在「製作產業技術地圖解析—以美國增量製造產業技術地圖為例」的文章中我們提到傳統上美國係以市場自由化為其產業運作的核心理念，過去並不熱衷邀集產官學研共同研商產業發展的技術地圖；然早在1987年，美國由Sematech (Semiconductor Manufacturing Technology)的組織召開一連串針對美國半導體產業應發展什麼樣的新技術以追上日本半導體產業的研討會，而開啟了製作產業技術地圖的濫觴；該文章將重心放在解析美國製作產業技術地圖的步驟，而先將美國半導體產業技術地圖的緣起、製作的目的、以及效益暫時不表，今天我們就來補課，回顧一下美國半導體產業技術地圖的歷史沿革。
美國半導體產業技術地圖的起源
1987年，美國國防科學委員會半導體依賴性工作小組(Defense Science Board Task Force on Semiconductor Dependency)在其報告中指出：「美國在半導體製造領域的領導地位正在迅速削弱」；該委員會認識到，美國軍隊很大程度上依賴技術上的優勢以在戰場上取得勝利；而失去技術領先地位以及隨之而來的對外國半導體製造設備供應商的依賴為「不可接受之重」；因此建議是成立一個產業與政府的聯盟，以「開發、展示與提升先進半導體元件（devices）高效、大量製造的技術體系。」
在這個大前提下，SEMATECH (Semiconductor Manufacturing Technology) 的非營利會員制的組織就此誕生；其遵循美國國防科學委員會及其董事會的指示：專注於積體電路製造商的基礎設施—以用於製造半導體元件的資本設備、方法和流程；SEMATECH 董事會相信：專注於競爭前的挑戰（例如提升製造能力和生產能力）將釋放成員公司的研發投入，而可以將這些資源用於產品設計、品質提升和產品創新；該策略旨在幫助SEMATECH的成員公司利用美國工業創新產品開發的傳統優勢，重新奪回半導體製造領域的世界領先地位。
1987年成立時SEMATECH的使命為：
為美國半導體產業提供在製造方面處於世界領先地位的國內能力
SEMATECH 董事會，1987 年 8 月
其後1991年則針對其使命作了文字闡述的強化，調整為：
在製造技術和國內基礎設施方面進行根本性變革，為美國半導體公司提供成為世界級供應商的持續能力。
SEMATECH 董事會，1991 年 8 月
這些早期的聲明反映了美國半導體產業在 1980 年代末和 1990 年代初面臨的嚴峻挑戰；為了回應這項挑戰，SEMATECH成員認為，獲得世界一流的製造設備與方法是恢復全球市場領導地位的關鍵；因此，SEMATECH 推出了一項廣泛、多方面的計劃，旨在支持半導體產業的國內基礎設施，包括：光刻（lithography）、熔爐（furnace）、注入（implant）、電漿蝕刻（plasma etch）、以及沈積設備（deposition equipment）等關鍵加工技術的重大措施；有鑑於此，SEMATECH在1987年所召開的一連串針對美國半導體產業應發展什麼樣的新技術以追上日本半導體產業的研討會成果，該成果發表於1988年5月，取名為「Road Map for Semiconductor Technology」，其中將半導體產業的製造技術的發展向前推至1994年，以及各年期應達到的技術指標。
其後，1991年4月美國國家半導體指導委員會(National Advisory Committee on Semiconductors, NACS)聚集約100位來自美國半導體製造商、設備商、研究單位、學校、材料供應商的專家以及政府官員召開Micro Tech 2000的研討會；此研討會主要的目的為規劃公元兩千年之前美國的半導體產業的技術目標，研討會結果於1991年8月發表；表一為該研討會針對SRAM 1991年到2000年各年期的產品功能發展地圖。
表一、Micro Tech 2000 SRAM的技術地圖
| 1993 | 1996 | 1998 | 2000 | |
| 最大密度 | 16Mb | 64Mb | 256Mb | 1Gb |
| 最小設計準則(μm) | 0.35 | 0.25 | 0.18 | 0.12 |
| 存取時間(ns) | 10 | 6 | 4 | 2.5 |
| 時脈(MHz) | 100 | 300 | 500 | 1200 |
資料來源：NACS, Micro Tech 2000 Workshop Report, August 1991; https://nap.nationalacademies.org/read/11134/chapter/11#142
由於NACS為為期三年的指導委員會，將於1992年年底終止運作，故於1991年年底時，NACS要求SIA (Semiconductor Industry Association)承接她的一部份工作，包括Micro Tech 2000研討會報告的後續執行工作。SIA於1992年秋天更新了1991年版的SRAM地圖，並將時間軸幅推展到2007年；其後1995年春天與1997年兩度更新；1999年則在1997年版推出之後隨即開始進行更新的工作。
全球共創半導體產業技術地圖—ITIS
