
【葉清來的商管與心靈閱讀】一個七十年前還不存在的產業,卻左右今日世界的局勢:《從邊緣到核心》
- 史欽泰:台大電機系學士、美國史丹佛大學管理科學碩士、美國普林斯頓大學電機博士。曾任工研院電子所所長、工研院院長、工研院董事長、清華大學科技管理學院及張忠謀講座教授、資訊工業策進會董事長,現為清大榮譽教授。四十年工作生涯,致力於打造台灣資訊電子產業、孕育新產業。為台灣半導體開路先鋒,是從RCA引進半導體製程技術的領隊,也是籌備聯華電子、台積電、台灣光罩、世界先進等標竿公司的主要決策者之一,更是備受科技界尊崇、愛戴的領導人。任職清大科管院院長期間,與哈佛大學合作撰寫台灣本土企業卓越個案,並創立亞洲第一個服務科學研究所。
- 陳添枝:經濟學家,專長產業、貿易、經濟發展。畢業於台灣大學電機系、美國賓州州立大學經濟學博士。自1985年起擔任中華經濟研究院副研究員、長期為政府提供政策建言,後轉任台大經濟系教授。2008年擔任經建會主委,2016年擔任國發會主委,把理論化為政策。現為台灣大學經濟系名譽教授、清華大學台北政經學院研究員。
- 吳淑敏:清華大學中語系、交通大學傳播所碩士。二十六年工研院生涯,歷練科技傳播、科技史、網路創新、科技藝術,參與工研院創意中心的成立,推動創意台灣的產業願景。著有《消失的1945:台灣拓南少年史》、《十里天下:史欽泰和他的開創時代》、《胡定華創新行傳》等書,並與故宮博物院合作,創作科技藝術《行氣》。
有人說,台積電是護國神山,在半導體產業是「一個人的武林」,美國的英特爾和韓國的三星都不是他的對手,且製程技術相隔幾個世代。因此,美國、日本、德國都給予重金補助去建廠。這到底是怎麼一回事呢?一個多月來,我看了史欽泰、陳添枝、吳淑敏合著的《從邊緣到核心》、克里斯.米勒(Chris Miller)的《晶片戰爭》(CHIP WAR),以及王百祿著的《台積電制霸全球未來》(他的前一本著作是2021年出版的《台積電為什麼神?》),並在丹娜絲颱風來臨時,去看了蕭菊貞導演的《造山者》(史欽泰掛名總顧問,也在片中多次穿插演出,而米勒也出現說話兩次。),並看了《天下雜誌》陳良榕對史欽泰和陳添枝訪問的視頻,談到台灣DRAM發展為什麼沒成功。這之間,我也看了好幾十篇報章雜誌的現狀報導,終於了解台灣半導體產業發展的梗概,也知道台積電為什麼可以贏過英特爾的製程技術,弄得英特爾頻頻換執行長,連年虧損,還想找台積電來代工,放棄後面更先進製程技術的發展。其源由是台積電龐大的技術團隊(包括可以輪換的研發和生產技術人員)的企業文化,能精益求精、使命必達、忘私為公的精神;在良率、效率、成本上不斷精進,提高毛利率到53%以上,若設備故障或地震,縱使是放假或三更半夜,大家馬上趕到公司修復,家人也能理解,這是講究個人主義的美國人做不到的。
一個七十年前還不存在的產業,卻左右今日世界的局勢。台灣以五十年的時間,從一個科技邊缘之島,成為全球最先進晶片的必爭之地。台灣過去做對了哪些事?現在掌握了哪些關鍵優勢?未來又將面對哪些挑戰?
《從邊緣到核心──台灣半導體如何成為世界的心臟》以歷史為經、科技為緯,從經濟的視角,解析台灣半導體產業如何煉成今日之矽盾?站在世界半導體心臟位置的台灣,又該如何在地缘政治的漩渦中,守住關鍵技術和領先地位?掌握台灣半導體的過去、現在、未來,本書給你最透徹、最迫切的解讀。
歷史研究的不是過去,而是改變。台灣半導體產業的奠基者史欽泰、最懂科技產業的經濟學者陳添枝、資深文史作家吳淑敏,以歷史為經、科技為緯,從全球半導體發展的歷史軌跡,解析台灣政府和一群科技先鋒,五十年前如何擘劃產業政策、抓住關鍵的思考與機會、讓台灣成為今日世界科技的心臟。對於台日韓科技業的王者之爭、半導業的合縱連橫,從台灣半導體産業競爭優劣勢到國際地緣政治角力,皆有深入的探討與分析。
近來因中美對抗引發的地缘政治,不僅牽動全球局勢,也是影響著每家企業和每個人,該如何面對這場大國博弈,守住關鍵技術和人才?本書都能給予許多啓示和提醒。
本書內容摘要及評議
- 出版者的話:高希均(遠見、天下文化事業群創辦人)說,近年來天下文化出版了三本論述台灣半導體發展和全球晶片的重要著作,分别是2023年尹啟銘的《晶片對決》、2024年台積電創辦人的《張忠謀自傳》全集以及2025年史帝芬.維特(Stephen Witt)的《黃仁勳傳》,每本書各有觀點和寫作重心。而本書《從邊缘到核心:台灣半導體如何成為世界的心臟》,可以說是完整了解台灣半導體,如何從零到成為全球最先進晶片生產地的重要拼圖。
- 孫震(前台灣大學校長、前工研院董事長)在他的推薦序「無數社會精英的奉獻和努力,成就了台灣半導體事業的發展」中提到,美國川普總統在今年(2025年)以來多次提到:「台灣搶走美國晶片生意,如果不把生意帶回來,我們會很不高興。」他並說:「將對半導體進口課徵關稅,迫使生意轉回美國。」針對川普的說法,國家科學及技術委員會主任委員吳誠文在2025年2月15日他的臉書上說:「台灣辛勤努力了半個世紀,才能達到今天的成就,絕非取自他國。」他還說,50年來,政府、大學與研究機構和產業界,三足鼎立,合作無間,加上半導體產業的從業人員勤奮、堅毅、克服萬難,在長期的國際競爭合作中,突破重重難關,才能到達今天的地位。吳誠文稱讚工業技術研究院在研發關鍵技術、衍生半導體公司的重大貢獻,認為工研院是台灣半導體產業的搖籃。
- 曾繁城(台積電的共同創辦人)在他的推薦序「先行者的回響」中說道:「雖然台積電已開始生產1.5微米,但技術仍然落後美、日的公司,我就開始從美國尋找有經驗的工程人員回台負責RD(研發)的工作,期間回來加入台積電的人有:「蔡能賢、蔡力行、梁孟松、余振華、林本堅、蔣尚義、楊平、劉德音、魏哲家等人。自1989年開始,一直到開發出0.13微米的技術,才算稍微追上美、日的二級公司,比三星、英特爾還是有些差距。」他又說:「台積電的生意是替客戶生產,不做設計與客戶競爭。終於在2013到2015年之間蘋果來訪,希望台積電為他開發10奈米的製程。雙方的合作非常愉快,一年後開發成功,iphone手機銷售大好,從此以後每一技術節點的開發都是與蘋果共同開發,自此之後,蘋果就變成台積電最大的客户。因此以後台積電的技術可說是追上,甚至超越三星、英特爾。
