HVDC （high voltage direct current；高壓直流），是目前在AI資料中心當紅的技術及產品開發的項目，不僅是NVIDIA執行長黃仁勳所稱的五層蛋糕的第一層，也是所謂電力即算力的具體實現。現今AI運算及訊號交換的晶片，所需的電力是愈來愈可觀。過去資料中心一個機櫃，100 kw可以搞定。現在進展到至少300 kw起跳，可預見的將來會達到600 kw，甚至1 MW的機櫃。所以過去由電力機房出來的240伏特（V）交流電（AC），可在機櫃內做交流電力到直流電力的轉換，然後供應低於1V的直流電壓給吃電怪獸的晶片。由於每一機櫃所需的電力急遽上升，這種架構已經無法提供足夠的電力給這群怪獸，因為單一機櫃無法提供足夠的空間作此交流電到直流電的轉換。因此雲端資料中心的業者提出此高壓直流（HVDC）系統概念，首先將電力轉換部分，獨立成為一機櫃（稱之為side car），與運算機櫃拆開。這個電力機櫃負責將240V的交流電力轉換為800V直流高壓電力，並輸入到運算機櫃。因為是800V的高壓，可以大幅減少電流，因而降低電力傳輸的損耗。而之後在運算機櫃內，只做高壓直流電對低壓直流電的轉換，因此在空間上亦可大幅的縮減，所以HVDC達成資料中心內電力系統的最佳化。下一階段在新設計的資料中心，就會開始將電力機房的輸出直接採用800V直流高壓電力，這樣一來side car就可以進一步地省略了。然而在最近一次的功率半導體元件的國際研討會上，一位知名的電力系統教授卻大聲疾呼說HVDC這個名詞，在電力系統中已使用行之有年，指的是10萬伏特以上的高壓直流，800V的電壓在電力系統只能算是低壓（low voltage）。的確我查了一下，1,000V以下的電壓在電力系統中，都是屬於低壓。有趣的是，這10萬伏特以上的HVDC，在綠能的驅使下，展現另一波新應用。首先是離岸風力發電，風力渦輪機所產生的三相高壓的交流電，是經由海底電纜送到岸上的電網。海底電纜的設計是三組同軸電纜線包覆在一起，在每一根同軸電纜本身，或是同軸電纜之間，都會形成電容效應，而電力在交流訊號下（50~60 Hz），會因為此電容而產生充放電損耗，尤其對於長距離超過100公里以上的電力傳輸，此類的損耗加劇而造成實務上的不可行。因此長距離大電力的傳輸，HVDC使用超過十萬伏特的直流電力成為具體可執行的方案，因為直流電力會因電容所造成的損耗極小。所以前任的經濟部長曾提出，利用菲律賓呂宋島所產生的太陽能電力，利用海底電纜傳回台灣，所使用的就是HVDC電纜的技術。同理HVDC亦可用於地下電纜長距離的電力傳輸。在陸地上的高壓交流電塔，因為電纜都是金屬裸露的，且電纜間有相當的距離，既使是使用交流電力，但因為電容效應極小，因此長距離的傳輸並不是問題。交流電網或是直流電網的傳輸，是一個已經爭論上百年的議題，最初始是愛迪生擁護直流電而西屋主張使用交流電。但因為直流電不容易升壓，使得每隔一段距離就得設立一個電廠；交流電的好處在於升降壓都相對簡單，使用變壓器而且轉換效率可以到達99%以上，所以才大量的普及。然而由於功率半導體技術的精進，包括使用GaN或SiC這類的寬能隙半導體，使得直流的升降壓變為可行。基本上直流電力要經過半導體元件，轉換為交流電力，經由變壓器做交流的升降壓，爾後再將交流整流為直流的輸出。所以前後都比交流電多一道工序，因此電力轉換效率上是差了一些。但是在100公里以上大電力的海底或是地下電力傳輸，HVDC已經具備商業價值。HVDC不論所使用的高壓是800V或者10萬V，都是在為提升電力傳輸效率做努力，受惠於半導體技術的發展，直流電力的傳輸，扮演愈來愈重要的角色。然而高壓終究是相當危險的，我個人在當研究生時期，曾經瞬間地被400V的電壓所電擊過，那的確是個驚心動魄且畢生難忘的經驗。

