一、前言
在未來20年內，英國將著重於研發、設計和智慧財產權，以及化合物半導體(Compound Semiconductor )等優勢領域，以確保未來半導體技術領域的全球領先地位。半導體成長的障礙來自於技術、資金和相關智慧財產權、關鍵基礎設施的取得，這對於半導體設計與研發來說，是重中之重。

以針對性的策略，確保英國未來在人工智慧、高功能計算、量子和網路安全方面皆具有優勢。目標為：(1)發展英國的半導體產業，(2)提高供應鏈韌性，(3)確保國家安全。

具體投資內容如下：
(一)2023年6月正式成立英國半導體諮詢小組，成員包含產官學界代表，由科技與數位經濟部長與產業代表共同擔任聯席主席。
(二)2023~2025年投入2億英鎊，在未來10年內投資10億英鎊。
(三)由劍橋大學製造研究所主導，與化合物半導體應用創新中心(Compound Semiconductor Applications Catapult , CSA Catapult)、先進光電組織(Photonics Leadership Group)、Silicon Catalyst UK和Techworks合作，共同開發半導體基礎設施計畫。
(四)支持中小企業，包含發展英國的開放晶圓代工平台(Open Foundry)，由客戶提供晶圓生產設備的新合作模式。
(五)建立新創育成中心，提供設計工具、原型製作、商業指導與企業人脈介紹。
(六)准許Innovate UK和工程和物理科學研究委員會（Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC）對於開展新興半導體技術創新能力的投資計畫。
(七)透過工程和物理科學研究委員會進行博士培訓計畫。
(八)確保學徒制度、高技術資格制度和T-Levels符合半導體產業的需求。
(九)以3億英鎊投入技術學院計劃，使教育與產業無縫接軌。
(十)我們將公布半導體秋季計畫，持續發展英國科技生態。

二、半導體產業現況
半導體是製造電子設備所必需的材料，影響未來數位經濟運作。它們是積體電路的基礎，也應用於電源管理、無線電頻率、雷射和感測器等設備。2025年全球半導體產業收入為6017億美元，年成長率預計在6%至8%。產業預估的成長將涵蓋多個應用領域，特別是電動車的成長將帶動汽車產業的半導體需求。
半導體一詞意味其導電率介於導體與絕緣體之間，當材料參雜其他元素時可改變其中的特性，透過這種半導體特性可以控制與放大電流，這些開關(Switch)也稱作電晶體(Transistor)，是現代電子學基本單位。目前最先進的晶片，一個晶片上可能承載了數億個電晶體。傳統晶片由矽原料而來，也有以石墨烯、鑽石等材料製成。由兩個或更多元素組成的(如氮化鎵)稱作化合物半導體。

半導體技術四種主要應用如下：
(一)邏輯功能(Logic): 處理信息來完成「中央處理器」（CPU）或「圖形處理器」（GPU）等任務。
(二)記憶儲存(Memory):包含永久儲存的「快閃記憶體」(NAND)與「唯讀記憶體」（ROM）；「動態隨機存取記憶體」(DRAM)則屬於暫存記憶體(當電源關閉時記憶隨即消失)。
(三)模擬功能(Analogue)：生成信號或改變信號特性。在電源管理、汽車、感應器和音頻應用中尤為常見。
(四) 離散功能(Discrete)：它並非積體電路，而是電路中專職某個功能的設計，例如單個晶體管。

供應鏈動態：半導體在各領域區分詳細，產業鏈分布全球各地。英國在半導體設計、化合物、研發領域擁有獨特地位。美國擁有世界領先大學、最多工程領域人才，在自動化設計領域處於領先地位。東亞地區擁有高技能勞動力、創新民間企業與政府獎勵措施，在以高資本需求的半導體製造領域獨佔鰲頭。

全球分工的產業：波士頓諮詢集團指出:如果半導體沒有全球分工，而是各國自給自足，那前期額外的投資成本至少要增加一萬億美金，使得所有終端電子設備售價提高30%~65%。多樣性的供應鏈選擇，與改變地理性分布不容易達成的原因在於：可商轉的高階製程廠房需要至少100億英鎊的建廠經費，並且關鍵性的製造設備供不應求，造成產能無法擴充。另外，高技能工程人員也至關重要。這導致超過90％的先進製造和20％的全球製造能力位於台灣。供應鏈可能受到自然災害、基礎設施停工或國際衝突而產生中斷與干擾。來自台灣供應鏈的中斷，將嚴重影響全球經濟。此外，鎵是半導體原料中重要的礦物資源，全球91％的鎵產量來自中國，而俄羅斯則產出4％。也意味著供應鏈極易受到影響。