- 三位作者在作者序「向成就今日台灣半導體榮光的英雄們致敬」中說道:「我們寫這本書的動機,是希望在全球關注的熱潮中,提供具歷史縱深的台灣觀點。本書有幾個獨特的地方:第一,在時間軸上,它涵蓋台灣半導體產業由無到有的長期發展過程,橫亙半個世紀。第二,在分析度上,它聚焦半導體技術變遷所帶來的經濟效應,分析台灣產業如何掌控技術變遷的契機,由弱轉強。第三,在空間軸上,它探索台灣產業與主要國家,包括美國、日本、韓國、中國的競合關係,追踪台灣在全球產業地圖中,從邊缘到核心的演變軌跡。換言之,本書由技術和經濟的視角,解構台灣半導體產業從無到有,從弱到強、從邊緣到核心的奮鬥歷程。
第 1 章|台灣半導體產業的誕生
- 由於半導體產業和軍事應用上的戰略重要性,台積電也被捲入勃興的美中科技戰烽火之中。2021年,台灣被英國的《經濟學人》稱為「地球上最危險的地方」,因為這是一個全球獲取最先進半導體晶片之處,兵家必爭之地。
- 台灣半導體50年來成功的發展,這是一個凸顯人類奉獻精神與工程師辛苦卓越的故事,既非偶然幸運,也不是奇蹟恩典。
- 台灣半導體產業的成功,許多人歸因於我們發明了晶圓代工模式。其實晶圓代工模式並非台灣發明,而是美國的科學家卡弗.米德(Carver Mead)的構想和建立。米德在1970年代末期,當半導體晶片由大型積體電路(large scale integration,LSI)轉向超大型積體電路(very large scale integration,VLSI)時,開始倡導將積體電路設計與晶圓製造分離。他相信分離將釋放產業的創新力量,並產生無限的產品創新體現在晶片設計中,推動半導體產業繼續進步。這種晶圓代工廠,米德稱之為鑄件廠(Foundry)。在1987年,台灣接納了米德的想法,成立專業的「晶圓代工廠」,後來取得了驚人的成果。
- 台灣半導體產業上的成功,可以歸結是1970年以來在科學和工程領域積累的大量人力資源的集體貢獻。他們的角色各不相同,包括政府官員、大學教師、海外學人、經營者、研發或現場工程師等。他們在不同領域做出了貢獻,涵蓋了政策制定、計劃專案執行、企業經營、技術開發、生產管理等,共同打造了一個前所未見的高能量產業。
- 從台灣「晶圓代工」模式實際發展的經驗中,可以看出自主技術是成功關鍵,如果依賴進口技術,「晶圓代工」的結局將和台灣DRAM代工廠的命運相同。因此,台灣政府對半導體產業的主要貢獻就是:提早獲取技術、及早有意義的參與生產,並建立自主的研發、設計與製造能力,台灣產業從而抓住了歷史關頭的黄金機遇。如果沒有政府的干預,當這個機遇出現時,台灣可能懵然不知,或者雖看見,但不能做什麼。
- 隨着半導體技術的進步,驅動半導體應用的載具逐步從個人電腦轉移到行動裝置、雲端運算、人工智慧,而英特爾坐在帝國的頂點,志得意滿,連續錯過了這些轉型的列車,使它在整體半導體產業的影響力逐漸下降。相較之下,三星的記憶體和台積電的晶圓代工,提供的是通用產品和服務,不受下游應用轉移的影響。台積電不斷超越,加上英特爾不斷犯錯,終於使台積電幾乎獨占了尖端晶片的製造。
- 因為美國掌握了微影的核心技術,因此有能力動員ASML,禁運EUV微影機到中國,圍堵中國半導體產業的發展。可見地缘政治權力的行使,取決於核心技術,而不是大規模生產。如果美國希望在未來半導體技術的發展中保持主導地位,就必須確保在商業運用中掌握足夠的價值,而不是掌握大規模的生產量。
第 2 章|半世紀前的擘畫
- 經過大約一年的審查和篩選,RCA於1976年1月正式被選為技術合作的對象。工研院很快就組織了一個技術移轉小組,並於1976年4月抵達美國。RCA移轉團隊由36名成員組成,分為四個小組,派往四個州學習,停留了大約一年時間。團隊成員都親自參與實地操作,不眠不休地透過實踐學習技術,甚至夜間也在生產線學習。除了技術之外,團隊也著重於生產線的管理,包括生產計劃、生產控制、成本核算、操作記錄保存、績效評估等等。這些知識對於日後在台灣建立生產線,以及從示範工廠衍生出來的商業營運,都是不可或缺的。
- RCA得標的因素之一,是唯一同意為工研院培訓十位積體電路設計工程師的競標者。因為擁有晶片設計的能力可以在商業應用的初期階段,為台灣創造許多利基型的產品,包括電子錶、音樂卡、按鍵式電話等消費性電子,更使台灣能夠在個人電腦時代,為電腦和網路相關的應用做客製化晶片的設計。直至今日,台灣擁有世界第二大無晶圓廠晶片設計(Fabless)產業,僅次於美國。事實上,台灣擁有晶片設計能力,也是台灣晶圓代工的商業模式所以成功的重要因素。這一點是一般人較少理解的。
- 華邦電子創辦人楊丁元說,晶片設計需要兩個關鍵領域的知識:半導體元件物理(device physics)與設計規則(design rules)。晶圓代工廠也需要有元件物理的知識,才能夠幫助客戶創新。如果沒有,晶圓代工就會淪為傳統的品牌代工,只能協助客戶降低成本,無法協助創新。另一方面,設計規則是晶片設計者與晶圓加工者之間的溝通語言,如果雙方不使用相同的語言溝通就會失敗。台灣在引進半導體技術時,引進了全套技術,不光是製造技術。雖然後來產業的發展路徑,使台灣的製造技術登峰造極,但晶片設計也一直是台灣產業生態的重要部分。
- 1974年10月26日,在「招商規格書」最終定稿發布之前,潘文淵邀集了居住在美國的華裔技術專家,在紐澤西州的普林斯頓住家與來訪的經濟部長孫運璿會面。從他的發言描繪出台灣半導體產業未來的願景,也就是聚焦於客製化晶片,避開標準化的產品。此次會議也凸顯了海外專家對技轉計劃的期待,他們認為半導體産業以工程為導向,取決於工程師的才幹與技能,而不是機器與設備;因此,相關技術人員的訓練被列為技轉計劃的重點。台灣半導體產業後來的實際發展軌跡也證明,以工程為核心,專注於技術的卓越,是台灣在這個競爭激烈的產業中致勝的原因。
- RCA技術引進專案的主要目的是獲得自主技術,而非產品,是「前向整合」,先獲取技術,再尋求技術在產業的機會,它本質上是一種技術政策而不是產業政策。
