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芯片破壁者(十三)- 台湾地区半导体的古史新证

电子设计 来源:电子设计 作者:电子设计 2020-12-14 20:27 次阅读

尽管我们已经无法穿越回历史,亲身揭开半导体发展过程中每一个细节,但从今日之产业现状,追溯曾经的筚路蓝缕,或许是一个可行的方法。

比如最近,英特尔高通就将更先进制程的芯片制造订单交给了台积电,英特尔的这一选择,被视为台积电制程能力超越英特尔的明确信号,对此,英国《金融时报》评论称——这标志着英特尔长期领导地位的结束。

在前面的文章中可以看到,日本半导体在消费领域大势已去,韩国半导体除了财阀巨头应者寥寥,而起步最晚的台湾地区,在产业上中下游都有企业盘踞,甚至相对韩日厂商更具影响力,如今更成功反超英特尔,这也成为半导体产业由西向东迁移时,独特的观察样本。

那么说到台湾地区的半导体产业,当下最为大家所熟知的一定离不开以下三个特征:

1.代工模式。台湾地区半导体产业的实力名列世界前列,而其中最强的板块无疑就是芯片代工。从1996年的IC封装制造,到1987年介入专业代工制造,如今在这一领域,能排进全球十强的中国台湾企业就有4家之多,除了台积电,还有联电、力晶、世界先进等,成为全球半导体的一极。

2.全产业链。代工实力名列前茅,并不意味着其他产业板块寂寂无名,实际上,台湾地区半导体企业从上游的 IC 设计、中游的晶圆生产、下游的封装和测试以及设备、材料全领域都有布局,联发科、台积电、联电、日月光、联咏、瑞昱等企业迅速发展,也带动了整个电子工业的兴盛,成为台湾地区的“稻米产业”。

3.政企协作。台湾经济以中小企业为主,惧怕投资风险,台湾地区官僚与民间企业之间特殊的合作方式,在经济转型时强力推动,坚持民营化,促进企业在竞争中发展,让台湾地区后来居上,一度成为全球IC产业最发达的地区之一。

不妨一起回到历史上的三个剪影中,追问台湾地区半导体的今昔。

代工也可以很高级:从联电到台积电

代工制造,乍听起来并不是一个好主意。韩国从早期给美日厂商做低端加工起步,就一直试图向IDM模式进发,切入更具利润潜力的上游设计环节。同样是代工,为什么台湾模式会让全球都“真香”?

一方面是历史原因。1966 年美国通用仪器公司 (GI) 在高雄设厂,开启了台湾地区 IC 封装技术的的发展,随后,德州仪器公司、飞利浦建元电子等公司也到台设厂。但这些都停留在封装阶段,在台的美日厂商只愿意授权封测技术,不提供核心设计的支持,而台湾地区又没有韩国财阀那样的资金实力,融资和抗压能力都无法保证向上游延伸。

另一个原因则是,台积电开创的代工Foundry模式实在太成功了,引发了岛内许多企业效仿复制,所以台湾地区积极将代工产业链延伸到岛内,错开了与美日强国的竞争,迅速获得专利授权形成规模优势,靠代工站稳了脚跟。

继续往前追溯,会发现台湾地区诞生产业垂直分工模式,并非偶然。

1977年10月,工研院打造了全中国台湾地区首座集成电路示范工厂,采用7.5微米制程,工研院开发出的与生产工序匹配的标准单元库,大幅提高了产品良率,在营运的第6个月已经高达7成,超过了技术转移母厂RCA公司。察觉到这一产业分工的变化趋势,工研院在1980年,决定以衍生公司的方式,设立中国台湾第一间半导体制造公司联华电子,将所有产品线技术( 包括音乐 IC,电子拨号器、计算机IC 以及电话 IC) 以低价授权生产的方式全部转移给联华,使其在拥有研发能力之前就可以进行生产。联电旗下也衍生出了许多分支机构,如芯片设计领域的联发科(MTK),面板驱动IC的联咏等等。

同时,不断游说旅美IC 专家张忠谋加入,对方提出了一种专业代工模式来运营规划中的六寸晶圆 VLSI 实验工厂。1987 年,电子所与飞利浦合作成立台积电,张忠谋任董事长,后来并称“晶圆双雄”的联电与台积电,就此集结。