旅行來到了奧爾堡（Aalborg），一個位於丹麥北邊的工業海港城市。在港口邊矗立一座外表奇特的建築物，地圖上標示著Utzon Center。在好奇心的驅使下，進入館內參觀，才發現這是丹麥建築大師約恩・烏松（Jørn Utzon），生平最後一件作品，與他的兒子Kim Utzon共同於2008年完成，而他本人也於當年11月過世，享壽90。奧爾堡是烏松成長的地方，直到18歲前往哥本哈根學習建築。他最為大眾所熟悉的是設計澳洲雪梨歌劇院，那座坐落於雪梨港口邊，為世人所讚嘆的多枚帆船造型的建築物。然而在施工的中途，因為經費節節上升以及管理問題，地方政府暫停顧問費用支付，烏松憤而離去，終其一生他本人沒有親眼見過自己所設計的雪梨歌劇院。雪梨歌劇院是於1956年對國際徵求設計圖，共有兩百多件設計圖競標。烏松以其獨特的外型獲得評審團青睞，當時他才38歲。然而對於幾個巨大，對空開展的曲面屋頂結構，該如何施工卻沒有答案，所以評審團是押住在一個沒有工程問題的解答，卻是一個具有創意的建築案上。獲得了設計標，烏松的挑戰才開始。首先是工程團隊提出這些曲面是什麼樣的幾何圖形？因為這些曲面結構是需要在工廠內先預鑄，然後再送到工地拼裝完成，而預鑄是得先設計模板。烏松本人是建築設計師，而當時又沒有先進的電腦輔助設計軟體，所以實際情況是建築物地基已經打好，但還不知道屋頂該如何蓋的窘境。直到1964年烏松與工程團隊想出所謂的球面解法，就是在一個球形上，往下切出不同面積及深度大小的結構體，並將之立起來，就形成帆船布的預鑄體。由於每一大小不一樣結構體，都是在共一個球面上，有著相同的曲率，因此模板可以重複使用，同時也不必傷腦筋，去計算每一個曲面的幾何圖形。在Utzon Center內就有這種共球面的幾何結構，供人們實際演練。據說這個方法是烏松在剝橘子的過程中想出來的，複雜的結構能夠用簡單的幾何圖形表現出來，是人類智慧最優雅的極致。烏松的父親是奧爾堡當地造船廠的工程師，所以他從小耳濡目染對於船舶的曲面造型，有著相當敏銳的直覺，這也表現在他其他的著名建築物上。烏松於2003年獲得普立茲克建築獎（Pritzker Architecture Prize），這是相當於建築界諾貝爾獎的榮譽。最近有2件建築案吸引我的注意，一個是國內剛完工的淡江大橋，另一個是位於西班牙巴塞隆納的聖家堂。淡江大橋是單塔不對稱的斜張橋，橋墩的跨距又極大，也是個相當前衛大膽的設計。所幸在設計時，經由各式的工程模擬，已經證實在工程上是可行的，接下來是施工時所需面對，外在地質天候環境上的挑戰。聖家堂是西班牙建築大師高第（Antoni Gaudí），最為世人所關注的建築物，高第非常善用不同的幾何圖形，因此施工難度相當地高。歷經超過 140 年，2026年才完成最核心的耶穌基督塔外部。一個建築物，若是謹守既有的工法來設計，將無法流傳於世。Utzon Center內有一個房間，讓訪客使用樂高積木（Lego），來搭建自己想像中的建築物。房間內並且陳列為數不少的創意作品。樂高也是丹麥所獨特的設計產品，當我問AI，雪梨歌劇院與樂高積木的關聯性，AI的回覆令我非常的驚艷。它說，雪梨歌劇院是一個球面，創造出許多不同的帆；而樂高積木是，一個基本積木的接口，創造出無數不同的世界。

旅行到了丹麥首都哥本哈根，最想去的地方莫過於位於哥本哈根大學內的尼爾．波爾（Neils Bohr）研究所，這裡是量子力學哥本哈根學派的發源地，也是量子力學奠基之所在。百年前全歐洲的理論物理菁英，匯聚於此架構出量子力學基本的假設及原理，除了波爾教授外還包括海森堡（Heisenberg）、包利（Pauli）、狄拉克（Dirac）、藍道（Landau）等，每位都是諾貝爾獎得主。我曾在想，能夠長時期匯集這些菁英，除了波爾教授本身的魅力外，一定還有來自其他方面的資助。果不其然，哥本哈根著名的啤酒製造商Carlsberg，就是波爾教授的長期贊助者，甚至在波爾求學時期就開始資助的活動。Carlsberg的創辦人J. C. Jacobsen本身就是對於科學有強烈興趣的人，他為了解決啤酒長期以來品質不穩定的問題，於1875年設立Carlsberg Labs，長期研究大麥內蛋白質含量，在實驗室內分離並培養純酵母菌株，使得啤酒的品質能被穩定的控制。更難能可貴的是，Carlsberg並沒有申請專利，成果供同業共享。Carlsberg Labs應該是最早以私人企業設立的實驗室，比貝爾實驗室（Bell Labs）的設立足足早了50年，在科學史上也有諸多重大的貢獻，其中影響最大的莫過於建立酸鹼PH值的量測規範及方法，這是我們在中學化學實驗課所必備的實驗課程。2022 年諾貝爾化學獎得主Morten Meldal教授所創立的點擊化學（Click Chemistry），絕大部分的工作是在Carlsberg Labs完成的。J. C. Jacobsen更在1876年設立Carlsberg基金會，將家族所擁有公司的股份捐給基金會，而每年的收益用以資助丹麥境內的科學及公益活動。