- RCA的技轉模式,讓台灣具備以自己的方式建立工廠和組織生產的能力,這項能力成為台灣半導體產業的一項競爭優勢。後來的發展,使台灣在晶片的製造工藝和效率表現出色,源頭皆和工廠的建設和設備有關。優異的製造能力,使台灣成為半導體設備供應商的寶貴合作夥伴,而隨着設備製造成為一個獨立的產業、設備成為技術的累積平台,台灣與世界領先的設備供應商的合作,也推動了技術的持續進步,這些良性循環與當初的技轉模式密切相關。
- 電子所的示範工廠是台灣第一家半導體企業聯華電子的雛型。聯電是工研院示範工廠的經驗再升級,配備了更新穎的設備、挹注了更好的技術,並從原示範工廠的三吋晶圓生產線,提升為四吋晶圓。聯電衍生成立後,電子所的示範工廠繼續商業營運,一部分收入用來資助工研院新一代技術的研究,同時繼續支持聯電所需的製程技術與產品研發。
- 1987年台積電成立之際,示範工廠的研發人員移轉至台積電,示範工廠因此停止營運,改為實驗室。後來,示範工廠的產品設計專利和製程技術全部出售給華邦電子,原來生產線上的員工也加入了華邦。華邦電子創辦人楊丁元表示,在華邦初期的營運中,示範工廠的前幹部功不可沒,尤其是負責生產控制和營銷的幹部,因為他們的專業知識在台灣其他地方是找不到的。總結來說,今天抬面上台灣的三家重要半導體公司,聯電、台積電、華邦,都有電子所示範工廠的血缘。母生九子,種種不同,但若無1970年代官員與一批年輕人的冒險,他們都不會存在。
- 從工研究院移轉的技術,讓聯電於1982年4月正式商業營運後,順利通過了市場考驗,僅僅七個月的時間,就在財務上達到損益平衡。
- 除了技術移轉外,工研院還從示範工廠移轉了38名幹部到聯電擔任高階主管和工程師,由劉英遠擔任技術副總。這種「衍生公司」的技轉模式,從此成為工研院將技術產業化的標準模式,也就是將研發團隊和技術一起轉給衍生公司,以確保技術移轉的完整性,包括隱藏在團隊成員大腦中的隱性知識。
- 繼聯電之後,工研院後來又衍生了兩家半導體製造公司,分別是1987年的台積電和1994年的世界先進。還有許多晶片設計公司和技術服務公司,例如1988年從工研院衍生出來的台灣光罩公司。聯電的經驗,啟發台灣半導體產業策略,知道傳統的垂直整合製造商,對台灣來說,是無法持續的商業模式,需要尋找替代方案。因此,後來台積電成立時,就定位為「晶圓代工服務業」。而聯電發明的「員工分紅入股」,一直是台灣高科技企業吸引和留住技術人員的秘方。
- 事實證明,儘管自1980年以來記憶體晶片和邏輯晶片都呈現指數增長,但推動創新並創造新價值的卻是邏輯晶片。如今,邏輯晶片與記憶體晶片的市場比例約為3:2,台灣成了邏輯晶片的大贏家。如果沒有聯電經驗,這項選擇可能不會出現。
第 3 章|晶圓代工模式
- 與日本和韓國的政府專案不同,台灣將積體電路設計和晶圓製造做為VLSI計劃的兩大支柱,平行進行研究;韓國與日本都專注於DRAM製造,產品設計與製造不分離。台灣VLSI計劃強調積體電路設計,顯然是受到卡弗·米德的影響,他曾於1980年末,訪問工研院。史欽泰並帶他去花蓮大魯閣參觀。
- VLSI計劃的主持人史欽泰,知道預先培養系統設計能力的重要性。他在計劃提案中預估,台灣對晶片的需求(主要來自個人電腦)將從1982年的新台幣20億元增加到1989年的300億元,其中30%將會是使用者定義的客製化晶片,只要專注於此類晶片生產,台灣本身的需求將足以支撑一、兩家晶片製造工廠。計劃書所呈現的眾多晶片設計工程師與少數晶圓廠共存的願景也與米德對VLSI時代的願景一致。米德描繪未來的半導體產業將由「眾多小型、多樣化的大型積體電路設計團隊和少數最先進的晶圓製造商」構成。VLSI計劃的設計,著眼於為小型、獨立的晶片設計公司創造生存發展的空間。
- 無晶圓廠晶片設計公司的出現必須歸功於米德─康威革命(Mend-Conway Revolution),這個革命使晶片設計與晶片製造分離。這種分離徹底改變了半導體產業的生態,並重塑了市場競爭規則。革命降低了晶片設計的進入障碍,加快了半導體產品創新的速度,使其能跟上製造技術的進步。這場革命帶來了以市場應用為導向的產品創新,體現在為使用者客製化的晶片中。革命使積體電路設計得以模組化的方式進行,並獨立於晶圓製造之外,隨後發明了設計自動化的工具(EDA),使無晶圓廠晶片設計公司如雨後春筍般地冒出頭來。
- 飛利浦的參與對於台積電得以成功創立,至關重要。飛利浦不僅提供了資金,還提供智慧財產權保護傘,以保護台積電免受潛在競爭對手的法律騷擾。除了從電子所轉移的技術之外,飛利浦還向台積電授權了不足的製程技術。最重要的是,飛利浦的代工製造訂單,使台積電製程能夠填寫它初始的產能。
- 從1991年開始,台積電每年都有盈餘,獲利能力使得台積電有錢投資技術研發,以追趕前沿的技術;以更好的技術,吸引更多無晶圓廠晶片設計公司下單。良性循環從此開始,台積電的發展超出了創立時的預期。在1997年時,營收和獲利都高出原來計劃的十倍以上。
- 受到台積電成功的啟發,聯電於1995年決定轉型為純晶圓代工廠,並將原公司的晶片設計部門分拆為聯發科技和聯詠科技,如今這兩家公司都成為台灣非常出色的無晶圓廠晶片設計公司,位居全球前十大,而聯電本身也相當成功。
- 高通和蘋果都曾找過英特爾開發行動電話的晶片,皆被英特爾拒絕,因此英特爾錯失兩次行動晶片的商機,轉而被台積電獲得兩大客戶。
- 英特爾因為在新製程技術開發碰到一些困難,無法及時支應新世代處理器生產的需求,為避免市場繼續被超微侵蝕,自2024年起,也委託台積電代工製造處理器Lunar Lake。台積電欣然接受,並忠誠執行任務,老客戶超微和蘋果,也沒有抗議的聲音,顯示台橫電的信賴平台,對所有晶片設計業者,都是開放的。從此時起,台積電已經成為所有邏輯晶片的「鑄件廠」,不分主流產品或支流產品,萬流歸宗,完全落實了米德─康威的願景。
第 4 章|DRAM 困境
- DRAM是由羅伯特·丹納德(Robert Dennard)於1966年在IBM公司任職時所發明的,使用的是雙極電晶體技術。到了1970年,英特爾成為第一家使用MOS電晶體技術將DRAM商品化的公司。DRAM善及後,取代電腦傳統磁心成為記憶體裝置,是半導體產業演進中一個重要的里程碑。DRAM很快就成為所有電子設備中數據存儲的必備元件;從大型電腦開始,逐步擴展到計算機、個人電腦、遊戲機和行動裝置,DRAM是一個適合大規模生產的半導體元件,在此之前,半導體產業的主流產品是客製化晶片;從客製化晶片到DRAM的轉變,也將半導體產業從軍事主導的市場轉變為商業市場。
