臺(tái)灣ＩＣ產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)模式演化分析

摘要：隨著垂直產(chǎn)業(yè)形態(tài)的逐步成熟。IC產(chǎn)業(yè)未來(lái)將可能選擇群聚虛擬垂直整合模式的發(fā)展方向。在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的多元化背景下，臺(tái)灣IC產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，從晶圓代工廠商模式切入，以晶圓代工、芯片設(shè)計(jì)、虛擬整合等方式嵌入全球IC產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)出多種的模式演化方式和不同程度的互動(dòng)協(xié)作。

關(guān)鍵詞：IC產(chǎn)業(yè) 生產(chǎn)模式 臺(tái)灣

一、IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程

IC產(chǎn)業(yè)即半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也稱為集成電路產(chǎn)業(yè)或微電子(Microelectronic)產(chǎn)業(yè)。IC就是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱。自20世紀(jì)50、60年代起，IC產(chǎn)品從小規(guī)模集成電路(SSI)逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的特大規(guī)模集成電路(ULSI)。整個(gè)集成電路產(chǎn)品的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的板上系統(tǒng)(svstem-on-board)到片上系統(tǒng)(system-on-a-chip)的過(guò)程。在這歷史過(guò)程中，世界IC產(chǎn)業(yè)為適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了三次變革。其中第一次變革是以加工制造為主導(dǎo)的IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段；第二次變革體現(xiàn)為Foundry(標(biāo)準(zhǔn)工藝加工線)公司與IC設(shè)計(jì)公司的崛起；第三次變革則出現(xiàn)“四業(yè)分離”的IC產(chǎn)業(yè)，即形成了設(shè)計(jì)業(yè)、制造業(yè)、封裝業(yè)、測(cè)試業(yè)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的局面。

二、IC產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)模式

(一)System House模式(系統(tǒng)廠商模式)

系統(tǒng)廠商模式是指半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司直接與代工廠商簽訂生產(chǎn)合同。系統(tǒng)公司(System house)出現(xiàn)的時(shí)間最早，但在總體晶圓代工需求中一直只占非常小的比例。它們可能有、也可能沒(méi)有自己的半導(dǎo)體制造工廠。利用晶圓代工服務(wù)來(lái)生產(chǎn)其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

由于大型晶圓代工廠商開(kāi)始提供設(shè)計(jì)服務(wù)和其它知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)。系統(tǒng)公司需求將在總體晶圓代工需求中占有一定的比例。但實(shí)際上，系統(tǒng)公司需求沒(méi)有增長(zhǎng)，且過(guò)去幾年一直呈下降趨勢(shì)。造成這種現(xiàn)象有幾個(gè)因素。其中一個(gè)原因是整體產(chǎn)業(yè)下滑。特別是在通訊市場(chǎng)。例如思科(cisco)、愛(ài)立信(Ericsson)和Sun Miemsystems等公司擁有強(qiáng)大的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)隊(duì)伍，但當(dāng)他們基本沒(méi)有直接與晶圓代工廠商簽訂代工合同，而是根據(jù)每個(gè)階段的實(shí)際設(shè)計(jì)量在市場(chǎng)上靈活選擇代工廠商，確定產(chǎn)量。

(二)IDM模式(整合組件制造商模式)

IDM(Integrated Device Manufacturing)模式是指IC制造商(IDM)自行設(shè)計(jì)。由自己的生產(chǎn)線加工、封裝。測(cè)試后的成品芯片自行銷售的模式。如早期的Intel、Toshiba、韓國(guó)三星、英飛凌等公司均采取這些模式。