以2025年為例，基金會共支助約50億台幣，其中70%用於基礎科學的研究計畫，計畫甄選的首要條件，必須是沒有答案的計畫。剛謝幕的世足賽，挪威表現得非常搶眼，其中最令人印象深刻的是，挪威人在國會殿堂，在紐約的地鐵，以維京人划船的動作為自己國家的球隊加油。中世紀維京人分布在挪威、丹麥及瑞典，由於長期在海上航行的風險，造就維京人重承諾、守紀律及願意分享的民族特性。這也是在參觀完Carlsberg紀念館，對於J. C. Jacobsen這位企業家，能將自己的財富回櫃給社會，留下最深刻的印象。在波爾研究所入口處有座4個人浮雕，除了波爾教授外，另外三位分別是George de Hevesy，Aage Bohr（波爾教授之子）以及Ben Roy Mottelson，他們都是在該研究所完成傑出工作而獲得諾貝爾獎。丹麥國家人口僅六百多萬，在歷史上已有14位諾貝爾獎得主的產生，除了科學外也有3位文學獎的得主。最近要培養國內諾貝爾獎得主的話題又拿出來討論，這除了要有國家的資源外，我們是否有企業願意長期支持基礎的科學研究，尤其是沒有答案的研究計畫？我們的學術研究計畫，在計畫書內通常都會有一項是預期成果，如果研究計畫還沒進行前，就需要想到預期成果，不就抹煞原創性？沒有答案的研究計畫，才是我們要培養諾貝爾獎級人才，所需跨出的第一步。

因為所服務的公司，在日本東京神奈川縣的川崎市設立一研究所，因此這一年來每個月都會出差到日本一趟。由川崎到立川的JR南武線，就是我必搭的鐵道。不論一天中的哪一個時段，南武線的人潮總是熙熙攘攘絡繹不絕，有次在上班尖峰期，我在南武線的平交道上，兩邊的電車你來我往地，足足就等了十多分鐘，平交道的閘門才打開。有回我跟一位東京工業大學的教授（東工大因為併了醫學院，改名為東京科學大學）聊到這個現象，他跟我說南武線過往是日本半導體的重要聚落。我才想起在二十多年前，曾經拜訪過NEC半導體事業的總部，就是在南武線上。的確，後來查了資料，不僅是NEC，富士通（Fujitsu）、東芝（Toshiba）也都在南武線上設立半導體研發及生產的基地。昔日日本半導體的五強，就剩下三菱（Mitsubishi）及日立（Hitachi）沒在南武線上設廠。再加上其他的科技類產業，難怪南武線被當地政府稱為High Tech Line。就連1950年代末期，Sony研究員江崎玲於奈（Leo Esaki）博士發現半導體的量子穿隧效應（tunneling effect）的研究室，坐落於東京的品川地區，離南武線也沒多遠的距離。江崎博士因為這個發現而得到1973年諾貝爾物理獎，諾貝爾委員會稱其的發現與發明為第一個量子電子元件。眾所周知全球第一個使用電晶體的收音機是出自於Sony，Sony在1953年取得貝爾實驗室（Bell Lab)電晶體的授權，1955年就推出這款電晶體收音機。當時電晶體使用的是鍺（Ge）元素的半導體，而不是現在大家所熟悉的矽（Si）半導體。然而開發的初期為了增加電晶體的訊號放大能力，通常都會增加雜質參雜的濃度，而導致電晶體的良率不佳，江崎博士授命解決這個問題。他的發現是來自於不良品的特異現象，並且用量子力學來解釋這個現象，之後並利用這個現象設計出隧道二極體（Tunnel diode）或稱為Esaki diode（江崎二極體）的電子元件，應用於相關電子電路的產品開發。相信絕大部分的人在產線上作不良品的分析，很少會仔細地探討其異於平常的特性，而從中得到巨大的發現。話題回到南武線上，日本半導體的五強在全盛時期，曾佔DRAM市場的80%。曾經市佔第一的英特爾（Intel），被迫於1985放棄DRAM市場，轉進到CPU領域。我曾在1987年參加IEDM的年會，在DRAM的論文報告中清一色全是日本公司在主導。日本半導體產業由極勝而衰，美國在政策上的掣肘發生極大的作用。美國絕不願意看到盟國，有一個重要且強大產業發生，威脅到其生存。因此大家所熟知的廣場協議、進出口稅及的配額、反傾銷、反托拉斯等多項顢頇措施就應運而生，最後就是扶植南韓成為日本半導體的競爭對手，這些林林總總現在也不就正發生在我們的身上。當然日本在產業發展的過程中，錯失PC及數位時代的來臨，也是半導體產業由盛而衰的重要因數。JR南武線的人潮依然熙熙攘攘，只不過由先前的半導體從業人員，轉換為大都會區的上班族及通勤的學生。依舊的電車，依舊的鐵道，看盡日本半導體產業的滄桑史。