- DRAM是由一個電晶體和一個電容器組成的記憶單元,自從發明以來一直未改變,這個基本結構成為推動摩爾定律前進的技術平台。
- DRAM競爭的歷史,就是一部產業淘汰的歷史。在1980年代和1990年代,包括發明者IBM和商品化的先驅者英特爾在內的美國DRAM製造商,大多已被淘汰,它們被日本公司取代,而這些日本公司又在2000年以後,被韓國公司淘汰。儘管韓國製造商直到1980年代初期才進入該市場,是產業的後輩,但它們卻成為最終的贏家。
- 台灣在DRAM的競爭上也未曾缺席,台灣企業從1990年代開始,嘗試參與DRAM領域的競爭,它們曾受到韓國半導體產業巨頭的警告,但是拒絕撤退。最終,台灣的產業界為他們的勇氣付出了高昂的代價。
- 台灣的DRAM代工模式為何失敗?其主因是技術不能自外取得。必須有自主的前沿技術才可吸引客户,給你好的單價及毛利的訂單,像台積電的晶圓代工一樣。
- 這種DRAM代工的商業模式,在1997年至2012年期間,讓南亞科技累積虧損達新台幣1,610億元。對一般企業來說,可能必須放棄這項業務,但南亞科技的母公司決定繼續經營,因為大多數DRAM競爭對手,無論國內國外,到了2012年都已收攤退出市場。南亞科技於2013年由母公司注資,進行了資本結構重組,並且轉型為傳統的IDM,將合資的晶圓廠出售給美光,興建獨資的晶圓廠,並向20奈米製程節點邁進。2016年,它進一步重建了一個研發部門來開發自主技術。自2016年以來,隨着DRAM景氣週期回升,南亞科技賺得的利潤足以抵銷先前累積的虧損。
- 到1999年,景氣衰退導致台灣DRAM製造商都進入了「五十億俱樂部」,這是當時台灣媒體創造的諷刺語,意指一年內損失高達新台幣50億元的公司,德碁和世界先進都是該俱樂部的成員。1999年,世界先進退出DRAM產業,由台積電收購,轉型為晶圓代工廠。接著台積電於2000年正式完成對德碁的收購,後者也成為了台積電代工產能的一部分。
- 南亞科技的新IDM模式在商業營運中的優勢顯而易見。首先,它使南亞科擴大了客戶群,可以聚焦於自身的核心優勢,並能為客户提供客製化的記憶體。因為客製化,所以能夠提高銷售價格,縮小與市場領導費者之間的差距。憑藉自有技術,南亞科技還能夠推出一些過去沒有的產品。產品組合的多樣性,增加了公司於景氣低迷期間的財務韌性,不像過去集中於普及型產品,景氣下滑時只有挨打的份。IDM模式的另一個重要優勢在於提高研發效率,不像代工廠研發的被動性,其製程技術的進步和產品研發是一個連續的過程,不只主控性提高,降低了研發失敗的風險,也使得研發支出因應景氣變動,有更大的調節空間。
- 南亞科在改變公司的經營模式後,它的研發團隊學到了一個可以逐步引進新製程技術的方法,類似英特爾著名的「tick-tock」模型,即每一代技術節點都是透過先改進製程技術,縮小原產品設計的電晶體尺寸(tick),然後在新製程上引入新的產品設計(tock),完成一個技術循環。這樣的運作方式可以極大化研發投資的效益,但是只有當公司同時擁有、並控制產品設計和製程技術時,才可能實現。
第 5 章|日本的興與衰
- 從LSI到VLSI的進步,是半導體技術發展的重要里程碑,因為一顆晶片中可嵌入的電晶件數量,從數千個躍升至數萬,乃至數十萬個。電晶體數目增加後,電路可發揮的空間變大,透過產品設計的創新,大幅擴增了半導體的應用範圍。
- 半導體結構朝向MOS技術收斂,意味著產業進步動能,更可能來自技術上的累積,而不是來自顛覆性的發明。而累積性的進步,表現在晶片的微細化上,因此技術進步的焦點集中在晶圓的加工程序,在晶圓製程上表現出色,就有機會成為產業的主導者。技術的進步雖是累積的,卻是十分迅速的,製造商必須不斷升級技術的能力,才能在無情的產業淘汰賽中生存。1990年代英特爾的執行長安迪.夏洛夫曾說:「只有偏執狂才能生存」(Only the paranoid survive)。事實上,能夠掌握資源,不斷投資於製造設備和研發的企業,才能在半導體産業中生存。
- 美國發明積體電路之後,日本電子公司再次開創了商業運用的新領域,而美國相關的企業則因依賴軍事採購,在商業上反而著墨較少。從1960年代後期開始,日本新興的電子公司將桌上型計算機做為積體電路應用的殺手級產品。這些新興的小規模日本製造商,和傳統的日本財團無關,它們進口美國的微晶片來驅動它們的計算機,特別是在美國企業開發了用於手持計算機的單晶片之後。日本計算機製造商之間的激烈競爭,轉化為美國半導體公司在設計LSI晶片上的較勁,大多數計算機晶片都是客製化的,日本企業的商業合作,是一個典型雙贏的策略。此合作關係促成了英特爾於1971年發明了世界第一款微處理器(microprocessor)。
- 然而,這種友好的關係並沒有持續太久,因為日本半導體公司縮小了與美國同業的技術差距,而日本國内對半導體元件的需求快速增加,促進了國產化,並逐漸育成了日本半導體設備與材料供應鏈。1956年,日本通產省啟動了一項名為「VLSI計劃」的大型研究計劃,目標是將國產技術推向新的里程碑。「VLSI計劃」是受到IBM新一代電腦Future System(FS)計劃的刺激。通產省希望提升日本在半導體設計和製造的能力,以跟進IBM,為新一代電腦奠定基礎。「VLSI計劃」將日本的半導體産業提升到了一個新的水平,隨着個人電腦的繁榮成長,日本主宰了全球DRAM市場。
- 在「VLSI計劃」推出之前,日本在半導體市場的占有率為28%,到了1985年,日本的市場佔有率已超過美國,達到了43%,並且還在持續攀升中,最後達到了1988年高峰的52%全球市佔率。1980年代是日本市占率上升,美國市占率下降的十年,也是美日之間,貿易和政治激烈衝突的十年。