1999年版最大的改變為美國半導體產業協會（Semiconductor Industry Association, SIA）「被迫」邀請國際的合作伙伴一起參加，包括歐洲半導體產業協會(European Semiconductor Industry Association，ESIA)，日本電子與資訊技術產業協會(Japan Electronics and Information Technology Industries Association，JEITA)，韓國半導體產業協會(Korean Semiconductor Industry Association，KSIA)，以及台灣半導體產業協會(Taiwan Semiconductor Industry Association，TSIA)等單位共同組成國際性的國際半導體廠商技術地圖(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)之非營利機構負責。
為什麼說「被迫」呢？
因為當初美國召開的半導體產業會議的目的是追上日本的半導體產業，怎麼又會於1998年4月邀請日本、歐洲、韓國、與臺灣的半導體業者共同製作半導體產業技術地圖呢？
主要是日本眼見美國半導體產業技術地圖製作的成功，因此想要加入這個活動；起初美國當然是拒絕，但日本威脅美國說：如果你不讓我加入，我（日本）就聯合歐洲、韓國、與臺灣共同製作我們自己的半導體產業技術地圖，與你（美國）抗衡；美國想了想你們團結力量大，就開放大家一起來參加，共組國際半導體廠商技術地圖(ITRS)的非營利機構負責全世界的半導體產業技術地圖。此一動作具有極為深遠的意義與影響，使產業技術地圖的製作由原先的提升國家（美國）產業競爭力的目的，轉變為全世界相關業者共同參與產業技術的發展工作，達成共存共榮的目的。
ITRS每兩年發行一次新版本的技術地圖，自1998年成立以來，每兩年製作一次半導體的技術地圖，每兩年的間隔則發行更新版，直至2016年轉給IEEE接手。
2005年ITIS認知到CMOS的技術同樣也可用於其他產品，例如化合物半導體（compound semiconductor）、獨立元件（discrete）、光學元件和微機電系統 (MEMS) 裝置等；因此提出了「比摩爾更多」（More then Moore）的術語，再結合深化之前的摩爾定律（More Moore）形成新的、且多元的發展面貌，如圖一所示。
資料來源：ITIS 2005 EDITION EXECUTIVE SUMMARY， https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2018/08/20051_Executive-Summary.pdf
圖一、半導體的演進
在這個基礎上，2012年12月在我國舉行的年會上，ITRS決定重組，以因應微電子產業生態系統的更新，也就是半導體不應僅限於IC的製造，更應包含由IC製造的電子產業。
為了完成這項任務，國際技術地圖委員會 （International Roadmap Committee， IRC） 在 2013～2014 期間訂立了七個國際焦點小組 (International Focus Teams， IFT)，並將該技術地圖重命名為 ITRS 2.0，包括：
- 系統整合（System Integration）
- 外部系統連接（Outside System Connectivity）
- 異質集成（Heterogeneous Integration）
- 比摩爾更多（More the Moore）
- 超越CMOS （Beyond CMOS）
- 更多摩爾（More Moore）
- 工廠整合（Factory Integration）
國際焦點小組（IFT）涵蓋 ITRS 的所有重要項目之外，還新增新的項目，例如異質集成、無線連接等。
特別是超越 CMOS（Beyond CMOS） IFT 的任務是深入研究不侷限於 MOS 元件科技的裝置（即超越電子傳導學），例如自旋電子學或磁學。
人們很快就發現，ITRS 2.0 的目標正在遠遠超出 CMOS 元件和相關科技的限制，並朝向更廣泛的系統整合，例如，包括從導體到無線到光纖的通訊課題，以及探索非電子學的科技。
IRDS™接手
由於這些新興科學與應用已超越傳統各國半導體協會的範疇，因此，應由一個世界公認的科學組織來主辦了，也就是IEEE。 2016 年 5 月，在 IEEE 的贊助下啟動了國際設備和系統地圖 （International Roadmap for Devices and Systems™，IRDS™)， 2017 年版是 IEEE IRDS™ 的首版。
技術地圖由 ITRS 轉移到 IRDS™ 顯示重點由過去傳統的偏重元件->電路->邏輯閘（logic gate）->功能塊（functional block ）的傳統範式轉化為系統的架構與應用。
結語—半導體產業技術地圖的效益
