臺灣地區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況分析

周小柯

北京聯(lián)合大學(xué)臺灣研究院，北京 100101

以集成電路（Integrated Circuit，IC）為核心的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是臺灣地區(qū)最具優(yōu)勢的領(lǐng)域，也是兩岸經(jīng)貿(mào)交流和產(chǎn)業(yè)合作的重點領(lǐng)域。分析臺灣地區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體情況和主要特點，研判其未來的發(fā)展趨勢，不僅有利于增強(qiáng)對臺灣地區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認(rèn)識，也有利于推動兩岸集成電路產(chǎn)業(yè)合作的進(jìn)一步深化。

1 發(fā)展概況

臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)萌芽于20世紀(jì)60年代中期，早期從外資主導(dǎo)的封裝業(yè)起步，逐漸朝產(chǎn)業(yè)中上游環(huán)節(jié)延伸，在20世紀(jì)80年代后期基本形成了包括上游設(shè)計業(yè)、中游制造業(yè)和下游封裝測試業(yè)在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期后，臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展壯大。2004年IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破萬億元達(dá)到10 990億元新臺幣，成為臺灣地區(qū)首個“兆元產(chǎn)業(yè)”；到2014年，IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值進(jìn)一步突破2萬億元達(dá)到22 033億元新臺幣。2004—2014年的年均增速為7.20%。2015—2019年，臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)的增長速度明顯放緩，除2016年和2018年的增速分別為8.18%和6.40%，均超過6%，其余3個年份的增速均不足3%。到2019年，臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值為26 656億元新臺幣，2014—2019年的年均增速為3.88%，較2004—2014年的年均增速低3.32個百分點。2020年，在新冠肺炎疫情暴發(fā)帶來的通信類、電子類等產(chǎn)品需求強(qiáng)力拉動下，全球?qū)Π雽?dǎo)體的需求激增，臺灣地區(qū)作為全球半導(dǎo)體生產(chǎn)重要地區(qū)，IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值實現(xiàn)20.9%的大幅增長，產(chǎn)值規(guī)模突破3萬億元達(dá)到32 222億元新臺幣。根據(jù)2021年5月份的預(yù)測情況，2021年IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將進(jìn)一步增加至38 050億元新臺幣，同比增長18.1%（圖1）。

圖1 2002—2021年臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值變化情況

臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在全球IC產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)了比較重要的位置。近年來，臺灣地區(qū)IC設(shè)計業(yè)營收規(guī)模在全球一直排第二位，晶圓代工業(yè)和IC封測產(chǎn)業(yè)的全球排名則一直占據(jù)第一位置（表1）。IC設(shè)計龍頭企業(yè)聯(lián)發(fā)科技股份有限公司（以下簡稱聯(lián)發(fā)科）為全球第四大IC設(shè)計公司，2020年營業(yè)收入達(dá)到109.29億美元；IC制造領(lǐng)域龍頭企業(yè)臺灣積體電路制造股份有限公司（以下簡稱臺積電）為全球第一大集成電路專業(yè)代工制造公司，2020年營業(yè)收入達(dá)到467.5億美元，其在業(yè)界第一個商用極紫外光微影制程技術(shù)的第二代7 nmEUV制程已于2019年3月底量產(chǎn)，更先進(jìn)的5 nm制程技術(shù)也已于2020年在業(yè)界率先量產(chǎn)，2022年有望實現(xiàn)3 nm制程工藝量產(chǎn)；IC封裝測試領(lǐng)域龍頭企業(yè)日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司（以下簡稱日月光）是全球第一大封測企業(yè)，2020年的營業(yè)收入為170.38億美元。

表1 臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)在全球的地位

2 發(fā)展特點

2.1 以晶圓代工制造為主體和增長引擎

在IC設(shè)計、制造和封裝測試三大環(huán)節(jié)中，IC制造是臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)的最重要部分，IC制造的發(fā)展壯大又與臺積電所創(chuàng)立的晶圓（硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片）制造專業(yè)代工商業(yè)模式密不可分。1987年2月24日，臺積電正式成立，并采用為IC設(shè)計業(yè)代工的純晶圓制造模式，其設(shè)立代表了IC產(chǎn)業(yè)一種新分工形態(tài)的出現(xiàn)，也代表了臺灣地區(qū)IC制造技術(shù)的生根。臺積電先是為美國無晶圓廠的設(shè)計公司代工，接著獲得了美國整合元件大廠的青睞，日本的半導(dǎo)體廠商為了減少投資成本也于1997年后開始委托臺灣地區(qū)半導(dǎo)體制造商代工生產(chǎn)[1]，由此推動了IC制造業(yè)和整個IC產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。