- 除了製程技術外,「VLSI計劃」對日本半導體設備和材料產業的興起,也發揮了重要的作用,特別是在微影技術領域。垂直整合模式的日本製造商,傳統上傾向於在內部製造設備,或僅從集團內的關係企業採購設備,獨立的設備製造商很難在日本的產業結構中找到立足之地。VLSI聯盟為一些獨立設備供應商提供了參與聯合研究的機會。例如佳能和Nikon,它們被聯盟委託開發微影設備,利用對美國GCA(Graphic Corporation of America) 的尖端設備進行分解和仿製,以開發類似的產品。聯盟提供開發成本補貼,並保證購買開發出來的設備。後來它們成功製造了當時最先進的光學步進式曝光機(optical stepper),它們開發的鏡頭可運用於次微米的製程,還是「VLSI計劃」所設定的目標。
- 「VLS1計劃」使這些專業設備供應商,獲得和元件製造商並肩工作的機會,在VLSI計劃之前,日本國內自產的半導體設備僅佔20%;此計畫完成後,日本國内的半導體設備增加到了70%。使日本從1970年代的半導體設備進口國,到了1980年代轉變為出口國。當設備的技術進步是累積而成,而非跳躍式的創新時,設備製造商在製程技術的進步當中,扮演著關鍵的角色。設備製造商必須吸收使用者的生產經驗來開發新設備,使製程技術一代又一代的升级。1980年代是產業的分水嶺,到了1990年,全球前六大半導體設備商中,就有五家是日本公司,只有應用材料(Applied Materials)是美國公司,排名全球第三。
- Nikon和佳能在微影設備領域的崛起,是日本VLSI研究聯盟重要的成就。微影技術本來起源於美國,但由於成本和可靠性的優勢,Nikon和佳能從1980年代開始逐漸主導了微影設備的供應。到了1990年,日本製造商在微影設備市佔率達到了59%,遙遙領先美國製造商的29%,每當製程技術轉向新的節點時,微影設備通常是技術升級的第一個步驟。換言之,美國產品的首發權,掌握在日商的手裡。
- 日本半導體產業的發展是商業應用(含消費與工業應用)所驅動,美國則是軍事運用驅動;市場條件不同,因此商業策略也不同,在商業應用中,成本效率是主要的考量因素,軍事運用則強調技術的優勢。日本半導體製造商透過提高製造良率和產品可靠度來提高競爭力,而美國製造商則透過產品創新來競爭,成本相對不重要。日本企業將大部分資源投資於製造能力的精進上,美國企業則相當程度忽略製造,正是製造能力的差距導致美國企業在1980年代失去了市場。當MOS電晶體製造的DRAM成為半導體市場的主流產品時,製造能力的高低決定了美日競爭的勝敗。
- 由於美國廠商紛紛提出反傾銷訴訟,最終於1986年9月簽署「美日半導體貿易協定」,有效期五年(1986至1991年),期間日本政府同意限制對美國半導體出口數量,並監控出口價格和生產成本,以確保出口價格高於生產成本、或反傾銷法所定義的「公允價值」(fair Value)。而此價格下限也適用於第三方市場,例如歐洲和亞洲。為了執行「美日半導體貿易協定」,日本政府在通產省之下成立了特别工作小組,透過出口許可證控制出口數量,在通產省的行政指導下,日本半導體產業像卡特爾一樣,協調有序的運作了五年。
- 「美日半導體貿易協定」,因為有「公允價值」的保護條款,這為隨後加入的韓國DRAM製造商,提供了價格保護,當時它們只有能力生產舊世代的產品。「美日半導體貿易協定」因此成了韓國半導體産業的救世主,帶來了大商機;但美國已失去了生產DRAM方面的相對優勢,紛紛從DRAM領域退出,美光成為碩果僅存的公司。
- 美國為了重振半導體設備競爭力,於1987年成立了SEMATECH,一般被認為是美國政府採取的第一個產業政策。SEMATECH成立後的五年(1987至1992年),每年都有高達2億美元的研究預算,其中一半來自國防部撥款,另一半來自參與成員的投資。1992年後SEMATECH 轉型為獨立自主的公司,後來也吸收非美國公司為成員,如台積電,營運至今。這個重要決定恢復了美國半導體設備開發的競爭力,從日本手中奪回了領導權,這也被認為是SEMATECH最具體的成就,直到今天,美國半導體設備的全球市佔率,仍高於日本。
- 1980年代是美國半導體產業最黯淡的十年,與日本競爭對手的一連串貿易衝突,是這段灰暗歲月的縮影。1990年代後,美國半導體産業戲劇性的東山再起,並迫使日本對手陷入被動的防衛戰,至今還未能恢復元氣。引領美國產業復興的並非是無晶圓廠晶片設計公司,而是當年全球最大半導體元件製造商英特爾,它勇敢放棄DRAM製造,專攻微處理器,在1992年成為世界最大的單一半導體製造商。
- 從1992年開始,無晶圓廠晶片設計業加速發展,由美國新創公司一路主導到今天。到了2020年,美國全球市佔率(以品牌收入計算)上升至49.8%,而日本的市占率下降到僅剩10%。自1984年以來,美國市佔率的增加應歸功於英特爾和無晶圓廠晶片設計公司的平行成長,英特爾的微處理器,結合無晶圓廠晶片設計公司所提供多元而大量的特殊應用微晶片(ASIC),形成一個生生不息的產業生態,推動半導體晶片的成長,台積電則提供了這個生態系統的最後一塊拼圖。
- 從英特爾1985年發表新一代32位元微處理器i386開始,便決定採取獨家製造銷售微處理器的策略,拒絕對外授權生產,取消提供第二採購源的政策。幸運的是,這個策略推展順利,部分原因是英特爾的技術優勢穩固,部分原因是英特爾所創建的個人電腦產業生態系統,使潛在對手難以競爭。這個生態系的特點是美國個人電腦品牌商與台灣製造商攜手合作,以超低價格和極大的靈活度主導了全球個人電腦的市場,他們結合的力量鞏固了英特爾在微處理器市場三十年的壟斷地位,也阻止了日本的前進。
- 1990年,日本產業日正當中。在半導體領域,它占據全球主導地位,占全球46.3%的市場。然而到了2000年,日本半導體全球市佔率降至28.45%,日本在個人電腦產業的失敗,並不是由於技術落後或缺乏投資,而是因為決定採用獨立於一個更大系統的技術架構。日本的獨立系統無法與美國的大系統競爭,美國並非特别厲害,但善用第三國(如韓國和台灣)的資源,海納百川,所以成其大。2020年,全球前五大半導體晶片用戶依次是:蘋果、三星、華為、聯想和戴爾科技,它們都是個人電腦製造商,有些也製造智慧型手機。目前世界半導體製造排名為前三大的廠商為:台積電、三星、英特爾,只有三星的半導體部門仍與其下游部門保持垂直整合。今天沒有一家日本企業躋身前五名的半導體製造或用戶之列,這個結果清楚地說明:錯過個人電腦以及後來智慧型手機的大浪潮,使得日本半導體產業失去主流市場的機會。
