興又回到神的羊圈之中。

 

每週末, 妻子和我都到台中醫院護理之家接父親回南投弟弟的家中, 和爸共享天倫之樂。 爸爸什麼都不太記得, 只有當我和他在一起禱告的時候, 是他最清醒的時刻。 我從小便跟著父親在中興新村的教會長大, 如今我們又回到中興, 我感謝神的奇妙的安排, 他的恩典何其浩大, 凡事都超乎我們所想所求, 衪是值得我們信靠, 愛我們的神!

 

弟和弟媳從省政府退了休, 就在草屯鄉間蓋一座透天厝, 四周圍牆內置有美麗的花園。老弟的厚愛, 就把整層三樓空出給我们住, 因此这裡布置成了我们第五個窩。

 

這幾年來, 我們深切地體會到地上的一切都是短暫的, 有時午夜醒來, 要想一陣子才知道自己現在睡在那一個窩, 只有將來去了天家才是永恆的窩。