國際半導體產業組織這麼熱衷製作技術地圖到底有什麼效益？根據Schaller (2004)引用VLSI Research 總裁G. D. Hutcheson的見解：「由於技術地圖的製作，使得半導體產業的研發週期由原來的三年縮短為兩年，也就是每三年可節省一年的研發費用，共計210億美元的研發費用，其中晶片產業160億美元、設備產業50億美元；然將每次製作技術地圖的費用乘以三（註一），則總成本不超過5千萬美元，投資報酬率高達640%（註二）。由此可見產業技術地圖的效益十分明顯。」
此外，一篇針對SEMATECH主導的1987～1997的十年間給美國國防部的報告（A Final Report to the Department of Defense）指出，由於SEMATECH策略的成功（獲得世界一流的製造設備與方法是恢復全球市場領導地位的關鍵），到了 1992 年，美國晶片製造商（其中 SEMATECH 成員約佔 75%（按收入計算））在全球市場佔有率方面超過了日本製造商；確實重新獲得半導體製造的全球領導地位。在不到五年的時間裡，SEMATECH 與其成員與美國政府合作，實現了許多人認為永遠不會發生的東山再起的翻轉事件，如圖二、圖三所示；圖二顯示美國半導體產業的晶片產品市場佔有率由之前的大幅落後日本，於1992年翻轉重回市場的領導地位，其後遠拋日本；圖三則顯示美國半導體產業的製造設備市場佔有率亦由之前的落後日本，於1991年翻轉重回市場的領導地位。
資料來源：SEMATECH 1987—1997 A Final Report to the Department ofDefense
圖二、美國半導體產業晶片產品的市場佔有率於1992年重回市場的領導地位
資料來源：SEMATECH 1987—1997 A Final Report to the Department ofDefense
圖三、美國半導體產業的製造設備市場佔有率於1991年重回市場的領導地位
就美國全國投資報酬率而言，自 SEMATECH 成立的十年間（1987～1997），美國政府已投資 8.48 億美元，而會員公司的投資為 8.63 億美元；但由美國政府從 SEMATECH 成員公司獲得了超過 347 億美元的稅收，如圖四所示（但這裡要提醒的是，如果沒有SEMATECH的活動，一切照舊的情況，成員公司一樣要繳稅，這裡提到的347億美元有高估之嫌，只是無法精確計算；也許可以從市場增長與市場佔有率的增加來估算）。
資料來源：SEMATECH 1987—1997 A Final Report to the Department ofDefense
圖四、SEMATECH活動的投資回收效果顯著
更值得一提的是，十年之前（1987年之前），新製造設施的成本每 29 個月就會翻倍；90 年代，這項升級速度已放緩至每年 15% 的複合年增長率，如圖五所示；很大程度的減少過去不斷攀升的新製造設施建造與裝備成本，對於保持半導體產業的生產力提升至關重要。
資料來源：SEMATECH 1987—1997 A Final Report to the Department ofDefense
圖五、新製造設施的成本大幅舒緩
美國審計總署（The General Accounting Office）在 1992 年的報告中指出：
“SEMATECH 已經證明，政府與工業界在製造技術方面的研發聯盟可以幫助提高美國工業的技術地位，同時保護政府的利益，使聯盟得到良好管理，公共資金得到適當使用。”
由以上的具體數字顯示，由於SEMATECH 與半導體產業協會的密切合作，在制定 15 年國家半導體產業的技術地圖的過程中，調整產業的需求與趨勢、確定最佳（技術）實踐基準、指導供應商進行產品開發以及製定研發計劃，並維持正式的資訊共享機制，以致於最大程度的減少不必要的重複研究工作，並讓各方更審慎地管理有限的研發資金。
由於SEMATECH產業技術地圖取得重大成功，因此，許多先進國家皆積極推動產業技術地圖的繪製工作，甚至成立專責機構，架設專屬網站推動之。
後續的系列文章將整理產業技術地圖的執行步驟與各國的案例，以供參考。
註一：過去每三年製作一次技術地圖
註二：本人試著用各種方法計算，得不到640％的效益；而應是420倍的效益，不知道G. D. Hutcheson的計算方式為何？
參考文獻
IRDS™官方網站，https://irds.ieee.org/
Schaller, R. R., 2004, Technological Innovation in the Semiconductor Industry: A Case Study of the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), PhD. Dissertation, George Mason University.
SEMATECH 1987—1997 A Final Report to the Department of Defense, February 21, 1997, https://www.esd.whs.mil/Portals/54/Documents/FOID/Reading%20Room/Science_and_Technology/10-F-0709_A_Final_Report_to_the_Department_of_Defense_February_21_1987.pdf