IDM模式的優(yōu)點(diǎn)在于IDM廠商可以根據(jù)市場(chǎng)特點(diǎn)制定綜合發(fā)展戰(zhàn)略?？梢愿泳?xì)的對(duì)設(shè)計(jì)、制造、封裝每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制。同時(shí)，IDM不需要外包。利潤(rùn)較高。發(fā)展IDM模式的劣勢(shì)在于，投資額較大，風(fēng)險(xiǎn)較高。要有優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品做保證。另外，技術(shù)跨度較大，橫跨三大環(huán)節(jié)，企業(yè)不僅要考慮每個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)問(wèn)題，而且要綜合協(xié)調(diào)三大環(huán)節(jié)考慮。

不過(guò)，隨著國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)變化。目前所有IDM大廠已開(kāi)始修正想法。希望能夠在優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的領(lǐng)先地位(Big player)。因此，為要真正做到術(shù)有專精。國(guó)際IDM大廠外包代工趨勢(shì)日漸成形，也就誕生了晶圓代工廠商模式。

(三)Fabless Foundry模式(晶圓代工廠商模式)

Fabless ＆ Foundry模式是指IC設(shè)計(jì)公司(Fabless)與標(biāo)準(zhǔn)工藝加工線(Foundry)相結(jié)合的方式。即設(shè)計(jì)公司將所設(shè)計(jì)芯片最終的物理版圖交給Foundry，也就是委外代工廠加工制造。同樣，封裝測(cè)試也委托專業(yè)廠家完成。最后的成品芯片作為IC設(shè)計(jì)公司的產(chǎn)品而自行銷售。

Fabless的原意是指“無(wú)生產(chǎn)線”，F(xiàn)abless Design House即指無(wú)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)公司。專注于芯片(Chip)的設(shè)計(jì)，位于產(chǎn)業(yè)鏈的最高端。它們擁有利潤(rùn)的最大部分。投入小。風(fēng)險(xiǎn)高，收益大。而Foundry則指Fab(Fabrication)Foundry。為設(shè)計(jì)公司(Design House)加工，專注于晶圓(Wafer)的生產(chǎn)，稱為晶圓代工廠。擁有可觀的利潤(rùn)，它們投入大。風(fēng)險(xiǎn)小，受益中等。負(fù)責(zé)封裝測(cè)試(Package Testing)的公司，它們投入中等。風(fēng)險(xiǎn)小，收益較少。

(四)Fabless/Fab-lite模式(無(wú)晶圓廠和晶圓廠輕省化模式)

Fabless與Fab-lite(晶圓廠輕省化)模式是在SoC芯片整合方式變革影響下誕生的。SoC是指系統(tǒng)單芯片(svs-tem-on-Chip)。即把系統(tǒng)內(nèi)原本分立的不同功能芯片，逐漸整合而成為單一芯片；而SoC的趨勢(shì)，已引發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的第三次變革，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)必須進(jìn)行進(jìn)一步的專業(yè)分工和某種程度上的結(jié)構(gòu)再整合。隨之而來(lái)。單芯片設(shè)計(jì)更趨復(fù)雜、晶圓廠的成本與技術(shù)開(kāi)發(fā)成本亦隨之大幅度的增加。專業(yè)分工的態(tài)勢(shì)更加確切。越來(lái)越多整合元件廠(IDM)將采取Fabless或Fab-Lite策略。

因SoC逐漸興起的趨勢(shì)，直接沖擊到IC設(shè)計(jì)流程的整體模式，由原本循序漸進(jìn)的方式，轉(zhuǎn)變成在設(shè)計(jì)的前期，即需考量設(shè)計(jì)及后段的測(cè)試、驗(yàn)證與布局。以及軟、硬件的發(fā)展。代工工廠不再受限于產(chǎn)業(yè)鏈條中的制造以下環(huán)節(jié)，可以參與到專業(yè)芯片的前期設(shè)計(jì)和后期服務(wù)環(huán)節(jié)，也不再適用于Foundry工廠這個(gè)名稱。而充當(dāng)了ODM工廠(原始設(shè)計(jì)制造商)的角色。

(五)CCVI模式(群聚虛擬垂直整合模式)