老子《道德經》中開宗明義，便說明可以被清楚說明的道，就不會是永恆不變的道。同樣地量子力學經過了一個世紀發展，至今可以歸結，可以被描述說明的量子力學，就不是真實的量子力學。量子力學存在著太多說不清楚的地方，量子尺度的行為是波動還是粒子；為什麼會有機率的假說，薛丁格（Erwin Schrödinger）的貓與量子疊加是怎麼一回事，光速是極限但又為什麼會有量子糾纏？前不久一位政府首長自費包機去看棒球，展示在國人面前的是內含收據的一個紙袋，就被諷刺為薛丁格的貓，處在有跟沒有的疊加態，說清楚了沒？沒有。但是弔詭的是，縱使有這麼多的表述與假說，量子力學不完美的表象，卻已經大量地運用在通訊、運算，偵測等科技產品上，再加上量子電腦馬上就可商用運轉。從工程的角度來看，一個不完美的理論，並不妨礙它在實務上的應用，只要這一切是可被控制的。道家告訴我們，一個生命的開始，也同時是邁向死亡的開始，兩者是相隨相生。愛因斯坦（Albert Einstein ）曾說過，只有兩件事是不會改變的。一件是必須要繳稅，第二件是人都會死去。正粒子與反粒子，也是成對產生，以及成對消失。宇宙誕生於138億年前，根據大霹靂的理論。爾後逐漸演進成今天的樣貌，但是道家的說法，宇宙誕生之時，同時也是邁向死亡之際。最近來台灣訪問，日本2015年諾貝爾物理獎得主梶田教授，就是利用位於岐阜縣的神岡町，在地表1,000公尺以下「神岡探測器」，發現了微中子在世代間是會發生轉換，也就是所謂的微中子振盪。也同時證實微中子是含有非常微小的質量。日本正在籌建第三代的神岡探測器，規模更巨大，希望能解答一直困擾科學界的質子是否會衰變的問題？如果依照道家的說法，質子一定是會衰變的，只是過程中的緩慢程度，可能需要耗費人類巨大的資源，才有可能偵測的到。138億年前產生的質子，應該有不少都衰變了，但是如何去找到呢？人類花了上百億美元以及幾十年的功夫，找到俗稱上帝的基本粒子。證實在粒子物理標準模型中，物質質量的來源。這些的努力，都是讓我們對於自然的理解往前邁進一步，但是終究我們會達到永恆不變的真理嗎？道家思想的精華在於，人類無法達到永恆不變的道，但是順應著自然，就是表現道的最佳方式。西方的實證主義長期以來，一直在上窮碧落下黃泉，探詢宇宙的真理，將人的位階提升到上帝的位子。然而一百年來量子力學的發展，我們可能也必須接受這些不完美的存在，這就是道的具體表現。我詢問了ChatGPT，道可道，非常道，與量子力學波動與粒子雙重性的關聯。它的回覆令我驚奇，他說「道可道，非常道」提醒我們：語言不能窮盡實相；波、粒子二重性提醒我們：古典概念不能窮盡量子世界。接著我又問，宇宙是否會邁向死亡？它的回覆是，宇宙很可能會「死亡」，但不是爆炸式結束，而是走向愈來愈冷、愈來愈暗、愈來愈稀薄的狀態。年輕時研習量子力學，會通宵達旦地與同學爭辯，來詮釋量子力學。如今已屆古稀之際，卻又覺得這些的不完美，是符合道與自然的表現。

從年初的CES 2025，3月的NVIDIA GTC，到4月台積電在北美的技術論壇，以及即將登場的COMPUTEX，這幾場科技大秀，在在顯示AI伺服器的發展與半導體先進製程及封裝技術，有著不可分割的緊密關係。幾年前NVIDIA執行長黃仁勳在媒體上說過幾次「摩爾定律已死」。當時我不太理解其中的涵義，直到最近讀完Stephen Witt所著《黃仁勳傳》（The Thinking Machine: Jensen Huang, Nvidia, and the World’s Most Coveted Microchip），才了解到個中道理。書中談論到由2012年到2022年，GPU運算能力增加10,00倍，其中屬於硬體的電晶體速度（clock rate）只增加2.5倍，換言之剩餘的400倍來自軟體程式及數學公式。400倍相對於2.5倍，自然會說摩爾定律已死，更何況NVIDIA在黃仁勳眼中一直是家軟體的公司。但是事實真的如此嗎？如果以NVIDIA GPU從2012年的Kepler到2022年Hopper GPU，製程技術由28奈米演進到4奈米，電晶體數目由71億顆，一口氣增加到800億顆；運算的單元CUDA core也從不到3000個，擴充到將近15,000個核心。雖然電晶體的速度僅增加2.5倍，但是由於單一晶片的運算核心的數目增加了，算力自然就大幅的提升。