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量子電腦投資,台灣連中國的1%都不到!聯電前董座揭「國安級隱憂」

量子電腦,是目前各國及各科技大咖都爭相投入研究的領域。 (來源:取自IBM Research官方臉書專頁)
撰文者:胡國強
網民肥皂箱 2019.10.30
摘要

1.從美國的蘋果、高通,一路到中國的華為海思、比特大陸都是台積電的客戶,這讓台灣IC產業成為另類的國防屏障。

2.台灣截至目前政府對量子電腦的投資額,僅有7000萬,但,光是中國在2015年就投入了85億在做研發,台灣在這領域的投資額,連中國的1%都不到。

今年4月工研院發表了一份台灣IC產業2018年的成績單,一份令國人驕傲、令世界其他各國羨慕的報告。

報告重點如下:

整體IC產業鏈產值第三名,佔全球15%,次於美、韓(以記憶體為大宗)。
晶圓代工全球第一,市佔72%;封裝測試全球第一,市佔56%;IC設計全球第二,佔17%。其中晶圓代工的地位尤其重要。

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許多國人也許不知道美國的大公司如蘋果、高通、博通、輝達、超微、賽靈思及中國大陸的華為海思、展銳、比特大陸等IC設計需要先進7奈米製程的公司,都在台積電下單。所以美國及中國大陸都仰賴台積電的穩定準時的供貨,可以說台灣的IC產業是中華民國國防及安全的屏障,或所謂的「矽屏障」。

個人拙見以為,這種以高科技及智財為基礎的屏障,比起戰機、飛彈、潛艦等軍事力量要更為有效且符合潮流。當然要建立這種屏障除了要有眼光,更要時間。

今年7月胡定華先生逝世時,媒體對當年胡先生負責執行的RCA(美國無線電公司)計畫及陸續推動半導體的發展多有報導。筆者當年在美國留學,未能躬逢其盛,但對他的做事認真、公正的態度,印象深刻。

讀了中研院訪問他的口述歷史後,感慨良多,那是台灣多麼美好的年代啊!在十大建設(1974-1979)如火如荼進行之際,蔣經國(時任行政院長)問孫運璿(時任經濟部長)下一步要做什麼來提升台灣的經濟?這位電機背景的孫部長,找到了在RCA負責半導體研發的潘文淵博士,一小組人決定了台灣未來的命運。經過了40幾年政府的幫助和業界的努力,台灣才有這份亮麗的成績單。

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1976年,當台灣派了2、30位年輕人去RCA學CMOS(互補式金屬氧化物半導體)的設計、製造時,中國大陸剛剛結束十年文革,等到高教(高級教育)恢復正常大概又花了10年。今天大陸半導體製造落後台灣2至3代,這和大陸缺乏人才和經驗累積絕對是有因果關係的。

今年9月IBM宣布,將於10月推出世上第一台53量子位元(qbit)的商用電腦。量子電腦的計算力遠大於傳統電腦,可以解決許多傳統電腦不能解決的問題。舉例來說,現今全球普及的資安密碼用的是RSA-2048演算法。這個演算法共有2048傳統電腦位元(bit) ,由兩個大的質數相乘而組成。

要找出是哪兩個質數,在數學上是個非常困難的問題。若用地表最強超級電腦都可能要幾千年或幾萬年才解得出來(根據所需演算步驟及電腦速度估計);若用量子電腦,只需幾秒鐘就可破解。MIT的教授Dr. Peter Shor已經理論上證明了量子運算法的正確性,業界便以他的姓氏命名。IBM和其他研究機構,也用小型量子電腦實際成功驗證,現在就等量子位元的數目增加到一定的地步即可以商用。

加拿大滑特盧大學量子計算學院副主任米契爾·摩斯卡(Michele Mosca)預期,全球的RSA密碼,會被破解的或然率,在2026年時是1/7,2031年時是1/2。屆時密碼要改用分散量子鑰匙(Quantum Key Distribution,QKD)來代替。

例二,今天大數據的應用愈趨普及。若要在1000萬筆雜亂無章的資料中尋找某特定一筆資料,用傳統電腦最壞情況要比對1000萬次,用量子電腦最多只需比對3163次。3163是10,000,000開平方的值。這個量子搜索運算法名為Grover’s Algorithm,是MIT的科學家Lov Kumar Grover發明的。

今天華爾街的投資理財公司往往掌管數十億美元的資金,成千上萬個投資標的,急於用量子電腦快速找出最佳的投資組合,最大的獲利。亞馬遜、阿里巴巴每天都要計算如何用最少的運送成本,為客戶網購的電子商品最快的遞送,這些都是所謂最佳化(Optimization)的應用。量子電腦當然也可以用於人工智慧,深度學習。

量子產業會是和現在的半導體產業互補的,量子電腦也會用到先進半導體技術整合量子位元晶片,但會注重精準度(precision)而非電晶體密度(transistor density)。在摩爾定律走不動時,量子電腦會開創一個新產業,無論在商業上或國防上都潛力無窮。

量子電腦的理論比傳統電腦深奧許多,它涵蓋的技術面很廣, 包括物理、化學、材料、電機、傳統電腦、數學…。 IBM的量子技術是基於超導體(Superconductor)及約瑟夫森介面(Josephson Junction),且須在超低溫(約為負273.15oC)的環境下運作。該公司從1970至1980年即在做這些研究。今天IBM能夠領先全球也是有原因的。

在量子時代來臨時刻,我們梳理一下全球各國的競爭態勢,很快就會替台灣捏把冷汗,業界幾乎沒有公司在思考這個新方向,政府在這個領域的投資也少得可憐。2018年政府宣布的經費是7000萬元台幣供5個學術單位做研發用。根據《經濟學人》的報導,2015年亞洲國家地區在量子技術上的投資以台幣計為:

中國大陸85億、日本24億、新加坡17億、韓國5億。

中國大陸在量子通訊技術及專利申請均超過美國,非常搶眼。我們的量子基礎研究現在注重在以矽為基礎的量子點(Quantum Dot)及量子光電晶片,且都在早期。等到研發成功,轉移至業界又要許久,看來這次台灣要落後了。

拙見以為當務之急是儘快充實大學師資,能夠開出量子計算有關的課程,培植未來需要的人才。我也鼓勵有能力的大學生及研究生盡快到美國、加拿大、澳洲等量子領先學府去留學。在MIT教量子課程的教授威廉.奧利弗(Will Oliver)說,今天在美國業界會搶著聘請研究量子物理的博士生。

台灣近年來財政拮据,以至於砍了軍公教退休金,又有長照、綠能、高鐵,軍備等等支出。我有個籌措高科技研發經費的奇想,那就是只買33架F-16V(戰隼戰鬥機),另外一半的經費用來請美國授權科技技術,包括量子、生技、能源等。希望2、30年後台灣能夠多出現幾個像台積電的世界級科技公司。

道理不難理解,那就是我們必須擁有這些高科技技術。2、30年後,今天買的武器會被淘汰,我們必須花更多錢購買下一代新武器,可是我們還是不能擁有關鍵技術。

也許有讀者會問,那我們的國防呢?台灣的晶圓代工已經提供了一個很好的模式,那就是提供不可或缺的高科技產品、技術和服務(最好不要只限於代工)給全世界,作為中華民國國防及安全的屏障。

提供一個退休半導體工程師的看法,就教於各方學者、官員、專家。

(本文作者為聯電前董事長)

責任編輯:陳慶徽
核稿編輯:林易萱

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