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新曲線與新思維

Naga Chandrasekaran | 2020 年 10 月

新曲線與新思維 改變永續創新曲線

21 世紀頭二十年,技術創新的速度呈指數級增長,改變了我們的生活方式和生活體驗。上個世紀被認為只存在於科幻小說的解決方案正以超乎我們想象的速度變為現實。自動駕駛汽車、自學裝置、精準醫療以及更多技術進步正在重塑我們周圍的世界。技術正變得越來越容易獲得、越來越經濟實惠,並融入我們生活的方方面面。

雖然預測疫情何時結束以及生活何時恢復正常很難。患病人數的增加、一線家庭的壓力、小企業的倒閉、團隊成員的壓力和失業都是真實存在的。但我們也看到了意想不到的積極因素——比如,技術的發展解決了一些看似不可能解決的問題。疫苗的研發可能只需要幾個月而不是幾年。我們 80% 的員工可以在家工作。這不僅需要思維的轉變,還需要技術變革和視訊通話。人們可以足不出戶進行購物和娛樂。學校可以透過線上課程繼續教育。雖然不完美,但這些變化讓我們的生活得以繼續。半導體技術解決方案在實現這些轉變方面發揮了重要作用。

我們身邊的大多數技術進步都得益於半導體行業的發展,特別是記憶體技術的發展。隨著我們使用連網裝置產生的資料量越來越大,我們也越來越需要儲存這些資料並從中產生智慧。這種需求推動了記憶體需求的增長。

所有這些不斷增長的需求和進步要求半導體行業承擔更高的商業、社會和環境責任。資料中心和雲端客戶期待更高速、更低功耗的記憶體和儲存解決方案。準備採用 5G 技術的行動客戶希望以更低的成本和功耗獲得更大的儲存容量。汽車客戶則期望提高自動駕駛汽車的品質和可靠性。

在半導體產業持續致力於以較低成本改進產品效能(功耗和速度)之時,我們也面臨越來越多具有挑戰性的問題,即我們能否以永續方式來實現這些創新和解決方案。「永續發展」一詞包含多個方面,包括環境保護、社會責任和經濟發展。在更高層面上,我喜歡布倫特蘭委員會在 1987 年所下的定義,他們將永續發展定義為在滿足我們當前需求的同時,不損害後代滿足自身需求的能力。

但我們想到的問題是:「我們能否以更低的成本提高產品效能,同時又能滿足永續發展的要求?」 永續發展和以更低成本實現產品效能可以說是相互排斥的。為了提高產品效能,我們不得不研發新設備、採用新材料和先進的材料加工技術。而半導體加工方法同樣會推高成本,更重要的是,會增加能源、排放和浪費。畢竟,當更快的效能、更低的成本和更好的品質成為首要目標時,要成為地球更好的管理者並不容易。

不容易……但並非不可能。美光相信,我們可以滿足技術和產品要求,為客戶提供具競爭力的成本,並實現我們自己積極的永續發展目標。要解決這些看似矛盾的問題,我們需要改變思維方式(轉變為成長型思維),透過創新開啟通往新模式的大門。

改變我們對創新的看法

我想用 Richard Foster 於 1986 年提出,並因為 Clayton Christensen 的《創新者的困境》(Innovator's Dilemma)一書而聞名的「S 曲線」創新思維來解釋成長型思維模式。每條 S 型曲線都可以視為一個技術平台,或一種圍繞既定思維過程(技術 1 曲線)進行思考和創新的方式。透過漸進式創新(從 B 到 C),沿著特定的 S 曲線向上發展會帶來進步。然而,在某個時間點,優勢會達到飽和狀態 (D),我們需要激進的創新來改變模式,並實現重大改進。這些情況被稱為拐點。在開始階段,新技術或新方法似乎並不理想(技術 2 曲線)或不可能實現。但它的潛力巨大,我們需要以成長的思維對這種方法持開放態度。

我們正面臨這樣一個拐點。技術進步正在推動我們生活方式的進步。這類進步要求也對我們的技術發展方式提出了挑戰。我們正處於兩難境地,既要實現技術進步,又要實現永續發展的目標。要解決這一兩難境地,需要顛覆性的創新。

我們必須找到設備、材料和製程創新的拐點,將我們置於達成產品效能要求、成本和永續發展目標的曲線上。

例如,減少晶圓廠的用水量可能會影響產品效能(導致缺陷)。這是不可接受的。引入新材料和新設備對於推動規模化生產以實現更低成本和更高效能至關重要。此類變革將影響我們的能源使用、排放和廢棄物。但是,如果我們繼續停留在當前技術研發程序的曲線上,我們就不可能實現環保目標。當然,作為一家公司,我們仍將致力於特定方面的永續發展,例如紙杯和塑膠瓶。但是,如果我們進行顛覆性的技術創新,就能在減少用水、廢棄物、排放和能源目標方面取得重大進展,從而實現永續發展。

憑藉這種方法——創新不僅是為了促進永續發展,也是為了改善我們的產品——我相信美光可以解決能源、排放、廢物和用水方面的巨大挑戰:

能源使用:為了擴充和提高記憶體和儲存裝置晶片的效能,以滿足 5G 手機、雲端資料伺服器和新的運算要求,我們必須滿足更快速度和更低功耗的要求。降低我們產品的功耗要求可以顯著改善客戶的能源成本和碳足跡。同時,為了滿足這些要求,我們不斷縮小几何尺寸,並設計出新的材料和設備。這些解決方案可能導致我們自己工廠的能耗增加,因此我們需要與製程和設備解決方案供應商密切合作,以提高能源效率。這類具能源效率的解決方案不僅有利於永續發展,還能降低營運的能源成本。