如果再加上CoWoS及3DIC的先進封裝技術，不僅將多個記憶體晶片（HBM）垂直堆疊在一起，而CoWoS技術更將GPU與記憶體晶片，能緊密地在水平方向擺放在一起。這些先進的封裝工藝，最重要的就是希望數位訊號這這些晶片中傳輸，能夠走最短的路徑。這樣一來不僅訊號傳輸的延遲可以縮短，功耗亦可以降低，算力自然就提升了。Blackwell GPU已經利用CoWoS技術，將2個GPU晶片無縫接軌地綁在一塊，下一代Rubin GPU將會擴充到4個GPU晶片連接一起。台積電更提出在2027年實現SoW（system on wafer）。也就是在矽晶圓上或其他形式的基板上，水平放置更多的GPU，甚至開始做GPU的堆疊。這些先進製程及封裝上的努力，無非是把更多的運算單元，及暫存的記憶資料，在很小的空間內完成執行，以增強其運算效能。依據此原則，同樣的在伺服器機櫃的設計，也是希望在一個機櫃內放置更多的GPU。因此GB系列一個機櫃內有72顆GPU，到了下一代Rubin會有144顆GPU，而Rubin Ultra更在一個機櫃內放置多達576顆GPU。機櫃的設計也由原先水平擺放的tray盤，改為直立式的插槽，以增加GPU密度。這一切硬體上的努力，無非是要提升整體的運算效能，但也衍伸出電源的供應及如何散熱的問題。GB伺服器系列一個機櫃所需的功率在120～150KW，Rubin Ultra將會達到600 KW～1MW。若是一個數據中心擁有500個Rubin Ultra機櫃，那就約略等於一個核子反應爐所產出的電力。屆時Rubin Ultra的散熱，恐怕只有浸潤式的液冷一途了。台積電在4月的北美技術論壇，在先進封裝領域著墨甚多。除了SoW、矽光子、3DIC之外，更規劃在電源最後一級的轉換IVR（integrated voltage regulator），嵌入至CoWoS內的中介層（interposer）。所以在先進製程上，台積電已經是一個人的武林，不久的將來在先進封裝領域，台積電會是另一個一個人的武林。一個人的武林所衍生出來的就是，如影隨行的反托拉斯法（antitrust）。為了淡化台積電在先進製程的主宰地位，董事長魏哲家曾建議將先進封裝也納入半導體的範疇，藉由分母的擴大以降低百分比率。然而目前實際上的發展，恐未能如其所願。英特爾（Intel）之前為了解決CPU市場獨佔的問題，不僅付給超微（AMD）一筆和解金，並技巧地讓超微成為有實力的競爭者。先進封裝相較於先進製程，可以有較多的可行解決方案，群策群力，不必然是一個人的武林。美麗與哀愁，端視我們的態度與做法。

最近美國對中國的半導體產業祭出301條款，目標鎖定的是半導體的成熟製程。成熟製程的定義有點模糊，總之是以中國能做到的製程節點為依歸，所以廣義的是15奈米，狹義的就是7奈米。個人在2022年5月的電子時報曾寫過篇文章，論述到2030年時，台積電、三星電子（Samsung Electronics）及英特爾（Intel）三家公司在先進製程中不會有太大的差異，台積電會領先的是先進封裝；而成熟製程會是中國的天下。雖然目前台積電在先進製程是遙遙領先對手，但最近三星在4奈米的製程，良率已明顯提升，英特爾目前雖仍裹足不前。但是這些擁有充分底蘊的大公司，一旦整軍經武完成就會蓄勢待發，不容我們小覷。中國這幾年幾乎是以每年10座的12吋成熟製程晶圓廠的速度增加，再加上第三類半導體SiC及GaN的積極投入，對全球所有成熟製程的晶圓廠產生莫大的威脅。台灣在成熟製程的8吋及12吋晶圓廠，粗估有30座左右，且大半以晶圓代工為主，我們該如何面對中國排山倒海而來的挑戰呢？我們先來分析幾件重要的事實：為什麼在台灣同樣是成熟製程的晶圓代工，世界先進的營運表現就比其他公司來的好？你也許直覺地認為是因為有台積電的庇蔭，事實卻非如此。反而是因為台積電限制世界先進往邏輯製程方向發展，必須得專注於類比及功率IC的開發，專注的晶圓代工形成差異化。相對於普遍性的晶圓代工模式，世界先進的營運績效自然比較佳。先撇開地緣政治不談。我們也注意到，最近幾件到國外設立成熟製程的晶圓代工廠，都不約而同地與所在地的大公司形成策略聯盟及投資。如台積電在日本與Sony、豐田（Toyota）、電裝（Denso）合作，在歐洲就與英飛凌（Infineon）、博世（Bosch）等公司合作，世界先進在新加坡也是與恩智浦（NXP）合作。唯獨台積電在美國的先進製程廠是獨資。所以在半導體的先進製程的開發，驅動力來自於客戶端的需求；而成熟製程就需要與客戶拉幫結夥了。