產業透明度問題：大部分半導體元件進入英國時已經整合為終端產品，例如一台汽車約有3800個不同的半導體元件。供應鏈的複雜性使得業者難以全面了解市場情況預測短缺，也難以將需求回饋給上游供應鏈的初期投產。在過去三年中，因為疫情引發的消費電子需求增加，以及對汽車的需求超出預期，加上一些意外事件導致關鍵晶片的斷供，使得終端製造的出貨壓力不斷加劇。這些原因讓製造商擴充了生產線，導致了目前半導體某些公司正在進入供應過剩期。

技術創新：半導體技術性能的提昇來自於微型化，微型化趨勢遵循著摩爾定律(Moore’s Law)：積體電路的電晶體數量每隔18個月會翻倍，成本會下降一半，性能會增加一倍。自1965年以來的40年間，半導體技術都遵循摩爾定律所預測的指數型成長，但隨著尺寸越來越小，達到物理極限之後，未來某個時刻可能會遇到瓶頸。超越摩爾定律，就是下一代半導體技術的挑戰。

化合物半導體：下一代半導體技術很可能是由新材料與製程的化合物半導體引領的突破。化合物半導體在各種應用中具有優勢和廣泛的應用。目前，全球晶片市場中約有20％是化合物半導體，但這個市場正在迅速增長。主要是5G/6G、零碳排、量子科技需求的推動。據市場分析，全球化合物半導體市值在2030年將達到3500億美元。
新製程涉及半導體後期的先進封裝技術，也就是2.5D和3D封裝與異構整合(Heterogeneous Integration)技術。最終讓電子產品可以更輕薄短小，同時效能更高，也讓晶片在高速運算時產生的熱能有好的散熱方式，藉以保護晶片。

地緣政治：半導體技術的進步對英國在全球地位上越來越重要，同時各國也意識到這點，所以都在業內增加投資以保持競爭優勢。美國的晶片法案旨在維持其在矽製造方面的領先地位，並獲得了520億美元的支持。臺灣、日本和韓國也在大力發展製造業。歐盟計劃透過430億歐元的資金增加成員國在製造業的市占率。中國透過長期戰略、財務補貼、外國併購和研究合作夥伴關係，投入了超過1500億美元，讓中國在IC設計產業擁有約5％的市占率，另外中國也在裝配、測試和封裝方面有部分優勢。

安全問題：來自東亞的供應鏈中斷，將嚴重影響全球經濟與各國的國家安全。同時先進半導體技術是現代化工業的基礎，特別是國防武器之應用。這使得各國政府啟動投資審查與出口管制來保護自身半導體產業。近期美國限制中國購買軍事用途的高端晶片、德國與荷蘭政府限制中國對其半導體的投資。除了國家安全之外，物聯網、自駕車、生活中各項自動化，也讓半導體安全設計和製造的重要性越來越顯著。

三、英國的處境
英國擁有令人驕傲的科技創新歷史，並對經濟成長與創造高薪就業有巨大貢獻。例如網際網路、DeepMind公司創立的人工智慧。而在半導體方面，格拉斯哥和愛丁堡以及兩地之間的走廊，曾被稱為「矽格蘭」(Silicon Glen) 。Arm框架技術來自於劍橋地區，牽涉到設計指令集架構和中央處理器智慧財產權，這些技術推動了智慧手機的革命。Arm架構技術如今已經如此普及，僅在2021年就有292億個基於Arm的晶片出貨。
英國境內晶圓月產能大約從幾百片到數千片不等，涵蓋了傳統的矽製造到領先世界的薄膜製造（用於生產柔性半導體器件）和化合物磊晶（epitaxy，在晶圓上生長或沉積晶體的過程）。