隨著垂直產(chǎn)業(yè)型態(tài)的逐步成熟，IC產(chǎn)業(yè)下一步將可能選擇群聚虛擬垂直整合(Clustered Virtual Vertical Integra-tion，CVVI)模式的發(fā)展方向。群聚虛擬垂直整合模式指的是在一個(gè)聚落型的整合結(jié)構(gòu)中，讓專精于不同領(lǐng)域的公司。彼此以結(jié)盟或伙伴關(guān)系互補(bǔ)。并進(jìn)而達(dá)到各層知識(shí)有效的垂直及水平整合。在IC產(chǎn)業(yè)里。為了縮短IC設(shè)計(jì)周期。各公司必須彼此溝通合作，計(jì)劃一旦開(kāi)始就共同制定規(guī)格并研發(fā)相互配合。封裝與測(cè)試、晶圓制程、芯片制造與應(yīng)用程序和次系統(tǒng)設(shè)計(jì)互為連結(jié)，透過(guò)廠商間的鏈接與知識(shí)整合，彼此的效益可以發(fā)揮到最大。

在CCVI模式誕生之后，F(xiàn)oundry和ODM工廠將逐步擺脫過(guò)去受到約束的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而轉(zhuǎn)型成為各種領(lǐng)域內(nèi)有所專長(zhǎng)的生產(chǎn)單位。Fabless/Fab-lite與ODM之間的界限將漸趨模糊。過(guò)去多以垂直形式組成的IC產(chǎn)業(yè)生態(tài)系。隨著CVVI的出現(xiàn)。也會(huì)產(chǎn)生大變動(dòng)。隨著產(chǎn)業(yè)腳步加快。彼此間的聯(lián)系與互動(dòng)也更為頻繁，CVVI能夠緊密結(jié)合上下游業(yè)者。讓業(yè)者們跟上客戶的需求和市場(chǎng)的變動(dòng)。實(shí)現(xiàn)絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

三、臺(tái)灣IC產(chǎn)業(yè)的模式演化

(一)萌芽期(1964—1974年)

1964年臺(tái)灣交通大學(xué)成立半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，將半導(dǎo)體課程列為教學(xué)重點(diǎn)，為IC業(yè)未來(lái)發(fā)展培養(yǎng)人才。1966年美商通用儀器(G1)在高雄設(shè)廠，組裝晶體管，以后TI、Philips先后赴臺(tái)，引進(jìn)IC封裝、測(cè)試及質(zhì)量管理等技術(shù)。為IC封裝業(yè)奠定了基礎(chǔ)。1970年臺(tái)灣首家晶體管制造廠——萬(wàn)邦電子公司成立，成為發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑。在萌芽期，臺(tái)灣部分公司和工廠參與了世界IC產(chǎn)業(yè)的Svstem House模式。為系統(tǒng)公司提供代工生產(chǎn)。但這種代工合同是不穩(wěn)定的非伙伴的關(guān)系，并未形成較大的規(guī)模。而此后IDM模式大興其道。臺(tái)灣早期的產(chǎn)業(yè)環(huán)境并未孕育IDM模式。但I(xiàn)DM模式的修正和轉(zhuǎn)型。恰恰催生了臺(tái)灣的IC產(chǎn)業(yè)。

(二)成長(zhǎng)期(1974—1993年)

19世紀(jì)70年代，世界IC制造商(IDM)在市場(chǎng)中充當(dāng)主要角色。IC設(shè)計(jì)只作為附屬部門而存在。IC產(chǎn)業(yè)處在以生產(chǎn)為導(dǎo)向的初級(jí)階段。這時(shí)的IC設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體工藝密切相關(guān)。IC設(shè)計(jì)主要以人工為主，CAD系統(tǒng)僅作為數(shù)據(jù)處理和圖形編程之用。