這就如同約30年前，8吋晶圓廠剛興起之際，聯電與其客戶共同成立聯誠、聯瑞等公司，如出一轍。專注及與客戶端策略聯盟，形成成熟製程晶圓廠可思考的策略方向。但是回到台灣的30座成熟製程晶圓廠，又該如何了呢？從地緣政治的角度而言，國外的大客戶都希望晶圓能在台灣以外的地區生產，勢必很難與這30座晶圓廠形成策略聯盟，台灣本地的企業有可能嗎？答案是有可能的，而且還不只一個產業。事實上台灣在電源供應（power supply）產業佔有舉足輕重的角色，全球前四大的供應商都在台灣。電源供應最近也遇上典範轉移，不論就電動車或是AI資料中心，所需要的電源功率是愈來愈大，且功率密度愈來愈高，再加上轉換效率的要求，半導體晶圓包括SiC及GaN在電源供應產業也就愈來愈重要，佔比愈來愈大。別忘了台灣還有全球第一的半導體封裝業，這些若能整合在一起，不就形成完整的閉環（closed loop）生態圈。另一個有機會的產業是矽光子。台灣的高等教育培養30多年的光電人才，而矽光子技術高度仰賴半導體製程及封裝技術，這些都是我們的強項，卻缺乏適當的整合。台積電在先進製程上成立個產業大聯盟，整合供應鏈端的諸多廠商。在半導體成熟製程上，也有必要成立另一個大聯盟，以整合在系統應用端的客戶。個人認為幾乎百工百業都需要半導體，而從應用端所需求的元件或IC，都會找到它所合適的晶圓廠來生產，不論是8吋或12吋，先進或成熟製程，Si、SiC或GaN。生命會找到自己最合適的出路。如果我們只會做晶圓代工，就無法窺知在應用端生命的奧祕，也就失去機會。中華隊勇奪世界棒球12強的冠軍，教練團能跳脫選秀的窠臼，大膽地任用有潛力的新秀。我們的半導體成熟製程也是時候，需要有前瞻且突破性的思考與作為了。

在睽違26年之後，張忠謀先生自傳的下册於日前問世。關於張忠謀一生成就，我個人是無置啄的空間。但在常人認為是人生超級勝利組的張忠謀，如畢業於名校，年輕時間擔任大型企業的重要職務，再加上創建台積電，不僅是全球市值前十大的企業，也是我們的護國神山。在自傳中卻揭露其不順遂的一面，那就是在10年中辭去3個職務，分別是德儀（TI）、通用儀器（General Instrument）以及工研院。造化弄人，幾經波折後，張忠謀以新的商業模式，貫徹自我的理念，創建台積電，得以擺脫過往工作時組織上的掣肘，而一展長才。幾個月前，在國科會吳誠文主委邀宴幾位半導體相關產業人士，討論國家政策方向的場合上，我個人提出一個假設性的問題。在約莫三十年前，聯電一直叫陣台積電，爭辯誰是第一個提出晶圓代工的企業，也就是說如果李國鼎先生及徐賢修先生，沒有成功地邀請張忠謀回到台灣，晶圓代工產業依然是會在台灣發生。假設所有的條件都沒有改變，唯獨張忠謀沒回到台灣，那麼晶圓代工在台灣會是相同的樣貌嗎？還會是我們的護國神山、兵家必爭之地嗎？我所要強調的是，一個企業家的風範及高度，是決定一個國家在此產業是否具有全球競爭力，最後也是最重要的一里路。那些經常抱怨，甚至整天向政府要糖吃的企業家，都很難開創出局面。在我個人的觀察中，台灣幾個具有國際競爭力的企業，也都是由卓越的企業家所領導，他們對於相關技術及產品的發展趨勢，都有著第一手的接觸，以下是我的觀察：我跟聯發科的蔡明介董事長只有一次近距離的接觸，那是陪同工研院院長去拜訪他並請益。會議中蔡明介拿了份國外專業雜誌的報導，建議工研院可以考慮發展該項技術。有位在光電專業領域的朋友曾跟我說，他每隔一段時間，便會被鴻海前董事長郭台銘先生找去，因為郭台銘隨時都要知道光電領域最新的技術發展。廣達電腦的林百里董事長，更早在二十多年前，就參與MIT媒體實驗室及人工智慧實驗室的研究計畫，他本人也多次造訪該實驗室，理解各項進度。這些受尊敬的企業家，不僅與時俱進，且時時刻刻擔心競爭對手的超越。反觀在台灣所舉辦的各類型的研討會上，許多企業領導人，甚至政府做決策的官員們，通常都是在開幕儀式上致個詞拍合照後，匆匆離去。事實上，他們是最需要全程參與、了解最新動態的一群人。如果只是依賴幕僚所提供的資訊，缺乏第一手訊息來源，如何能做出高品質的規劃及決策？在張忠謀自傳中提到，他早期花了不少的時間在新竹國立交通大學講授12堂課，但是很遺憾，卻沒有得到同學們對於課堂內容的回饋。張先生課堂的內容，每週都會在當時的經濟日報轉載，其中有堂課是談到了權力與責任。張先生說，一般人總希望做事情能權責相符，但實際上是不可能的，一定是先有責任，然後得到了別人的信任之後，才會被賦予權力。這篇轉載的文章，對於當時的我猶如醍醐灌頂。因為我剛當上系主任，年紀不到40歲，內心一直很苦悶，因為我很用心地在推動系務的發展，但是系上的資深教授們卻對我多所批評，張忠謀的文章開釋了我，理解到這是個必經的過程。只可惜以上這段的回饋晚了二十幾年，之後我對於年輕的主管，也多以此加以勉勵。讀完了張忠謀自傳下冊，想起了論語中有一段話「君子之德風，小人之德草，草上之風必偃」我們期望台灣有更多風行草偃的企業家，領導企業建立產業規模及競爭力，成為我們護國群山的一份子。