英國有三個最重要的戰略優勢，如下：
(一) 研究和創新體系：英國在半導體專利數量方面在全球排名第8，在歐洲排名第3，僅次於德國和法國。並且在設計、先進材料、化合物半導體、功率電子學、光子學、量子技術和異構集成等領域都各有擅長，並受到優秀大學的支持。Pragmatic公司生產薄膜柔性積體電路；這些柔性晶片比人類的頭髮還要薄，可以嵌入各種物品中，為醫療、消費品、零售和安全等領域帶來突破。匯集公部門7千萬英鎊加上私人企業1.17億英鎊的研究計畫《數位安全設計》將以劍橋大學研究團隊為班底，為網路安全提供創新解決方案。
(二) 半導體設計和智慧財產權（Intellectual Property,IP）：在半導體價值鏈中，IC設計估計佔總產值的29.8%，僅次於半導體製造的38.4%，英國境內擁有110多家專業IC設計公司，包含以AI智慧晶片設計與相關技術著名的獨角獸公司Graphcore，即為英國代表性的本土企業。智慧財產供應商，如Arm和Imagination Technologies，也在產業中佔據戰略地位。另外，金融方面也到吸引許多跨國IC設計公司的上市。
(三) 化合物半導體材料：主要是磷化銦（InP）、氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）。基於物理和工程研究的堅實基礎，英國在化合物半導體供應鏈具有強大實力，並在製造領域擁有重要的市場佔有率。英國政府自2006年以來透過EPSRC在化合物半導體及其廣泛應用方面進行了大量投資。藉由化合物半導體優越的電子特性，可以完美地讓電力取代原本以機械或燃燒為動力的機械，完成設備的電氣化，這將是電動車未來成長動力的主要技術來源。英國擁有化合物半導體應用領域的育成中心（CSA Catapult），它是政府、產業和學界合作的一個非常成功的例子。它已經啟動了超過1.6億英鎊的投資計畫，與全英國100多家公司合作開發先進電子產品。

此外，南威爾士的CSconnected是全球第一個化合物半導體事業群與品牌，組織中包含學術與教育培訓機構、半導體公司以及試驗和製造設施。對於實現碳零經濟，並在所需的化合物半導體的設計、開發和商品化方面引領著潮流。

四、發展國內產業計畫
透過產品生命週期扶植國內產業：全球半導體市值在2022年為6017億美金，將以6%~8%年成長率，估計在2030年來到1萬億美金規模。期望透過達成維持已有的IC設計與智慧財產權領域優勢、建立全球獨霸的化合物半導體的地位、在現有研究基礎上發展下一代半導體技術，讓英國在2030年成為科技超級大國的目標。

為了推動未來半導體產業投資，必須關注三個瓶頸領域:
(一)加強產業商業化投資，建立半導體生態系，從支持初期新創公司的商業化，到後期企業拆分的擴大規模。
(二)提高中小企業使用實驗室原型與基礎設施的使用效率、與降低IC設計軟體與智慧財產權門檻。
(三)技職教育與產業需求結合，培植半導體就業人才。

半導體投資資本巨大，回收成本長，投資風險高。因此政府需要在支持研發與鼓勵海外投資雙管齊下，才能創造企業成長條件。此外，英國商業與貿易部加強與台灣的半導體雙邊合作，以增加彼此的數位產業貿易。英國半導體諮詢小組將會在倫敦科技週上宣布正式成立，旨在促進產官學的合作，推動半導體產業成為數位經濟的核心。

研究與開發：過去10年，透過英國研究與創新機構(UK Research and Innovation, UKRI)及工程和物理科學研究委員會(Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC）和英國創新署(Innovate UK），對半導體創新持續進行約莫5.39億英鎊的投資。資金主要用於國家磊晶設備(National Epitaxy Facility)，一種應用在化合物半導體所需的薄膜晶體生長設備。半導體除基礎研究之外，也包含量子、人工智慧和電動車等應用領域。英國在未來面對的議題是:如何引進更多戰略資金，以促進IC設計、化合物半導體和先進封裝等關鍵橫向領域技術。為此，英國成立新的科學、創新和技術部門，其任務之一就是更清楚標定未來半導體投資標的，擴大對研究和創新的支持，促使技術與產品週期的開展，並提供培訓和技能，推動產業前進。透過Innovate UK和EPSRC，政府已承諾支持四個主要計畫:
(一)IC設計和智慧財產:處理器和其他晶片的設計，以及電子設計自動化工具。
(二)前端製造:矽與化合物半導體，量子和光電使用。
(三)後端製造:商業量產，先進封裝/異質集成研究。
(四)系統架構-如何使用上述技術構建系統。

