國無 芯 不強 中國台灣芯片發展史

「三橙導讀」

關於芯片,大家可能聽到最多的是,芯片一直缺到處缺,美國天天也在因為它跟中國搞事情,但可能很多人並不知道,全世界大部分的芯片來自中國台灣。而最近它搞事情搞得很熱鬧,有人說它是一個會下金蛋的寶地,指的就是今天要八一扒的中國台灣的芯片產業…….

“八仙過海”的全球芯片產業鏈

縱觀全球芯片產業鏈上除了材料、設備、EDA軟件和市場,其它的重要鏈條大致分為:芯片設計、晶圓生產(或叫芯片製造)、封測(封裝、測試)。而根據TrendForce的數據,可以看出中國台灣芯片產業在全球佔比中的重要地位——晶圓代工佔64%(全球第一),IC設計佔27%(全球第二),封測佔55%(全球第一)。

在全球芯片產業鏈中,中國台灣佔領了芯片設計、晶圓生產、封測的部分,日本提供化工原料(材料),歐洲則負責設備的生產(比如光刻機),另外EDA軟件來自美國。而中國大陸卻是全球芯片使用的主要市場,2018年全年中國手機、計算機和彩電的產量世界領先,分別佔比為全球總產量的90%、90%和70%以上。

但由於最先進的芯片技術都在西方,加上西方在芯片技術上的封鎖,中國大陸的芯片產業鏈始終處於被卡脖子的狀態。與此同時,中國台灣的芯片產業因其特殊性,在產業鏈上也得到了相應的發展。

到2021年,全球集成電路行業市場規模達3646.6億美元,芯片產業鏈上的國際知名企業也展現在大眾視野內。

·晶圓製造

全球晶圓廠達到103家,截至2021年底全球晶圓產能排名前五的半導體公司,每月晶圓總產能相當於12,217,000 片8吋晶圓,其中三星(韓國)佔19%,台積電(中國台灣)佔13%,美光(美國)佔10%,SK 海力士(韓國)佔9%,鎧俠(日本)6%,僅這五家企業市佔率合計達全球57% 。

·光刻工藝

在集成電路製造工藝中,光刻工藝的成本佔比最高,因耗時佔比達到整體產品製造的40%-60%,成本達到整體的35%。目前,世界最先進的EUV光刻機只有ASML(歐洲)能製造。 ASML在2022年全年,將出貨55台EUV光刻機。

·鏡片加工

2021年全球單光鏡片(Single Vision Lenses)市場規模大約為587億元(人民幣),市場的主要參與者包括Essilor(法國)、ZEISS(德國)、HOYA(日本)、Rodenstock(德國)和Nikon(日本)等。

·製造材料

製造芯片的眾多材料中,只光刻膠一種,2021年全球市場規模達19億美元。其中東京應化、JSR、住友化學、富士膠片,這四大日本企業就分別佔據27%、13%、12%、8%的市場份額,除此之外,陶氏化學(美國)、韓國東進分別佔據17%和11%的市場份額,三國就幾乎了包圓了光刻膠的全球份額。

·設計軟件

全球EDA行業市場規模,已從2020年達114.67億美元升至2021年的125.7億美元,。 2020年國際EDA前五企業全球市場佔有率超過85%。其中Cadence鏗騰電子(美國)佔比最大達32%,其次分別為Synopsys新思科技(美國)、西門子Siemens(德國)、ANSYS(美國)、是德科技(美國),佔比分別為29.1%、16.6%、4.8%、3.3% 。

·芯片設計

而全球無晶圓IC設計(芯片設計),以銷售收入計算,2021年的市場規模約1690億美元,。而從2021年營收來看,高通(美國)293.33億美元、英偉達(美國)248.85億美元、博通(美國)210.26億美元、英特爾(美國)747億美元、AMD(美國)164.34億美元,全球十大IC設計的市場份額基本都被歐美企業所佔據。

生猛的中國市場才具備最大吸引力

得益於中國巨大的市場,特斯拉憑藉著優勢條件,可以獨資在中國建汽車生產工廠(打破了中國30多年外企必須與本土企業合資建廠的限制)。而這兩年特斯拉在中國的發展,比其在美國本土快好幾倍,同時也刺激了中國本地汽車產業鏈上相關企業的發展。同觀芯片產業,依靠中國巨大的芯片需求,中國芯片產業發展進入提速期。

