【为什麽我们要编译这篇文章】美国正透过各项政策与实际作为降低对亚洲晶片产业的依赖，其中有一项技术正获得各界关注：数位孪生（digital twin）。
下文，你将了解数位孪生技术将在半导体的哪个生产环节发挥效用，市场上又有哪些主要玩家？他们如何成为全球晶片产业的 game changer？（责任编辑：蓝立晴）
数位孪生技术（digital twin technology）是指针对某项实体资产，透过数位技术创建出钜细靡遗的虚拟版本，应用对象广泛，可以小到单一元件、大到一整座工厂，目的是为了在实际执行某些决策前，事先模拟并评估决策效果。
在半导体产业里，数位孪生用於晶片模型开发的产业案例正在日益增加，此种为晶片设计领域带来革新性优化的做法，有助於调整全球晶片市场之供需失衡。外媒《FORTUNE》甚至指出，数位孪生技术可望提升美国制造晶片能力，从而减少对亚洲的过度依赖。
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数位孪生为晶片设计产业带来 4 点新改变
采用数位孪生技术，设计师得以检视半导体生命周期的初始阶段，不须等到工厂开始生产，就能事先评估并调整设计细节，使设计过程尽可能简化且高效，并且没有任何传统物理方法的相关风险。
数位孪生技术已将为晶片设计产业带来以下 4 点改变：
1. 减少对实体产品原型的依赖
建立产品原型（prototyping）能帮助设计师在正式进入设计流程前，预先判断想法的可行性；虽然数位孪生尚无法完全取代实体原型，却能够最小化其使用需求。
运用数位孪生打造产品原型，能大幅提升设计团队的迭代效率，加速并维持生产力，且因为提供了弹性更高的虚拟测试场域，使设计师有更多余裕展现创新。
Ansys 技术长 Prith Banerjee 指出，过去工程师会在硬体中建构多个产品原型，导致时间长、成本也高，现在透过数位孪生软体就可拟真、建构整个虚拟模型，有助於帮助他们创建出最佳设计。
Ansys 是一家拥有 50 年历史的工程模拟软体公司，其模拟软体正被先进半导体、卫星系统、救生医疗设备、交通产业等采纳，也是台积电、英特尔等半导体公司的技术合作夥伴。
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2. 提升晶片设计流程的可视度（visibility）
有了数位孪生技术，半导体设计师能够提早辨识出潜在问题，在生产流程初期就着手预防──这也是西门子（Siemens）选择与矽智财公司 Arm 携手合作开发数位孪生的原因之一。
现代智慧车款配备更多联网装置，随之而来的更多变数也意味着更多技术挑战。如同西门子自动驾驶与 ADAS 全球技术经理 David Fritz 所言：「在汽车单晶片系统的设计流程中，所输入的参数庞杂到几乎像是『一整个世界』，比如天气和路况。而进到验证阶段後，则必须确保晶片输出正确，上路後不会撞到任何人。」
在汽车进入量产阶段前，数位孪生技术就能做到子系统 （subsystem）与单晶片系统（SoC）之模拟与验证，预先透过各指标数据去评估该汽车晶片效能，协助设计师辨识出哪些已运行良好、哪些晶片细节仍待改进。
3. 使生产决策更加完善
另外，像是在决定印刷电路板要以何种技术进行焊接前，设计师可以先透过数位孪生检视晶片功能，判断是否要用无铅焊接或其他自动化选项（例如波峰焊接）来维持高生产效能与品质。
4. 改善半导体供应链之平衡与安全性
根据 2019 年的数据显示，美国晶片设计市场规模，约占全球的 85%，然而在半导体制造方面，仅占了 12%。因此美国政府正努力将半导体制造业带回本土，期望在晶片付之阙如的情况下，增强自身产业供应链的稳定性。
美国国防部就鼓励晶片设计与生产部门导入数位孪生技术，试图解决供应链问题，例如在实际武器制造前，先使用数位孪生去验证晶片组成，或检验个别元件。
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这些半导体企业都已经在导入数位孪生技术
如今有越来越多晶片厂导入数位孪生技术，用以改进效能、改善研发测试，并确保企业营运维持顺畅无阻。
例如，全球五大半导体设备公司之一的科林研发（LAM Research），以及已在德国厂区使用数位孪生技术的工程与电子跨国企业博世，还有半导体材料工程解决方案供应商应用材料（Applied Materials） 等，都选择用机器学习代理工具、数位孪生技术，来取代传统惯用的实体模拟，达成更精确且快速的测试成果，速度甚至能提高 100 万倍。
技术供应方面，则有 Tignis、AspenTech、Ansys 等科技新创致力於发展 AI 与 ML 的前端应用，使数位孪生能够更广泛运用於制造工业之生产与营运优化。
本文开放夥伴转载，参考资料：Semiconductor Digest、Yahoo Finance、Fortune，图片来源：Canva