又值歲末，準備迎接新的一年。聯合國在稍早宣布2025年為「國際量子科技年」，此外也是表彰海森堡（Werner Heisenberg）與薛丁格（Erwin Schrodinger），提出並奠定量子力學理論基礎的100周年。兩位先驅者在100年前，分別以矩陣數學及波動力學，詮釋電子在原子尺度內的行為，並得到實驗的證實，開啟了量子力學的大業。隨後量子力學在物理、化學、生物，甚至工程應用領域，都獲得重大的進展，並引領各學科踏入一個全新境界。然而量子力學從一開始提出，就被很多科學家所質疑其理論的完整性，歷經100年此爭辯依舊方興未艾。就以近來備受關注的量子運算，之所以具有如此龐大的運算能量，是基於量子疊加（superposition）以及量子糾纏（entanglement）2項基本的特性。而疊加與糾纏，從1920年代末期便開始爭論不休，參與論戰的包括愛因斯坦（Albert Einstein）、波耳（Niels Bohr ）等人，乃至於海森堡與薛丁格兩位。論戰以薛丁格的貓開始。貓裝在箱子內，在沒打開蓋子前，貓不是生也不是死，而是處在生跟死的疊加態—這完全違反我們的經驗法則，但是在量子的世界是可行的。最近網路上有一則貼文，「在沒打開主管辦公室門之前，我是處在生跟死的疊加態」，似乎比薛丁格的貓更易懂。薛丁格的波函數有一連串組合的解，然而當我們人為去量測時，依照波爾及其哥本哈根學派的解釋，會造成波函數的塌陷，而得到其中的一個解，也就是量測得到一個物理量。至於還有其他的解，在下一瞬間的量測，會得到另一個物理量。所以會量測得到哪一個物理量，變成機率問題，因此在量測之前，電子是處在多個疊加態之中。愛因斯坦對於此機率性的假說非常不以為然，也因此衍生出「上帝不會擲骰子」 的名言。用人為的方法去量測量子或基本粒子的物理狀態，一直是在科學界無法解決的問題，因為這些粒子的物理量都非常微小，人為的量測不免會干擾到粒子原先的狀態，而造成波函數塌陷或不連續的產生，但是如果不去量測，又無從得知粒子的狀態，這真是兩難。1957年另一位先驅者Hugh Everett，用數學的方式將觀察者也納入波函數的計算，而得到多重世界的結果，每一個世界代表著其中的一個疊加態。也就是我們所量到的狀態，是在這個世界所發生的，另外還有其他的世界有著不同的疊加態，與我們平行存在。多個平行世界或宇宙，在我們現實世界是無法想像的，但在量子的世界是有可能發生。記得在小時候看過一齣電影，片名叫「聯合縮小兵」（Fantastic Voyage）的科幻片。內容是描述冷戰時期，美國軍方為了搶救一位命在旦夕的蘇聯科學家，將一組人馬及核動力潛艇，用尖端科技加以縮小，並用針頭注射入科學家的血管，並航行到科學家的腦部，用雷射光清除其腦中的血塊。過程中有很多有趣的事發生，包括科學家體內的抗體攻擊縮小後的小組人員及潛艇。如果把觀測者及量測設備，縮小到量子尺度，然後去量測基本粒子的物理量，如此才能得到真實的量子行為。量子糾纏又是件令人匪夷所思的事。2個糾纏過的粒子，在分開很長一段距離之後，依舊維持著超越時空的關聯性，而互通有無。愛因斯坦稱之為「鬼魅般的作用力」，這完全顛覆我們以力學為中心的物理學，但後來實驗證實這個糾纏的作用力是存在的。要觀察及理解量子的世界，唯有將觀察者微縮到量子的尺度，才能得到確切的答案。在真實的世界裡，雖然我們不完全掌握量子的奧秘，但基於其所表現出來的行為，仍足以藉此開發出影響人類文明的工具，量子運算就是個鮮明的例子。這也許就是聯合國將2025年訂為國際量子科技年，背後的原因吧！