以手機為例,憑藉著中國台灣聯發科的交鑰匙方案(包括處理器和基帶芯片、應用,還整合了WiFi、GPS、FM、和藍牙等功能模塊),和深圳華強北在此前積累的完善的供應鏈,手機從產到銷的產業鏈“一夜之間”便可建立,速度超乎想像。

大致鏈條如下:

當然,中國台灣芯片產業做得好,也是逐步發展起來的。

逐利官方扶持 成就發展基礎

官方啟動技術、培養人才,並把技術和人才轉給民企,人才下海創業,培育眾多中小企業延伸產業鏈、垂直分工

官方啟動技術基金

上世紀70年代初,中國台灣為發展集成電路,投入一千萬美元啟動基金,兩個推動性的組織先後成立:電子技術顧問委員會(TechnicalAdvisoryCommittee,TAC)、工業技術研究院(工研院)。

官方培養人才

早期的電子技術顧問委員會(TAC)的構成,主要成員是海外學人,並有當時美國眾多華人工程師響應號召,為中國台灣的電子工業發展帶來最新的行業動態、技術諮詢等。而在時任美國無線電公司(RCA)的微波研究室主任的潘文淵的牽頭下,1975年中國台灣出資推動“積體電路(即集成電路)示範工廠設置計劃”,先後接洽了美國無線電公司(RCA)、通用儀器、休斯公司後,最終以350萬美元與美國無線電公司簽訂合作。

此後,美國無線電公司(RCA)與TAC達成協議,需要進行330人次代訓(包括中國台灣派出的40多名留學生),培養在電路設計、光罩製造、晶圓製作、封裝、測試、應用與生產管理等方面的人才。

官方將技術和人才轉給企業

與此同時,1973年成立的工業技術研究院(工研院),更是效仿了美國矽谷產學研模式,將分散在中國台灣各處的聯合工業研究所、聯合礦業研究所與金屬工業研究所幾家研究機構合併,以財團法人名義成立。

而工研院的核心功能就是,將科技成果盡快轉移給企業,提高科技成果商品化和產業化的成功率,從而推動產業轉型升級。官方撥款、部門捐助是研究經費的來源,並由官方組織了一系列新技術的研發。早期在半導體上的設備引進、技術突破都是由工研院一手承包。由工研院實現技術研發、引進、生產之後,再轉讓給民間其它企業。工研院借官方之勢,成為了中國台灣半導體發展的試驗田和技術起源地,提升了地區芯片發展的整體水平。

為了將科技成果盡快轉移給企業,官方的TAC與RCA協議內的在美國接受技術培訓的人員回到中國台灣,工研院不但將他們從美國學到的技術,以低價授權生產的方式全無保留地給了聯華電子(工研院設立聯華電子),還包括了四十多位技術人員的轉移,技術人員其中就有後來掌舵聯華電子的曹興誠。

據統計,由工研院轉入中國台灣各企業的員工超過一萬五千名,這些接受過技術培訓後,親身沉入一線市場,掌舵半導體企業發展。奠定了中國台灣早期的芯片產業及後來發展的基礎。

產業發展中的20年

70年代台官方啟動芯片技術的基礎發展,此後直至90年代,中國台灣逐漸走向芯片產業鏈上的重要位置。

建設半導體科學園區

1973年以工研院對矽谷產學研模式的效仿為開始,1976年中國台灣開始以矽谷為範本,規劃半導體科學園區。仿照斯坦福、伯克利等名校與產業集群合作的模式,將半導體科學園區設置在了新竹,與中國台灣的清華大學、工研院、交通大學等比鄰而居,新竹科學園區,成為中國台灣芯片發展關鍵的“技術交通樞紐”,也成為全球半導體製造業最密集的地方之一。

園區發展成為了中國台灣自己的IC(集成電路)廠商集聚的群落,而並非跨國公司的子公司扎堆之地。

人才聚集 創業發展的十五年

新竹園區有了好的開端和定位,需要的就是發展中的重要因素,人!在1983-1997年間,海外人才以平均42%的增速,從海外回到中國台灣。而新竹附近的眾多大學和研究機構,也為園區培養了一大批儲備人才。