“联家军”是多点开花,台积电则打定主意只做芯片制造。今天看来,二者都为台湾地区半导体产业的崛起起到了奠基作用,可在当时,后者的出现却委实有些尴尬。

要知道,“对标硅谷”直到今天都是电子工业长盛不衰的准则之一, 创立之初,投资人总会问创始人张忠谋一个问题——如何跟英特尔竞争。

张忠谋表示“台积电和他们不存在竞争,这是一个完全新的模式,我们甚至会合作”。居然在硅谷没有效仿的成功案例?投资人听完反而更害怕了……

事实证明,台积电开创的Foundry和IP授权模式,彻底改变了世界半导体产业的版图。

当时,Intel 公司正积极寻求海外代工的有利时机,通过关系渠道以及付出生产工艺改进的努力,台积电获得了 Intel 的部分代工订单,并迅速成为世界晶圆代工的龙头,1992 年营业收入达 66亿,一度超过了联电。专业代工模式也以一种新分工形态,在台湾地区落地生根。

今天看来,台积电的成功是内外合力的结果。

外部,手机的发展需要将特定的工作交给专用芯片解决,而不是一块CPU打天下,所以,北美涌现出一批新兴的半导体公司,博通英伟达、Marvell 陆续创立。芯片设计公司越来越丰富的产品,对外部晶圆生产线有极强的需求,高通、博通甚至苹果都需要将制造交给更具规模优势和专业的晶圆制造厂,这成为台积电崛起的重要机会。

英伟达 CEO 黄仁勋甚至半开玩笑说:“如果等我自己建厂生产 GPU 芯片,我现在可能就是一个守着几千万美元的公司,做个安逸的 CEO。”

时不我与,以美国为中心的Fabless和以台湾地区为主体的Foundry加速了生产设计的分离,台湾地区作为专业晶圆代工承接了半导体产业的新一轮国际转移。

而在内部,台积电始终坚持“技术领军者”策略,在芯片制造商坚持高额的资本投入,以保持台积电在制造技术上的领先优势。

即使是互联网泡沫破灭的2001年,互联网公司和计算机公司批量倒闭,台积电利润暴跌,张忠谋还坚持加码,将晶圆厂的研发支出上升到净利润 80%。

台积电的巨额投入,让芯片设计厂商不再需要花费资金自己投资建设生产线,降低了设计环节的门槛,也降低产品研发失败的风险,台积电也成了大多数公司的选择。

随后,台积电又在代工制造的基础上,提出了“虚拟晶圆厂”的概念,让客户能随时掌握晶圆制造进度,从而争取到了整合元件厂商(IDM)的订单,也从单纯的代工演变成了一个结合制造及服务的科技公司。

不一样的“硅谷”,新竹科学院的辐射效应

美国加州北部的圣克拉拉山谷 (Santa Clara Valley),因为仙童、英特尔、惠普、苹果等半导体巨头的汇聚,成为全球向往的对象。而在众多复制版硅谷里,台湾新竹科学园区被称为“亚洲硅谷”,可以说是实至名归。

原因很简单,因为其确实成功复制出了台湾地区半导体的产业群落。

这也让台湾地区半导体从以下游封装业为重心,可以持续向更高附加值的晶圆代工、IC设计业等中上游迈进。

2003年,台湾地区的Foundry代工、封装、测试行业市场占有率达到世界第一,分别为70.8%、36.0%、44.5%,IC设计市场占有率也位列世界第二名。而新竹科学园区,就成为关键的“技术交通枢纽”,也是全球半导体制造业最密集的地方之一。

“竹科”的出现,一开始并没有什么特别,1976年,台湾地区开始以硅谷为范本,规划半导体科学园区。仿照斯坦福、伯克利等名校与产业集群合作的模式,将园区设置在了与清华大学、工研院、交通大学等比邻而居的新竹。

这里汇聚了集成电路、电脑及周边、通讯、光电、精密机械、生物技术等六大产业,成为台湾地区的高科技基地。也是人才的虹吸器,新竹甚至流传着“招牌掉下来就会砸到一个博士”的笑话。

经历过各种“产业园大跃进”的人可能都知道,园区的设立与产业的群聚是两码事,“竹科”的成功有什么砝码吗?抛弃掉一些时势造英雄的随机因素,能从“竹科”身上看到特殊的地方在于,电子所的技术外溢作用显著下降,真正推动“竹科”的崛起,是来自市场的人才激荡。

比如1987 年,杨丁元博士带领一批电子所工程师离开电子所创建了华邦,进入了芯片设计领域;传统产业巨头华隆集团从电子所和联电中吸纳人才,创立了华隆微电子,主攻消费产品 IC;硅谷回流的创业军团,比如宏基电脑与德州仪器公司合资的德基半导体、旺宏电子、威盛电子、民生科技等等,在新竹附近开设了大量的 PC 主机板与外设设备工厂。