危險廢棄物:新的製造材料通常需要先進的化學品或氣體來加工晶圓,而這些化學品或氣體並不一定環保。增加使用這些化學品不僅限制了水的再利用,還增加了需要處理的廢棄物總量。當我們投資製造工廠時,妥善處理危險廢棄物的成本會不斷推高晶圓總成本。我們應透過以下兩種方法不斷推動各項活動:1) 減少處理晶圓時對危險材料的需求;及 2) 探索重新利用廢棄物的解決方案以支持循環經濟。

水:隨著我們使用的製程越來越複雜,用水量也會越來越多。如果水與我們無法按標準處理的化學品混合,我們需要將其隔離。因此,我們的逆向處理成本很高,總用水量也會增加。我們需要關注水資源的減少,回收和再利用水資源,同時也要不斷尋找補充水資源的機會。透過與半導體設備製造商合作,我們可以推動減少總用水量,推廣可重複使用和循環利用水資源的先進技術。此外,我們還可以尋找利用地表水的機會,並將其用於改善地下水位。我們還可以尋找機會,改善我們營運所在社群的節水活動。

排放:為了處理複雜的材料,我們會排放更多的二氧化碳。具有諷刺意味的是,減少二氧化碳排放的設備也會產生溫室氣體排放。因此,我們需要設計新的環保氣體和減排方法。並且我們必須在不大幅增加成本的情況下做到這一點。在許多半導體加工步驟中,儘管在加工過程中必須使用大量的氣體和化學品,但只有一小部分氣體和化學品用於實現最終結果。我們應該與設備製造商合作,提高反應效率,並採用先進技術減少未反應的氣體和化學品。

 

顯示效能隨時間變化的 S 曲線——《創新者的困境》

灌輸思維轉變

我們為提高產品效能和降低產品成本所做的一切似乎與我們設定的永續發展目標相沖突。儘管你可以說,「這些相互矛盾的目標一直都有」,但真正的挑戰在於如何在這些目標之間創造和諧,並共同實現這些目標。

在傳統的計畫管理中,我們使用三個向量來限制問題,即時間表、範圍和預算。在研發活動中,我們可以將其重新定義為時間表、產品效能(範圍)和成本(預算)。這三個向量制約著總體問題陳述。現在,我們必須將環境永續發展作為首要向量疊加在這些制約因素之上。我們必須按照客戶要求的效能、成本和時間表交付產品,同時還要以永續發展的方式實現這一點。永續發展應成為首要主題。

工程師們知道,他們必須具有成本意識;他們會將預算納入解決方案要求中。產品規格表中明確規定了產品要求,每個技術節點的研發都要滿足效能和成本目標。展望未來,美光工程師還需要將永續發展納入他們的要求中。在整合新的製造設備或製程時,他們需要考慮其效能和成本,以及用電量、用水量和排放量,以及減少這些因素的方法。

這種方法應成為一項基本要求,並作為一種期望貫穿我們的供應鏈。如果所有競爭條件相當,永續發展應成為決定勝負的關鍵。這些行動和決策不僅能滿足我們的企業社會責任要求,還能透過降低總體營運成本增加業務價值。這就是我們試圖激發和灌輸的思維轉變。

但這是一種集體協作的思維。為了確定並提供能夠推動重大永續發展和效能解決方案的創新,我們需要來自不同領域(製程、整合和設施,僅舉幾例)的工程師齊心協力。我們還需要美光工程師與研發合作夥伴(設備、材料、公用設備供應商和廢棄物處理供應商)之間的緊密合作。

幸運的是,這種合作正是美光的強項。但是,如果這不是您組織的強項,那麼您的任務就必須是創造一個有利於創新的環境——無論是從水冷卻器旁的臨時對話開始,還是從激勵和支持合作文化的線上環境開始。

繼續我們已經取得的進步

過去十年,我們在企業文化中促成了大量的行為改變,以推動對永續發展的關注。2011 年,我們啟動了一項安全倡議,不僅涉及滑倒和絆倒,還涉及先進技術安全領域——例如複雜化學品和氣體的相互作用,這是技術行業固有的危險。

此類努力改變了我們的文化、研發思維和方法。這些改變提高了技術安全和行為安全。如今,我們的博伊西廠區和工廠已成為 OSHA 評級的行業基準。我們還將安全融入到設備和製程研發以及製造程序的技術轉讓中。每個廠區都設有製程危害分析 (PHA) 小組,與技術團隊、設施和 EHS 密切合作。

我們在安全方面考慮得更多更廣,並開始在永續發展方面做出類似的努力。未來五年,營運的永續發展將融入每一個技術研發程序,我們將制定目標和解決方案,推動我們達到基準績效。

我們無法制造創新,但可以打造一個沒有什麼是不可能的環境——我們只是還不知道如何才能做到。這是思維的改變,而思維的改變會帶來行為的改變。我希望我們的團隊成員對永續發展感到興奮,而不是想:「噢,這是我要做的另一件事。」

我們可以做到;因為我們的創新和合作文化由我們對永續發展的渴求和熱情所驅動。這就是美光一定能取得成功的原因——因為團隊成員不僅知道永續發展的商業價值及其對實現更長遠目標的重要性,而且他們很關心。我們不僅要成為良好企業公民,還要成為生態友好型企業和綠色企業。我們對自己的要求也是如此。這是我們對每一位美光人的期望,我相信我們將成為提供安全、永續、世界級技術解決方案的標杆企業。

SVP, Technology Development

Naga Chandrasekaran

Naga Chandrasekaran, Micron's senior vice president of Technology Development, leads device, silicon integration, process and package technology development for all memory and nonmemory products. Dr. Chandrasekaran also manages corporate characterization labs, advanced data science and AI/ML development activities for product development, mask technology and R&D fabrication operations at the Boise, Idaho, headquarters.