第 6 章|韓國財閥十年磨劍
- 韓國半導體產業的崛起,如同其經濟發展,充滿奇蹟。只有許多幸運因素同時具備才可能實現,包括國家政策、私人企業家精神和國際政治。2023年,韓國半導體廠商攻占了DRAM全球市佔約70%的市占率。在DRAM的領域,韓國的成功與台灣的掙扎,顯示了大財團的優勢。這些優勢包括能夠承擔風險承受短期損失,以及在企業集團的內部市場中有能力極大化技術創新的商業價值。DARM似乎就是為了發揮這些優勢而為財團量身訂做的產品,因為DRAM具有資本密集度高、研發強度強、價格波動幅度大,產品應用範圍廣等特徵。這些特徵對財閥有利,並不適合台灣中小企業的產業型態。財閥的主導地位讓韓國的無晶圓廠晶片設計公司沒有發展的空間,也就沒有晶圓代工的需求。
- 簡言之,韓國早期就進行的金融和電信產業自由化,創造了有利財團的生態系統,提高了財閥的風險承擔能力。動員内部市場和外部金融資源,對財閥進入這個資本密集、價格波動激烈的產業不可或缺,而財閥在企業不同部門之間實行交叉補貼,對於它們能在景氣低谷期間承受財務壓力至關重要。
- 韓國廠商在進入DRAM市場的早期階段,曾擔任日本DRAM廠的合約代工廠,日本廠商希望藉此降低製造成本。從1990 年代開始,野心強大的韓國DRAM製造商開始正面挑戰日本客戶,並最終贏得了這場競爭。從市場統計數據中,可以看出韓國的實力急遽上升,全球DRAM的市占率從1986年的1.9%,直升機式上升到了1999年的40%,而日本的市占率則從78.1%急遽下墜到29.5%。這是一個技術飛躍式成長的奇蹟故事,日本半導體是敗於韓國之手,而非美國之手。1990年代成為韓國崛起,日本衰敗的分水嶺。1990年代的天王山之戰,韓國如何勝出?簡單的解釋是,韓國企業集團的財務資源優於日本,在金融市場自由化後,韓國企業的金融實力不斷擴張,而日本卻日漸萎縮,日本在 1990年代進入了經濟失落的十年,此時期由於一系列總體政策的失誤,金融部門失去了創造信用的能力。
- 當生產規模成為決定競爭力的主要因素後,晶圓廠和產品開發成本的不斷上升;使寡占結構長期化,不僅阻斷了新進入者,也驅逐了邊緣企業。財務因素相當程度上解釋了日本DRAM產業的衰落。例如,從2009到2012年爾必達做困獸之鬥、奮力一搏時,日本政府和商業銀行,始終見死不救。
- 三星除了多年來採取積極的設備投資策略,以維持業界最大的生產能量外,為了確保市場領先地位,技術投資才是關鍵因素,在2010年代,它在DRAM的市占率提高至40%以上。
- 韓國政府出手救了SK海力士,可能成了2000年以後,壓倒日本產業的最後一根稻草。SK海力士雖然技術不如三星,但其龐大的產能,長期壓抑了DRAM產品的價格,使競爭者沒有喘息的空間。
- 美國試圖透過SEMATECH提高製造能力,以削弱日本在製造的優勢,但並未成功。美國最後透過與韓國和台灣的聯盟才擊敗日本,因為韓國和台灣企業的製造效率彌補了美國缺口,抵銷了日本的競爭優勢。聯盟使韓國得以取代日本,成為主導DRAM的製造商,並讓台灣的晶圓代工業因此興起,阻碍了日本在邏輯元件的機會。 美國利用這一聯盟最大限度地發揮創新能力,重新獲得微晶片市場的領導地位,日本則淪為設備和材料供應商,以支持分散、但日益複雜的全球化製造生態系統。這個聯盟在過去三十年裡維持了半導體產業界的和平,風平浪静,直到近年中國崛起,才又吹皺一池春水。
第 7 章|微處理器重塑賽局
- 美國英特爾在1971年發明的微處理器改變了一切,也逆轉了美國西岸與東岸陣營之間的相對力量。微處理器催生了個人電腦、無線通訊、人工智慧等現代化產業,最終也拆解了IBM和AT&T的獨占舞台。個人電腦和手機很快都成為巨大的產業,為半導體元件創造了源源不絕的龐大需求,超越了原有獨占企業IBM和AT&T的電腦和電信市場。更重要的是,個人電腦和手機,產品雖然不斷更迭,但至今為止,尚未演變成廉價的大眾商品。相反地,因為不斷增強的計算能力和傳輸能力,其價值不墜而生命得以延續。這主要是一代又一代推陳出新的半導體元件,功能愈來愈強大的緣故,而消費者永不飽和的需求,成為推動半導體技術進步的永續力量。
- 微處理器問世的1971年到2000年大約30年間,以個人電腦的演進為軸心,半導體產業上演了一段大洗牌。隨着個人電腦對計算能力不斷增加,所有組件都按照英特爾共同創辦人摩爾(Gordon Moore)於1965年提出的「摩爾定律」 ,日益朝微小化邁進。隨著微小化程度的提高、規模經濟不斷擴大,最終每個領域都只有少數公司能夠積累足夠的規模來滿足極端微小化的需求,使英特爾、三星和台積電,分别主宰了微處理器、DRAM和周邊零組件三個不同領域的製造。
- 台積電在1987年創立時選擇周邊零組件領域做為業務核心。周邊零組件是微處理器的附屬機構,以微處理器為基礎,延長和擴大其功能,只有在微處理器成長時才會跟著成長。因此台積電的策略「馬首是瞻」,也就是跟著英特爾走。英特爾發明了摩爾定律,隨後制定了實現它的路線圖。在個人電腦領域,英特爾與微軟共同定義了產業規則,並舖設了技術進步的道路。台積電的角色則是提供製造能力,以滿足個人電腦周邊零組件的創新。所以與英特爾始終是盟友關係。
- 2000年以後,微處理器的發展進入第二個時期,其運用範圍擴大到無線通訊、網路、雲端運算和人工智慧等領域,雖然英特爾仍主導個人電腦的微處理器,但其他領域的處理器都是由其他廠商提供。與英特爾不同,其他廠商都是無晶圓廠晶片設計公司,沒有自己的生產線。高效能的處理器需要高度微小化,而這只有透過台積電、三星和英特爾擁有的尖端製程才能實現。在個人電腦時代,三足鼎立,彼此互補,到了第二個時期則變成競爭關係。微處理器的發明和演進,可以說主導了半個世紀半導體產業發展的秩序。