根據(jù)臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年臺灣地區(qū)IC制造業(yè)產(chǎn)值突破萬億元達(dá)到11 731億元新臺幣，其中晶圓代工產(chǎn)值為9140億元新臺幣，占當(dāng)年IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值總額的比例分別為53.24%和41.48%；到2020年，IC制造業(yè)產(chǎn)值增加至18 203億元新臺幣，其中晶圓代工產(chǎn)值為16 297億元新臺幣，占當(dāng)年IC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值總額的比例分別上升為56.49%和50.58%，晶圓代工產(chǎn)值已經(jīng)占據(jù)整個產(chǎn)業(yè)的較大比重，是臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)的重中之重。2021年臺灣地區(qū)IC制造業(yè)的預(yù)估產(chǎn)值為20 898億元新臺幣，將首次突破2萬億元新臺幣，晶圓代工產(chǎn)值將增長至18 369億元新臺幣，晶圓代工也成為臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)的增長引擎。從2014年到2020年，IC設(shè)計業(yè)、制造業(yè)、封裝業(yè)、測試業(yè)及IC產(chǎn)業(yè)整體產(chǎn)值的年均增速分別為6.75%、7.60%、3.01%、3.70%和6.54%，晶圓代工制造的產(chǎn)值年均增速則為10.12%，處于行業(yè)領(lǐng)跑地位。

2.2 產(chǎn)業(yè)技術(shù)來源日趨多元化

1966年，美商通用儀器公司在高雄市設(shè)立高雄電子公司，從事電晶體與IC封裝，開啟了臺灣地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的早期發(fā)展。此后，1967年日本日立制作所設(shè)立高雄日立電子；1969年，荷蘭飛利浦在臺灣地區(qū)設(shè)立飛利浦建元電子；1970年，美國德州儀器在臺灣地區(qū)設(shè)立臺灣德州儀器，日本三菱電機(jī)與臺灣大生公司合資在臺灣地區(qū)設(shè)立菱生精密；1971年和1974年，美國無線電公司（Radio Corporation of America，RCA）和日本企業(yè)岡谷公司也分別加入臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體行業(yè)。這一時期，臺灣地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由外資主導(dǎo)，所需技術(shù)也由外資企業(yè)帶入。

1974年9月，臺灣工業(yè)技術(shù)研究院（以下簡稱工研院）設(shè)立電子工業(yè)研究發(fā)展中心，該中心于1976年3月與RCA公司簽署“積體電路技術(shù)轉(zhuǎn)移授權(quán)合約”，主要內(nèi)容包括RCA為臺灣地區(qū)提供IC設(shè)計、制造、測試及設(shè)備相關(guān)的人員實習(xí)培訓(xùn)，向臺灣地區(qū)轉(zhuǎn)讓3英寸晶圓生產(chǎn)線及相關(guān)技術(shù)，這標(biāo)志著臺灣地區(qū)開始探索IC技術(shù)的“引進(jìn)—消化吸收—轉(zhuǎn)化創(chuàng)新”路徑。1979年4月，臺灣工業(yè)技術(shù)研究院電子工業(yè)研究發(fā)展中心升格為電子工業(yè)研究所（簡稱工研院電子所），并開始加大力度推動引進(jìn)技術(shù)的本土轉(zhuǎn)化。20世紀(jì)80年代，臺灣地區(qū)開始以工研院衍生公司的形式推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由此工研院電子所成為了島內(nèi)IC技術(shù)的主要提供者，從1980年到1994年，工研院電子所先后衍生出聯(lián)華電子、臺積電、臺灣光罩公司、世界先進(jìn)等4家的半導(dǎo)體企業(yè)，且都成為了IC產(chǎn)業(yè)中的重要企業(yè)。1994年底，工研院的“次微米計劃”取得全面成功，帶動臺灣地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入8英寸晶圓新階段。工研院電子所還為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的人才支撐，全臺灣地區(qū)40家芯片設(shè)計制造廠的設(shè)計人員都來自工研院所屬研究所的專家[2]。