為實踐這四個計畫，英國將透過公開投資方式，強化新興半導體技術創新能力。包含異質積體電路、IC設計、光子積體電路、人工智慧、新材料，新製程和可持續性等領域。持續並加強對半導體領域的博士培訓中心。針對中小企業投入研發給予額外的稅收減免，協助他們投入更多的研發資金。符合資格的中小企業可以申請將其應納稅額的14.5％轉化為現金補助轉換為研發經費。

商業量產有四個難題需要英國政府介入，如下:
(一)學術界與新創公司的原型必須取得IC設計與智慧財產權的授權才有機會商業化生產，而這些專利取得成本過高。
(二)許多新創企業無法在英國取得晶圓設備將其研發階段的原型試產，只能委託國外生產。
(三)英國在化合物半導體的原型階段研發實力強勁，透過育成中心的資助，必須推動以開放晶圓代工平台(Open Foundry) 這種組織共享生產設施和資源的生產方式，以便有效地將讓新創原型進入試產階段。
(四)封裝技術屬於晶圓製造後期製程，英國企業往往需要外包給國際廠商來分工，而先進封裝技術同時也是下一代半導體技術性能提升的關鍵技術之一。英國的新創公司必須讓自身研發的新產品取得先進封裝製程才有機會進入半導體市場。異質整合(Heterogeneous Integration)技術是一種先進封裝技術， 它的目的是讓晶片上的不同電晶體密度增加並且可以藉由整合不同性能的晶片在同一個晶片上，來達成整體晶片的性能提升，同時降低晶片成本，被視為可超越摩爾定律所限制的物理極限。

解決方案：英國政府提供了一系列解決方案，用以支持商業化研發與中小企業的成長，以改善英國的半導體生態系統。包括10億英鎊投資，推動半導體基礎設施計劃，建立新的公部門，並專門為新創與中小企業解決基礎設施使用問題。此外，新的育成中心計畫也為產業提供支援。長期投資科技和科學計劃，鼓勵對英國本土創新公司的投資。在2023年秋季還將宣布進一提升競爭力的計劃。

技能與人才問題：英國半導體面臨人才短缺問題，需要創造更多就業機會來刺激專業人才的投入。英國計畫透過STEM計劃來引導年輕人進入產業，但在短期內，依賴外國人才來填補空缺是必要的選項。

解決方案：英國政府將投資半導體教資、職業訓練，激勵學生進入高等教育領域。並推廣由企業內自主學習，以確保符合產業需求。政府還提供了教師學習物理、工程領域的教育訓練，鼓勵學校與企業的產學合作(STEM)。英國政府支持以產業需求為導向的學習。在鼓勵企業與技職學校合作的計劃中投資了3億英鎊、並成立數位技能委員會，專職推動業界主導的計畫，滿足半導體業技能人力現在與未來的需求。另外，利用優惠簽證的發放(高潛力個人簽證、規模擴大簽證、全球人才簽證)，鼓勵高階外國工程師來英國就業與移民。

五、供應鏈韌性
英國進口半導體產品時，多半是安裝在汽車、電器與3C產品中，半導體供應鏈的複雜性，使得英國企業難以預估其中的風險，並提前採取對應，特別是汽車產業。具估計，雖然車用半導體只占整體市場的10%，但因疫情導致的車用晶片短缺，汽車產業卻在因疫情導致的半導體損失1250億美元中占據了80%。疫情影響預計還會持續到2023年。半導體產業未來10年的年成長率大約是6%~8%，儘管製造商已經擴充產能，但是供不應求的情況仍會是常態。因此，這種供應鏈壓力至少仍會是未來10年內的重要挑戰。