- 後個人電腦時代,掌握手機晶片者為王、英特爾因為專注於個人電腦的CPU,以致於錯過了智慧型手機處理器的發展,智慧型手機的處理器市場由高通、聯發科、蘋果、三星、華為等公司主導,它們利用ARM提供的開放架構,自行設計晶片。除了三星之外,其他家都採用了無晶圓廠商業模式,借助台積電的晶圓代工能力,生產自家產品。行動晶片的三項功能由ARM、無晶圓廠晶片設計公司、台積電分別擁有,最後由台積電承擔整合這三項能力,完成製造產品的使命。
- 圖形卡曾是個人電腦的周邊零組件,附屬在微處理上處理圖形。然而,當GPU成為提高CPU運算速度的通用產品時,它可以進行各種編程,例如影像辨識、機器學習、雲端運算等。在AI時代,GPU在處理能力、技術成熟度和市場價值方面,已經可與CPU相提並論。一般的AI晶片,同時擁有多個CPU和GPU,兩者相輔相成,已非從屬關係。
- 2020年,蘋果推出了自己設計的微處理器M1,用於驅動其筆記型電腦Mac系列,並自詡這是「掌握核心技術的戰略」。M1的出現,象徵蘋果與英特爾在微處理器15年來合作關係的終結,並宣示x86陣營終於出現強勁對手。M1處理器基於ARM架構,並利用台積電5奈米製程節點技術製造,蘋果表示,當時英特爾市場上最先進的微處理器是使用10奈米節點技術,M1晶片在耗電和持久性方面都占了上方,證明了ARM架構固有的省電優势。當AI被導入個人電腦時,省電更成為關鍵,2024年高通發表第一款用於個人電腦的微處理器SnapdragonX,也運用了ARM架構和台積電的製造能量。
第 8 章|摩爾定律開闢黃金路徑
- 在1965年,高登摩爾預測,随着技術的進展,每塊半導體晶片(面積大約不變)中所含的電晶體數目將以恆定的速度增加;當時他認為每年倍增,但後來根據實踐,被修正為每兩年或18個月翻一倍。這就是通稱的摩爾定律。當初這個科學性十分薄弱的預測,變成後來半導體産業發展的規律,直至今天。
- 摩爾定律的推出,也正是電晶體結構從雙極型走向MOS結構的轉折點,MOS在增加電晶體密度時具有更低的成本優勢。自1970年代中期以來,時至今日,MOS是半導體的主流技術。摩爾定律意味MOS電晶體愈做愈小,在每塊晶片中可愈塞愈多。隨着電晶體愈來愈小,微影技術的要求愈來愈嚴苛,此外因應較小的電晶體,閘極或互連線路的材料和製作方法,也必須跟著改變。這些技術不斷突破,摩爾定律才能不斷向前進。技術變革雖是漸進的,但每一次的變革都形塑了赢家和輸家。
- 電晶體的微小化導致製造過程中的每一步驟,都需要更高昂的設備成本、建廠成本,和維護成本,因此需要更大規模的產量,才能使晶圓製造廠具有經濟效益;如果產量不夠大,就無法支撑一個晶圓廠。摩爾定律愈往前走,規模經濟的門檻愈高,愈來愈難以超越。
- 台灣純晶圓代工服務企業,是摩爾定律下的意外赢家。隨着時間推移,無晶圓廠晶片設計公司愈來愈多,對晶圓代工量能的需求不斷增加,而台灣的晶圓代工廠一直在市場上準備好了新技術,隨時滿足它們的需求。由於台灣的晶圓代工廠擁有晶圓製程的完整知識,可為多個客戶提供服務,它們自然成為設備供應商開發新設備時偏愛的合作對象。透過與設備設計緊密結合,台灣的晶圓代工廠服務廠商提供通用的製程技術,沒有為誰量身訂做。随着摩爾定律的推進,「失敗者聯盟」愈來愈大,台灣的晶圓代工廠也被推上了半導體產業的顛峰。
- 在追趕領先者技術的過程中,台灣的半導體晶圓代工廠一般只維持一個小型的研發團隊,負責製程技術的開發,而在生產線上則投入大量的工程師,負責提高生產效率。生產線工程師對於卓越製造至關重要,他們的薪資優渥,非常敬業,是台灣代工廠競爭力的核心力量。
- 微影技術是推動摩爾定律前進的關鍵技術。簡單來說,微影技術是將電路印刷刻在晶圓上的技術,在印刷的過程中,矽晶圓經過蝕刻或植入一些特殊化學材料,以便在晶圓上創建電晶體或其他元件。而為了增加電晶體的密度,電晶體的尺寸必須不斷縮小,為了使電晶體變得更小,印刷的解析度必須更高。隨著摩爾定律的進化,印刷的解析度愈來愈高,晶圓面積也同時變得愈來愈大,能實現此項技術需求的微影機變得愈來愈複雜且昂貴,微影機成本的增加是導致晶圓廠投資門檻攀升,小型生產商被迫退出市場的主要原因。而微影機的複雜度提高,也使製造的良率難以維持,在許多歷史的轉換點上,由於微影技術的物理限制,摩爾定律被認為已經走到盡頭,但隨後一些重要的創新,又使其延命到今。
- 2012年,當所有EUV微影機相關的技術似乎都已經完備時,英特爾向荷蘭的ASML注資41億美元(各15%股份),支持其進入商業化生產,台積電和三星也受邀投資,分别投入了16億3,500萬美元和9億7,500萬美元(各占5%和3%股份),這三家公司現金的投資,代表半導體產業界三個不同領域巨頭的聯合下注,因為EUV機器的發展對電晶體尺寸進一步縮小至關重要。EUV微影機可以將電晶體尺寸縮小到10奈米以下,但也是半導體史上最貴的機器,每台高達1.5億美元。
- 如果計算台積電從1987年成立,到2000年的技術分水嶺,它共花了13年的時間追趕產業前沿的製程技術,並且在一次重大技術轉折的關鍵點,也就是從鋁互連變成銅互連時,實現了技術的跳躍。在技術追趕的過程中,像IBM和英特爾這樣的產業巨頭,提供了未來技術路線圖,使追隨者不會迷失方向。在技術軌跡明確的前提下,代工服務提供者其實比IDM廠,具有更大的優勢尋找技術的解方,因為它們有多元的客戶和多元的產品,可做為技術試驗的基礎,且多元化的經驗有助於學習。
- 如果沒有像蘋果這種不斷追求更高電晶體性能的大客戶背書,純粹的晶圓代工廠如台積電,永遠無法握有足夠的資源獨力推動摩爾定律的前進。
- 從14奈米製程節點開始,台積電已經取代英特爾,成為世界半導體製程技術的領導者,在FinFET推出後,一項新的封裝技術使得台積電得以擊敗三星,成為蘋果A系列晶片的獨家製造商,它被稱為CoWoS(chip on Wafer,Wafer on Silicon)。CoWoS可以分成「CoW」和「WoS」兩部分,「CoW」指的是晶片堆疊在晶圓上,「WoS」則是將晶圓堆疊在基板上,前者是技術核心。簡單來說,CoW就是把幾個晶片先堆疊起來,封裝於基板上,而非傳統的個別封裝,再進行連結,如此可以減少晶片連接造成的功耗,提高電子傳輸速度。這種技術為蘋果的高階手機創造了無以倫比的優勢,首次應用於2016年A10系列的量產中。這種技術本是待價而沽,但到了AI晶片的時代,已變成不可或缺。AI晶片需要承擔快速且大量的計算和數據傳輸,因此需要把數個高頻記憶體(high bandwidth memory,HBM),直接堆疊在處理器上方,而且運算時需要將能耗降到最低。台積電的CoWoS技術,是目前市場唯一的解方。2022年以後,A1需求爆發,CoWoS產能嚴重短缺,使台積電在7奈米以下的製程,幾乎是獨步天下。