從20世紀(jì)90年代中期開始，伴隨著市場規(guī)模的快速成長，臺灣地區(qū)半導(dǎo)體企業(yè)逐漸在市場力量驅(qū)動下不斷進(jìn)行技術(shù)升級。1995年，臺積電研發(fā)的先進(jìn)制程為0.35 μm，實現(xiàn)了0.45 μm工藝的量產(chǎn)，在技術(shù)上落后于世界領(lǐng)先的Intel公司2年；到2001年，臺積電實現(xiàn)0.13 μm工藝的量產(chǎn)，技術(shù)上與Intel公司追平。此后，臺積電的制程技術(shù)開始進(jìn)入領(lǐng)先于同行其他國際大型廠商的時代。與此同時，政府部門推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向也開始從晶圓制造領(lǐng)域邁向技術(shù)更為尖端的IC設(shè)計領(lǐng)域，從政策層面持續(xù)引導(dǎo)IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)的升級。

總的來看，1960年代中期以來，臺灣地區(qū)IC技術(shù)經(jīng)歷了從無到有、從引進(jìn)到引入與開發(fā)并舉、從政府主導(dǎo)下的研發(fā)到以企業(yè)為主體的研發(fā)等演變，逐漸形成了由IC設(shè)計廠商、電腦系統(tǒng)商、晶圓代工廠商、公共研發(fā)機(jī)構(gòu)、高等院校等共同組成的研發(fā)網(wǎng)絡(luò)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了必要的技術(shù)支撐。

2.3 設(shè)備及材料高度依賴進(jìn)口

半導(dǎo)體設(shè)備和材料是IC產(chǎn)業(yè)的上游支撐產(chǎn)業(yè)，在這兩個領(lǐng)域臺灣地區(qū)都高度依賴從境外進(jìn)口。根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會2021年4月23日發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球半導(dǎo)體材料銷售額為553億美元，其中：半導(dǎo)體制造材料和封裝材料的銷售額分別為349億美元和204億美元；臺灣地區(qū)已經(jīng)連續(xù)11年成為全球最大的半導(dǎo)體材料消費市場，2020年，臺灣地區(qū)市場的銷售額為123.8億美元，占全球市場份額的22.39%。然而，臺灣地區(qū)所需的許多關(guān)鍵材料都依靠進(jìn)口。

半導(dǎo)體設(shè)備方面，根據(jù)臺灣當(dāng)局經(jīng)濟(jì)事務(wù)主管部門2021年2月5日發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計簡訊》，2020年，臺灣地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口額為232.47億美元，自日本、美國、荷蘭進(jìn)口占比依次為23.7%、22.2%和21.7%，出口額為15億美元；島內(nèi)生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)值約650億元新臺幣（折合21.98億美元），其中島內(nèi)銷售14.55億美元、出口7.43億美元。由此可以計算出，2020年島內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備需求量（進(jìn)口額＋島內(nèi)生產(chǎn)額－出口額）為239.45億美元，通過進(jìn)口滿足的需求比例高達(dá)93.9%。

材料與設(shè)備高度仰賴進(jìn)口，背后涉及的風(fēng)險是一旦供應(yīng)鏈出了問題，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)受到的沖擊會相當(dāng)大[3]。

2.4 產(chǎn)品出口高度依賴大陸市場

大陸是臺灣地區(qū)集成電路最大的出口市場，根據(jù)臺灣地區(qū)海關(guān)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年，臺灣地區(qū)出口到大陸（含香港）的集成電路金額為750.34億美元，占集成電路出口總額1224.64億美元的61.27%；2021年上半年，該比重也維持在60.38%的高位水平。究其原因，主要在于兩岸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)形成了緊密的產(chǎn)業(yè)鏈合作關(guān)系，合作方式之一是通過“委托—代工—貿(mào)易”的形式形成大陸IC設(shè)計公司與臺灣地區(qū)IC制造公司，以及臺灣地區(qū)IC制造公司與大陸半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域的合作關(guān)系。