這其中很重要的一部分,是矽谷回流的創業軍團,比如宏基電腦與德州儀器公司合資的德基半導體、旺宏電子、威盛電子、民生科技等等,在新竹附近開設了大量的 PC 主機板與外設設備工廠。 80年代初聯華電子(聯電)崛起,並與工研院示範工廠展開了業務競爭。由於示範工廠本身的定位,使其無法跟上聯電的發展速度,許多人都想離開示範工廠。 1987年,美國普林斯頓大學電機博士楊丁元帶領一批工研院電子所的工程師離開,創建了華邦,進入了芯片設計領域。在他的帶領下,華邦電子發展成為中國台灣前三大半導體公司。從事晶圓代工的傳統產業巨頭華隆集團,為了轉型做IC設計(芯片設計),也從工研院和聯電中吸納人才,創立了華隆微電子,專注於IC設計、主攻消費產品 IC。

中小企業扎堆 垂直分工 延伸產業鏈

1990年代後期,潮水般的半導體創業公司在中國台灣湧現。大多數公司最初創立時只有幾個人,多數公司只是其中的一環,譬如細分至矽片製造、引線框製造等小環節,雖小但不可缺,同時自身也能實現良好的盈利,能夠在半導體的生態圈存活下來。而環節分工細,工廠規模小,這些特別之處,也強化了半導體產業突出的垂直分工特點。

針對半導體小工廠的特性,中國台灣開設官方開發基金,注重對眾多中小企業技術能力的培育,而不是過度強調少數大企業技術能力提升。從1985到1990年共劃撥24億新台幣設立種子基金,鼓勵類似宏大風險基金等民間投資參與。

台官方大力扶持半導體技術,但卻不干擾市場如具體的業務轉型、企業規劃發展。台官方也從不限制競爭,不維護獨大。

但,中小企業眾多,會不會缺乏國際競爭力?

產業發展的國際化

擁有產業鏈的垂直分工和產業群聚是中國台灣半導體產業結構的特點。

抱團取暖的 “聯合生產群”

在中國台灣,除了台積電,大部分都是中小型企業,面對三星電子、鎂光這樣的巨頭時,往往處於下風。但是通過新竹科學園區的工業園區聚合效應,產業鏈上中下游體係幾乎全部聚集在相鄰的地理區域裡,不是只有某個企業單純的代工模式,而是產業鏈全環節分佈,形成聯合生產群,這也是中國台灣中小企業在製造方面的一個特別之處。

這種群落之間的相互競爭、緊密合作、人才流動等等,形成了新竹科學園區的資訊與技術快速交流、市場競爭優勢培育的土壤。這就像是一個“虛擬大公司”,隨時可以將旗下的各個“部門單位”整合起來,投入各自擅長和專精的領域,用更高效率的方式來完成協作,從而壯大了整體產業的實力,形成彈性高、速度快、定制化、低成本的競爭壁壘。

中國台灣的中小企業眾多,他們有實力投資嗎?

有錢是老大 台積電的整合

芯片競爭,主要體現在芯片性能的不斷提高,提高芯片性能就需要升級芯片產業鏈,而升級產業鏈需要巨額投入。由於IDM企業覆蓋了全產業鏈的芯片設計、晶圓生產、芯片封裝、測試、投向消費者市場五個環節,升級產業鏈所需的巨額投入對於IDM企業來說負擔太大,於是巨額投入的重擔落到了運營成本較低的晶圓代工廠身上,比如台積電。

1996年,台積電又在代工製造的基礎上,首次提出了“虛擬晶圓廠”(Virtual Fab)的概念,讓客戶能隨時掌握晶圓製造進度,從而爭取到了IDM整合元件廠商(覆蓋集成電路全產業鏈)的訂單。

台積電提出虛擬晶圓廠的概念,是希望客戶將晶圓代工廠當作自己的晶圓廠,這其實是為客戶省去經營晶圓廠所需承擔的各項支出。在相應時間、機密性、量產彈性與信息的獲取上,讓客戶感覺有如自己開的晶圓廠一樣方便;而在技術、質量和成本上,又讓客戶感覺晶圓代工廠要優於自己的晶圓廠。

從中國台灣的芯片產業鏈產生、發展過程,不難看出,即使是在中國台灣,外企也只願意授權封測技術、不提供核心設計的支持。官方可以在前期提供技術支持、資金支持,但持續經營還得靠企業家自身能力接訂單、打磨技術、提高效率、適應市場變化。官方不干擾市場、不插手企業具體經營、不限制競爭、不維護一家或幾家企業獨大、允許外企獨資設廠以帶動產業鏈發展,給芯片企業創造良好的發展環境。雖然國際形勢及芯片產業不斷變化,中國芯片的整體未來,總歸是好的…….

「外傳」

中國台灣最強的芯片設計、晶圓生產、封測的產業鏈垂直分工是怎樣形成的?