第 9 章|中國的挑戰
- 中國是半導體産業的最新挑戰者,離1947年的電晶體發明已經超過半世紀。但中國比以往任何一個國家都更積極,展現更大的雄心,投入更多的資源。到目前為止,它所獲得的成果,已經引起美國的緊張,並且推動前所未見的技術戰,企圖遏止中國在此一戰略性產業進一步擴張地盤。中國自 2006年以來,採取了核心技術本土化的國家政策,也就是所謂的「自主創新」,使得中國在全球產業體系中的角色,從技術夥伴轉變為技術競爭者和掠奪者。由於半導體技術的敏感性,終於引發了美中嚴重的對立。
- 2019年5月,美國將華為列入實體清單,禁止它覆取美國的半導體晶片。2020年9月,這項制裁擴大到所有使用美國技術製造的晶片,適用所謂的「外國直接產品規則」(direct product rule)。這項規則迫使台積電終止向華為設計的晶片提供代工服務,當時華為是台積電先進製程的重要客戶,生產華為的麒麟系列晶片。
- 「彎道超車」有兩個步驟。首先是追趕領先者,離他們十分靠近;然後是在跑道出現轉彎,也就是技術出現典範轉移時,追趕者進行超越。因此,「彎道超車」要成功,第一要有追趕的機會,第二要有典範轉移的機會。既無彎道,只能直線苦苦追趕。技術愈精密,追趕者要靠近先行者所需的時間就愈長。華為成功的模式,是它在中國農村地區找到了一個與跨國企業可區隔的市場,相對於大城市已被跨國企業的尖端設備壟斷,中國農村對較老舊或較簡易的通訊設備仍存在巨大需求。華為深耕這個市場,並將之延伸到其他開發中國家,產品成功打入市場,利潤豐厚,並在這個基礎上,持續不斷研發、創新技術,終於超車成功。
- 不過,有競爭力才有市場地位,有市場地位才能追求自主技術,最好的例子是華為。華為在手機市場成功後,海思才進入自主性手機晶片的毅計。手機設計的能力,護送華為進入電腦、伺服器、自動駕駛、物聯網等晶片的設計領域,華為確實已成為中國的三星,是一個真正的國家旗艦企業(national Champion),具有產業主導地位和創新能力。於2021年,華為投入224億美元於研發工作,僅次於美國的亞馬遜,是世界上研發投資第二大的公司。
- 面對美國「卡脖子」威脅,中國在技術發展上,很自然的重新採取了計劃經濟時期「自力更生」的舊戰術。美國威脅的反作用力就把中國内部的半導體供應鏈推向「藕合」的道路,彼此抱團取暖。例如華為與中芯國際合作結盟。結盟就會產生新的力量,路徑整合也將提高資源使用效率,而且不一定依循西方發展的路徑。
- 自2002年開始,美國也限制人工智慧晶片對中國的出口,逼使中國政府投入許多資源,進入人工智慧的研發。美國的技術圍堵策略,使中芯國際成為最大的受益者,它不只是中國境内先進製程的唯一可能來源;在舊製程方面,境內使用的晶片,因供應鏈安全的考量,也自動向中芯國際靠攏,達到營收的81%,在全球代工市場排名第三,可耐心等待「彎道超車」時間的到來。
第 10 章|地緣政治與半導體
- 全球化生產及無晶圓廠晶片設計模式使美國從日本手中重新赢回市佔率。2020年美國供應的半導體,以價值計算,占全球銷售的49.4%,而競爭對手日本則縮減至9.9%的市佔率,可以說是大獲全勝。然而,勝利是有代價的,大多數美國供應商,除英特爾、美光和德儀外,都是無晶圓晶片設計公司,它們並沒有生產線,其產品來自委外代工製造,而大部分的晶圓代工廠都位於東亞,尤其集中於台灣。 在全球鼎盛的過去30年中,東亞一直是晶圓製造的主要基地,其總產能從1980年末大約50%的全球市占率,不斷上升到2021年的75%。早期東亞各國中,日本是主要生產者,現在則是韓國以23%的市占率領先全球,其次是台灣的21%,中國的16%,最後是日本的15%。雖然日本在半導體銷售和生產方面的地位有所下降,它仍是半導體設備和材料的主要供應商。因為東亞是大多數半導體生產線的所在地。2021年日本總共提供了半導體產業中31%的新設備和48%的材料。
- 與美國在半導體銷售中近50%的市佔率相比,美國在半導體製造中的市佔率僅為12%,而且幾乎所有最先進的製程都在台灣生產,引起美國政府地緣政治的國家疑慮,因而花下鉅資,邀請台積電到亞歷桑那州設廠,可就近供應。日本和歐盟也同樣基於地緣政治的理由,花大錢請台積電到日本的熊本和德國的德勒斯登設廠。
- 2020年以後,地緣政治再次轉變,中國由美國的合作夥伴變成策略競爭者。美國想要重塑這個跨太平洋供應鏈,把中國踢出圈外,首先要把末端的組裝移出中國,接着要把製造移回美國,至少部分移回。日本也正積極動員國家資金,企圖重建先進半導體製造的能量;歐盟則企圖建立一個以歐洲為起點及終點的獨立循環。在美國技術封鎖下,中國則被迫要建立一個自主可控、不再被美國掐脖子的內循環。如果這些企圖都將成為真實,世界半導體將由目前的「美─台─中」大循環,裂解成三到四個小循環。值得注意的是,不論哪個循環,都將遵循設計與製造分離的原則與商業模式。
- 從資源整合的角度看,這種分裂是全球化的挫折,甚至有些人擔心全球化可能因地緣政治競爭而終結。不過我們認為,全球化不會終結,但將以新的形態應對地緣政治的需要。很難想像全球化的替代方案是各國自給自足,因為包括美國在內的任何國家,在目前的技術狀態下,都沒有能力獨自生產半導體晶片,而不依賴來自外國的資源。
- 地緣政治並未終結全球化,但卻可能終結了自由貿易,這才是正題。政府的干預顯然將降低全球生產的效率。但對個別國家或個別企業的影響,因情境而異,無法一概而論。台灣的半導體產業,因地緣政治而生,因全球化而發展,但與自由貿易關聯不大,像台積電這樣動見觀瞻,成為地緣政治關注焦點的企業,對台灣而言,是嶄新的經驗。如何因應,才能轉禍為福,化危為安,不只是台積電的挑戰,也是國家整體的挑戰。