臺灣地區(qū)是大陸境外集成電路貿(mào)易方面最大的芯片制造代工方[4]。根據(jù)國家海關(guān)總署的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年，大陸進(jìn)口集成電路金額為3508.46億美元，其中，自臺灣地區(qū)進(jìn)口額為1241.09億美元，自臺灣地區(qū)進(jìn)口所占比重為35.37%。分省市看，大陸自臺灣地區(qū)進(jìn)口集成電路主要集中在廣東、江蘇、上海、河南和陜西5省市，2020年，這5省市自臺灣地區(qū)進(jìn)口額依次為462.82億美元、207.36億美元、139.55億美元、86.01億美元和68.58億美元，占大陸自臺灣地區(qū)進(jìn)口集成電路總額的比重分別為37.29%、16.71%、11.24%、6.93%和5.53%，合計占了77.70%，僅廣東、江蘇和上海3省市就占65.24%。

3 發(fā)展趨勢

在IC設(shè)計環(huán)節(jié)，臺灣地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)計業(yè)界下一步將積極開發(fā)多核心處理器、高度整合晶片、低功耗半導(dǎo)體通信技術(shù)及毫米波雷達(dá)感測系統(tǒng)等新興的半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)[5]。龍頭企業(yè)聯(lián)發(fā)科將持續(xù)鞏固移動通信、智慧裝置領(lǐng)域等現(xiàn)有產(chǎn)品市場占有率，并且積極拓展5G、人工智能等相關(guān)新技術(shù)方面的應(yīng)用。

在IC制造環(huán)節(jié)，人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、擴(kuò)增現(xiàn)實、智能汽車、高性能計算等新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)的發(fā)展，將衍生對半導(dǎo)體制造技術(shù)升級的進(jìn)一步需求。臺灣地區(qū)將與國際廠商合作共同研發(fā)下一代核心技術(shù)，并支持龍頭企業(yè)臺積電研發(fā)新世代先進(jìn)制程。2020年11月10日，臺積電發(fā)布當(dāng)天的公司董事會決議，核準(zhǔn)資本預(yù)算151.91億美元，將主要用于建置及擴(kuò)充先進(jìn)制程產(chǎn)能、建置特殊制程產(chǎn)能、建置及升級先進(jìn)封裝產(chǎn)能等項目[6]。

在IC封裝測試環(huán)節(jié)，臺灣地區(qū)除了面臨日趨激烈的競爭之外，還面臨晶圓代工廠一條龍經(jīng)營模式切入高階封測領(lǐng)域所帶來的新挑戰(zhàn)。未來封測廠可能會尋求與上游的晶圓代工廠合作，尋求垂直分工的機(jī)會，成為晶圓代工廠的重要協(xié)力廠商。

4 總結(jié)與建議

綜合來看，臺灣地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)具有比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈和配套體系，在IC制造和封裝測試環(huán)節(jié)處于全球領(lǐng)先地位。進(jìn)一步從包括上游支撐產(chǎn)業(yè)、中游核心產(chǎn)業(yè)及下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的完整半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈來看，臺灣地區(qū)的優(yōu)勢分布在中游核心產(chǎn)業(yè)，在上游支撐產(chǎn)業(yè)方面，如設(shè)備和原料都高度依賴進(jìn)口，在下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域方面主要依賴大陸市場。從兩岸IC產(chǎn)業(yè)合作的角度看，兩岸既有的合作主要是臺灣地區(qū)IC制造、封裝測試與大陸IC應(yīng)用市場的合作，兩岸IC產(chǎn)業(yè)面臨的共同問題都在上游支撐產(chǎn)業(yè)，關(guān)鍵設(shè)備和重要原料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有較大脆弱性。

針對兩岸IC產(chǎn)業(yè)面臨的上述共同問題，建議業(yè)界通過拓展合作范圍、提升合作層次的方式合作應(yīng)對，即推動合作范圍向上游支撐產(chǎn)業(yè)延伸，合作層次從產(chǎn)業(yè)鏈合作向創(chuàng)新鏈合作升級。就合作切入點而言，當(dāng)前以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料是大陸集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新重點，也是臺灣地區(qū)近年來積極發(fā)展的新領(lǐng)域，兩岸業(yè)界可以探討將共同突破第三代半導(dǎo)體材料核心技術(shù)及其商業(yè)化應(yīng)用作為中長期合作方向，共同打造更具韌性且具有市場競爭力和盈利能力的兩岸集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)體系。