解決方案
(一)預備經濟:改善晶片採購彈性度、確保需求與預測風險，主要是企業自身的責任，而英國政府只能發布供應鏈彈性的指導建議，並建立一個政府與產業的論壇，讓企業認知風險、減輕斷貨衝擊。
(二)保護國內關鍵部門:針對醫療、民生基礎設施、國防等關鍵國內部門，共同發起對於供應鏈短缺的演練與對策，增加產業透明度以了解供應鏈風險，彙整英國本土晶片製造的最低產能，確保國防所需的半導體產品需求。
(三)參與國際合作:地緣政治和經濟重心正在向印太地區轉移，而英國加入《全面與進步跨太平洋伙伴關係協定》（Comprehensive and Progressive Agreement for Trans-Pacific Partnership, CPTPP）就是回應這種趨勢。除此之外，英國也表明了保護印太地區航行自由的企圖心，以確保包括半導體在內的貿易活動，並加強與印太地區科技的合作。同時，英國也認為應該持續發展多邊主義，參與更多國際交流。

此外，還需要解決供應鏈內部的結構問題，好比供應鏈透明度，減少政府的投資在供應鏈中斷時的風險。在2023年的G7峰會上，英國在與各國互利貿易、共享安全和價值觀等核心問題中，都支持與各國發展同樣的策略。亞太數位貿易網絡（由科學、創新和技術部門以及商業和貿易部門共同發起）的重點將會放在台灣，藉以提升英國半導體產業的知名度，推動貿易和投資。其他的雙邊關係:英美技術合作伙伴關係、英韓供應鏈韌性協定和英日數位合作夥伴關係，將自由、責任、安全和韌性等成為我們工作的核心原則。除了透過國際合作解決供應鏈韌性問題，還將在未來10年以10億英鎊的投資額，啟動國際半導體合作計畫，以增進產業交流、加強產學聯繫。

六、半導體與國家安全
不斷變化的威脅：半導體技術涉及多種國家安全問題，主要有兩大部分:(1)敵對國家收購敏感的英國半導體公司和技術。(2)技術的漏洞成為網絡攻擊的資訊安全問題。英國政府正在采取行動預防潛在風險，提升硬體優勢，以保護英國資產和網絡安全。

保護英國資產主要有三個手段，如下：
(一)《2021年國家安全和投資法》:此法案在2022年1月生效，對於那些可能對國家安全構成風險的併購與投資，賦予政府更大的權力介入與禁止。其中有17個敏感項目與國防有關，主要牽涉到「運算硬體設備」與「先進材料」，這些領域的企業併購必須向政府通報。該法案原本只針對行為者，而政府介入行動是根據具體案例而進行。而經過業界的回饋，但未來還將擴及所有英國開發的技術、化合物半導體、其他與國防相關的技術。
(二)出口管制:敵對國家透過獲得英國的半導體技術、IC設計軟體、知識產權、員工或相關專業技術來提升其軍事實力，因此英國必須設立管制。例如2022年引入的加強版終端為軍用途的管制禁令，企業有義務對其客戶進行全面的盤查。因應未來不斷增進的新興技術，政府未來也要持續審查可能的敏感技術外流。
(三)研究合作諮詢團隊(RCAT):是英國官方與學界合作的機構，針對學術界所涉及敏感國防安全領域，給予官方建議，以保護英國半導體技術。

提升網路安全：硬體中的網路安全漏洞很難修補，可能被惡意軟體利用並破壞晶片的安全性。英國擁有領先的硬體安全知識，致力於提高國際硬體設計標準以增強網路安全。2022年通過的《產品安全和電信基礎設施法案》，讓英國可以確保消費者使用可連網的電子產品上，從設計上中考慮到的網路安全需求。此外，英國政府投資「數位安全設計」計畫，以降低晶片級別的風險。該計畫旨在確保軟體的記憶體安全，並實現應用程式的安全隔離。這些技術可阻止至少70%的現有漏洞所導致的網路攻擊。此計畫雖然主要關注Arm架構(主要應用在手機與平板)，但仍期望能實踐在x86架構(主要應用在桌機與筆電) 與RISC-V架構(主要應用在嵌入式設備)。
英國在硬體安全方面的領導地位，將我們能夠應用專業於網路安全領域。最近在開放標準指令集架構RISC-V方面的進展，是一個需要平衡網路安全和新興半導體技術機會的領域。

七、總結與展望
在發展國內產業、鞏固供應鏈韌性、確保國家安全的三個進度中逐步執行。半導體技術發展快速，因此戰略與願景也必將隨之調整，有賴英國產官學界的密切配合。目前英國正在評估初期成果，並將於2023年秋季發布更新進度。