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半导体晶体管半导体产业从亚太观点来看全球IC设计公司的发展

全球半导体产业的发展趋势

全球信息科技和半导体产业发展有两大趋势:一是电子产品数字化和个人化的趋势。自大型计算机发明并广为学术研究及产业界应用之后,促使半导体产业迈入第一波革命性的发展。近20多年来信息科技的发展更朝向数字化与个人化,在民生用途上由个人计算机演进到移动电话、数字影音产品,大幅改变了人类的生活方式。

二是全球化委外代工及信息产业专业分工的趋势。全球化也影响到所有的科技产品,做任何产品一定要做到世界级,这是对所有业者的挑战。由于顾客希望买到又便宜又好用的产品,使制造者为满足顾客需求而必须寻找更低成本的生产技术与材料,因此驱动半导体产业迈入全球化委外代工及信息产业的专业分工。此一趋势直接带动亚太地区半导体产业与信息科技的成长。

自上世纪70年代发展至今,半导体芯片不但已成为所有电子产品的关键零部件,而且全球半导体产业年产值的成长率与全球国民生产毛额的成长率呈现相同的走势。在过去36年间,两者成长率保持密切关联,由其成长率变化曲线可以看出两者几乎完全同步地经历7次波动曲线,以2001年半导体产业跌至谷底成负30%成长率时,全球GDP也相应地大幅下降为0.7%。

谈到半导体趋势,一定不能不提到“摩尔定律”。一个尺寸相同的芯片上,所容纳的晶体管数量,因制程技术的提升,每18个月到两年晶体管数量会加倍,IC性能也提升1倍。现以1961年至2006年期间半导体技术的发展为例加以说明,IC电路线宽由25微米减至65纳米,晶圆直径由1英寸增为12英寸,每一芯片上由6个晶体管增为80亿个晶体管,DRAM密度增加为4G位,晶体管年销售量由1000万个增加到10的18次方至19次方个,但晶体管平均售价却大幅下降10的9次方倍。

不过,摩尔在2003年的一场演说中,仍谈到摩尔定律还能维持10到15年之久。我想,摩尔定律并非一个物理定律,这种现象也并非只存在于半导体业,它说明了半导体对整个科技与市场的影响,透过半导体的技术更新,不断地增强组件和电路的功能,接着又强化硬件系统如计算机、手机及储存等功能,然后又带动软件和应用的强化,接着又需要更便宜、功能更强的半导体,如此循环下去。

信息科技及半导体产业历经40年的发展,产生了两个重要的趋势:就是产业垂直整合的分工以及外包。其实这两个趋势的本质还是有差异的。原来大家什么都做,但并没有办法把每一项都做到最好,最后只有外包给最有效率的人去做。产业垂直整合的分工、重组而形成专业的代工,因此带动IC设计业快速地发展。

分工是产业竞争发展的必然

产业生产体系的专业分工,创新是主要的驱动力。哈佛大学商学院ClaytonM.Christensen教授对于企业的创新做过深入研究,精辟地写了多本有关创新特性的书。他于2003年9月出版的《创新的解决方案》一书中探讨了什么时间会促使分工的发生。当产品的功能还不够好,也就是还不能完全满足顾客需求时,企业应将业务资源整合掌握于内部,此时企业自己要做最好的产品,竞争重点在于功能和稳定。当产品功能已经够好并已经超过市场需求时,分工就会发生,透过规格化外包使产业专业分工,各自专精于自己擅长的领域,此时竞争重点就转向速度、响应能力以及方便性。

信息科技产业从垂直整合到分工,其实也是顺应产业环境的变化。早期IBM做计算机的那个时代,一个公司从仪器|仪表设备、设计、产品设计、操作系统到销售等等,什么都要做。上世纪80年代以后开始有个人计算机出现,分工就更细了,有些公司只做其中的某几段。

半导体产业分工的情形也是一样,上世纪70年代半导体产品是采用垂直整合上、中、下游为一封闭的生产体系,单一公司包办所有的项目。

1980年至2000年半导体产业已分成为专用集成电路制造商以及组装和测试、晶圆厂、铸造两个生产体系,2000年以后除IDM(综合设备制造商)仍拥有IC设计与晶圆厂外,半导体产业的专业分工愈来愈明显,由组装和测试、电子设计自动化/IP、设计服务、晶圆厂和铸造四个单元所组成之上下游体系,值得注意的是IP也成为营运重点项目。最特别的是台积电所独创的晶圆代工,以拥有大规模晶圆生产设备及高良率技术,成功地建立了晶圆代工的商业模式,也让自己成为世界最大代工厂。

  再看看个人计算机产业的价值链,钱到底流向哪里去了?当个人计算机公司希望提供给消费者功能更好、价格更便宜的产品时,就找上了个人计算机的专业制造商,要求降低成本(生产技术或材料)。但对PC制造者来说,它所用的零件,从操作系统、微处理器、动态随机处理内存、磁盘驱动器等等,都不是自己做的,所以PC制造厂商只好找上游的零件供货商,提供好一点的操作系统、微处理器,一切还要求物美价廉。在这个过程中,产业价值链里原来的价值就会被破坏掉,价值就会移动重新分配到不同的环节。

  在操作系统与微处理器这一层,是比较容易做到差异化的。英特尔与微软用领先技术来做差异化,最后几乎垄断了市场。一直以来PC追求好一点的动态随机处理内存,速度快一点、密度高一点的,但因为DRAM产品本身不容易做出差异化,导致其制造者为了降低生产成本、增加效能,大部分也只能依赖设备供货商来提供好一点的设备。

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