一年一度的OCP Summit（Open Compute Project）開放運算計畫高峰會，在10月14日起於美國加州聖荷西市舉行。OCP於2011年，在Meta的主導下成立，目的是藉由開放的平台，使得在資料中心的硬體建置，能有統一的規格，有助於供應鏈的建立。講白話一點就是藉由標準化及多家供應商，好降低成本。拜這兩年AI伺服器及雲端運算的蓬勃發展，今年（2024年）會場吸引超過7,000人參與，以及100個展示攤位，再加上200場以上的專題演講，可謂盛況空前。去年的OCP的展示現場，除了美國雲端業者、供應商外，幾乎都是台灣廠商的天下，顯示出台灣在AI運算硬體供應鏈上強大的實力。今年展示攤位出現幾家日韓記憶體，以及中國大陸伺服器的製造商。延伸報導OCP擴展AI開放系統戰力　NVIDIA助陣獻寶GB200大會一開始的主題演講，照例是由幾家雲端服務業者及主要晶片供應商（GPU/CPU）所擔任。輪到英特爾（Intel）資料中心業務的執行副總演講時，還在談老掉牙的x86平台，聽眾都覺得乏味之際。台下突然間有一個人跳了上去，原來是下一場要演講的超微（AMD），也是資料中心業務的執行副總。原來兩家公司在x86平台上彼此征戰這麼久，現在要開始結盟共組x86生態圈，以對抗來勢洶洶的Arm CPU。接著兩個人就開始介紹x86的優點，包括了可信賴的架構、指令的一致性、介面的共容性等優點。兩個人還時不時的調侃對方的CPU，暗示自己的還是比對方的好。所以商場上沒有永遠的敵人，但因此會成為朋友嗎？這個安排好的橋段，成為了當天會場上的亮點。同一個時段兩家業者的執行長，也在西雅圖宣布這項結盟。延伸報導Arm、高通AI PC網內互打 英特爾、超微撿到槍　x86不戰而勝AI for AI 是在會議中另一個響亮的口號，但是第一個AI的意思是accelerate infrastructure，也就是要加速AI運算硬體的升級（scale up）以及平行擴增（scale out）。算力的需求是持續地在增加，會場上的研討會不斷地在呼籲，諸如記憶體的儲存空間不足，由目前的HBM3要擴增到HBM4。資料的傳輸速度需要再增快，由400 Gb要到800 Gb，甚至1.6 Tb。AI交換機處理訊號的能力，也需要到 51.2 TB以上。每一機櫃的電力需求，目前的NV72已經到了120 KW，會場中已在討論250 KW的方案,甚至未來直接來到400 V或800 V直流高壓系統。隨著電力的增加，伴之而來的就是熱的解決方案。氣冷的極限在於每平方公分可散掉100 W的熱，未來的高速運算晶片，所產生的熱會達到每平方公分500 W，因此用液體來冷卻是必要的途徑。會場中的諸多討論都在敦促供應商們，要將硬體升級並橫向擴充，唯一沒有被抱怨的是晶片的先進製程，可見我們護國神山的傑出貢獻，深獲各界的肯定。順帶一提的是去年整個AI資料中心的市場規模是2,600億美元，扣掉建築、機房地硬體設施，以及半導體中的記憶體，其核心的半導體如CPU、GPU、switch ICs等就達到820億美元的市場規模，這其中有相當的一部分是進了護國神山的口袋。會場上也觀察到幾件耐人尋味的事，眾所周知雲端服務的系統業者都希望能有客製化自研的xPU，導致幾家SoC的大型公司如博通（Broadcom）、邁威爾（Marvell）、以及聯發科，都開始客戶端ASIC的設計服務。基於小晶片（chiplet）未來會扮演愈來愈重要的角色，SoC公司因為熟捻於供應鏈中的晶圓代工、EDA設計軟體、封裝測試等環節，未來也有可能增加提供小晶片的設計服務的事業。而Arm正挺身而出，想要建構此一生態系。目前的AI資料中心幾乎是NVIDIA一個人的武林，NVIDIA有GPU、CPU、ASIC，負責scale up傳輸的NV link，以及 scale out傳輸的Infiniband，更可怕的還有CUDA的軟體作業平台，以及能作為超級電腦的系統架構。NVIDIA做了上下游縝密的整合。其他公司所組成的復仇者聯盟，對應的有不同品牌的xPU，負責傳輸的PCIe、UA link、Ultra Ethernet等。這就如同蘋果（Apple）手機與Android系統的差別，再怎麼樣蘋果自成一格的手機，總是比其他各家使用上來的流暢，且不容易當機。延伸報導Arm來勢洶洶　英特爾與超微攜手x86化敵為友天下武功，唯快不破。NVIDIA對應著鋪天蓋地天兵天將的來襲，策略就是一年一個新機種，讓競爭者疲於奔命。然而800磅的大猩猩每年要脫胎換骨一次，就必須要具備強有力的指揮系統，這就難怪NVIDIA執行長黃仁勳得有40多人直接跟他報告了。