之后，無(wú)生產(chǎn)線的IC設(shè)計(jì)公司(Fabless)與標(biāo)準(zhǔn)工藝加工線(Foundry)相結(jié)合的方式逐漸成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新模式。在此期間。臺(tái)灣成立了“電子工業(yè)研究中心(后為工研院電子工業(yè)研究ERSO)”。設(shè)置了IC示范工廠。從RCA引進(jìn)7μmCMOS制造工藝。并與美國(guó)IMR公司合作，開(kāi)啟了臺(tái)灣lC自主技術(shù)的序幕。臺(tái)灣的IC產(chǎn)業(yè)從而以強(qiáng)大的力度在Fabless＆Foundry模式(晶圓代工廠商模式)中充當(dāng)了難以替代的角色。在這個(gè)模式誕生之后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，臺(tái)灣Foundry工廠所承接的業(yè)務(wù)以晶圓制造為主，同時(shí)也包括了封裝和測(cè)試的下游環(huán)節(jié)。

(三)繁榮期(1993年至今)

1993年“工研院”亞微米計(jì)劃成功開(kāi)發(fā)出16M DRAM，并于1994年衍生成立第一家8英寸圓片廠——世界先進(jìn)積體電路公司，標(biāo)志著臺(tái)灣IC產(chǎn)業(yè)正式邁入DRAM開(kāi)發(fā)新紀(jì)元。南亞、茂德、矽統(tǒng)等公司紛紛成立。世界代工龍頭企業(yè)臺(tái)積電和聯(lián)電開(kāi)始投入12英寸生產(chǎn)。2000年為迎接世界SoC潮流、成立SoC聯(lián)盟。使臺(tái)灣IC產(chǎn)業(yè)向著創(chuàng)新導(dǎo)向發(fā)展。

目前臺(tái)灣很多公司正在進(jìn)行Fabless/Fab-lite模式(無(wú)晶圓廠和晶圓廠輕省化模式)中原始設(shè)計(jì)制造商也就是ODM這一角色的探索和發(fā)展。如臺(tái)積電逐步承接了美國(guó)廠商如德州儀器包括芯片設(shè)計(jì)在內(nèi)的全面委外代工。在此階段，代工工廠所承接的業(yè)務(wù)等級(jí)有了很大程度的提升，也收購(gòu)了來(lái)自原IDM企業(yè)的部分先進(jìn)設(shè)備。

四、小結(jié)

隨著IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)日新月異的發(fā)展，以往IC制造商所憑借的技術(shù)優(yōu)勢(shì)因素已經(jīng)消失。就目前而言。每一家IC企業(yè)均大致在同一時(shí)間掌握相同的工藝技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)訣竅的掌握取代了對(duì)工藝技術(shù)的掌握，成為各個(gè)IC企業(yè)之間的差異所在。臺(tái)灣的IC產(chǎn)業(yè)在晶圓代工領(lǐng)域處于世界的領(lǐng)先地位，面對(duì)新的變革和挑戰(zhàn)。必然要選擇新的整合關(guān)系和生產(chǎn)模式，上文論及的CCVI模式也就相應(yīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中。臺(tái)灣的IC產(chǎn)品與歐美、日韓的同類產(chǎn)品相比具有性價(jià)比上的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，再加上與中國(guó)大陸地緣、文化和產(chǎn)業(yè)鏈上的相近。成就了其長(zhǎng)久的興盛發(fā)達(dá)。然而，隨著中國(guó)大陸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈和逐步顯現(xiàn)的用戶特殊需求，以往簡(jiǎn)單的“產(chǎn)品復(fù)制策略”正面臨危機(jī)，需要根據(jù)市場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行本土化再造。如何通過(guò)研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和營(yíng)銷等職能的細(xì)化分解，尋求更先進(jìn)的生產(chǎn)模式，迎合本土市場(chǎng)需求。實(shí)現(xiàn)不斷更新的系統(tǒng)重整。成為了當(dāng)今全球IC企業(yè)共同關(guān)注的重大課題。