1

外企的封測技術

1966 年美國通用儀器公司 (GI) 在高雄設廠,開啟了中國台灣 IC 封裝技術的發展,隨後,德州儀器公司、飛利浦建元電子等公司也到台設廠。但這些都停留在封裝階段,在台的美日廠商只願意授權封測技術,不提供核心設計的支持。

2

官方投資你的晶圓工廠,訂單你自己找

芯片設計公司越來越豐富的產品,對外部晶圓生產線有極強的需求,高通、博通甚至蘋果都需要將製造交給更具規模優勢和專業的晶圓製造廠,這成為台積電崛起的重要機會。在客戶看來,如果他們把自己的芯片設計交付給芯片製造(晶圓生產)企業代工,那就存在盜取客戶設計的可能。到了上世紀90年代中後期,芯片設計與製造的分工已經開始逐漸明朗。以美國為中心的芯片設計和以中國台灣為主體的晶圓代工加速了設計與生產的分離,中國台灣作為專業晶圓代工承接了半導體產業的新一輪國際轉移。

旅美IC (集成電路)專家張忠謀提出了一種專業代工模式來運營規劃中的六寸晶圓 VLSI (超大規模集成電路)實驗工廠。 1987 年,工研院電子所與飛利浦合作成立台積電,張忠謀任董事長。初生的台積電,使用的是中國台灣八年前引進投產的中國台灣第一條3英寸實驗線。資金原則上由中國台灣官方基金出資一半,剩下的一半由民間資金和外資共同解決。然而由於民間資金害怕風險,實際上來自台官方的資金完全佔據了主導。

台積電創立初期,需要一點點跟IDM(覆蓋集成電路全產業鏈)企業分搶市場。憑藉個人能力,張忠謀談成了和英特爾的一個大單。然而考察過工廠後,英特爾發現台積電的生產流程存在許多缺陷,張忠謀將台積電的工藝打磨到最佳,然後提高效率,最終完成了這筆訂單。 2003年,台積電拒絕了IBM的銅製程工藝,決心自己研發。目前全球具備5nm及以下製程芯片製造實力的晶圓製造企業只有台積電、三星兩家公司。

3

公轉私的芯片設計

工研院在1980年,決定以衍生公司的方式,設立中國台灣第一間半導體製造公司聯華電子(聯電),將所有產品線技術(包括音樂 IC、電子撥號器、計算機IC 以及電話 IC)以低價授權生產的方式全部轉移給聯華電子,使其在擁有研發能力之前就可以進行生產。聯電從上世紀90年代開始,陸續將旗下的芯片設計相關部門獨立出去,其中聯發科就是當中最耀眼的一個代表。

1997年,原聯電“多媒體小組”正式獨立成為聯發科技股份有限公司(MTK,聯發科),包括蔡明介在內的20幾個人的初始團隊從CD-ROM芯片開始,之後聯發科一度佔有大陸DVD市場60%的芯片市場,並於2001年在台交所上市。但後來PC和DVD市場一落千丈,聯發科轉攻手機芯片技術。在2007年,聯發科的手機芯片出貨量已經占到了全球市場13%到14%的份額,僅僅低於深耕多年的德州儀器(TI)和高通。

*本文未標明出處用圖均來自網絡,版權歸原作所有

【參考資料】

《台灣芯片產業有多強?代工佔全球64%,設計佔27%,封測佔55%》 只說數碼科技 2022-04-26

《芯片破壁者(十三):台灣地區半導體的古史新證》 腦極體 2020-08-20

《深度|台灣半導體產業騰飛史》 智本社 2022-02-17

《台積電,沒那麼特殊》 人生五味 2021-09-18

《台積電、三星激戰2nm|矽基世界》 鈦媒體APP 2022-06-27

《原來你是這樣的聯電 | 半導體行業觀察》 半導體行業觀察 2018-06-21

《中國手機、計算機和彩電產量佔全球90%、90%和70%以上》 觀察者網 2019-04-08

《淺析中國半導體落後的四個原因及真正的發展之道》 胡薇 2018-08-16

原创文章,作者:OX3media,如若转载,请注明出处:https://www.soofo.cc/tech/%e5%9c%8b%e7%84%a1-%e8%8a%af-%e4%b8%8d%e5%bc%b7-%e4%b8%ad%e5%9c%8b%e5%8f%b0%e7%81%a3%e8%8a%af%e7%89%87%e7%99%bc%e5%b1%95%e5%8f%b2.html