1983-1997年间,海外人才以平均42%的增速回到台湾地区,毗邻的众多大学和研究机构,也为新竹园区培养了一大批储备人才。因此,尽管新竹科学园区成立时是以吸引跨国高科技为初衷,后来却发展为台湾地区自己的 IC 厂商集聚群落,而非跨国公司的子公司扎堆。

另外,如果说台湾地区半导体产业有什么隐忧的话,那就是除了台积电,大部分都是中小型企业,面对三星电子、镁光这样的巨头时,往往处于下风。

但“独木不成林、一花难成春”,通过工业园区的聚合效应,让企业可以“螺蛳壳里做道场”,产业上中下游体系几乎全部聚集在相邻的地理区域里,从某个企业单纯的代工模式到产业链全环节分布,形成联合生产群。

这种群落之间的相互竞争、紧密合作、人才流动等等,形成了“竹科”资讯与技术快速交流、市场竞争优势培育的土壤。

就像是一个“虚拟大公司”,随时可以将旗下的各个“部门单位”整合起来,投入各自擅长和专精的领域,用更高效率的方式来完成协作,从而壮大了整体产业的实力,形成弹性高、速度快、定制化、低成本的竞争壁垒。

隐秘的角落:台湾地区政府与半导体产业的亲与疏

乔布斯曾在采访时形容自己的工作——“计算机领域有点像是沉积的岩石,你在一座山里贡献了其中薄薄的一层,使山变得更加高耸。但最终,人们只是站在山顶,只有带着 X 光才能看到里面是什么样子。”

这句话用来形容政府管理者在台湾地区半导体产业中所起到的作用,一样恰当。

今天我们知道,垂直分工与产业群聚,形成了中国台湾与全球半导体产业结构区隔开来的地域特色。

而这两大优势的形成,都或多或少地有着政策推动的影子。

上世纪 70 年代初,台湾地区为发展集成电路投入一千万美元启动基金,两个推动性的组织先后成立:

比如召集海外华人在美国成立的科技顾问委员会,就在当时招致非议,认为其中有利益输送。时任经济部长的孙运璿是个连半导体是什么都不懂的文职官僚,财经官员李国鼎被问及“什么是半导体”时,他回答——不知道。并认为就是因为不懂,才要设立科技顾问委员,最终获得了认可。

再比如技术与产业的“孵化器”工研院。1974年台湾地区效仿美国硅谷产学研模式建立电子工业研究中心,即工研院的前身。由政府组织了一系列新技术的研发,此后,1975-1979从美国RCA公司引进7.0微米CMOS设计制造技术、1983-1987超大集成电路计划的1-1.5微米制造与封测技术、1990 年启动的第三次大型半导体技术发展计划等等,工研院实现技术研发、引进、生产之后,再转让给民间其它企业,直接提升了台湾地区的整体水平。

在资本层面,开设政府开发基金,从1985到1990年共划拨24亿新台币设立种子基金,鼓励类似宏大风险基金等民间投资参与。并且注重对众多中小企业技术能力的培育,而不是过度强调少数大企业技术能力提升。

可以说,官方力量启动,向民间产业进行技术转移,进而由民间力量促进产业链延伸,技术的社会扩散效应成为了台湾地区半导体的有效模式。

台湾地区的经济专家瞿宛文在《台湾战后经济发展的起源》中认为,台湾地区的转型成功很大程度归功于当时的财经官员,并不是简单的技术官僚,而是中国儒家传统下,以“经世济民”的士大夫。

实际上,政策的制定者如何提前提前做出判断,制定出正确的产业政策,这种理想化的条件是极为困难的。台湾地区在经济转型时期出现的主要技术型官员,就起到了关键作用。

终·新变启示录

截至发稿日,台积电、联发科等的芯片不得不在美国禁令下开始对华为断供,消息一出,联发科在台湾证券交易所的股价就下跌了近10%,制造巨头联咏科技和相机镜头制造商大立光电也分别下跌了8%和3%。

大陆企业与台湾地区半导体产业链,早已被链接成了共同体。而在当前的国际局势下,如何突破美国技术封锁,对于两岸产业都是一个具有时代意义的课题。

目前来看,中国台湾半导体的崛起是地区经济发展与下游需求匹配的结果。

从上世纪六十年代,微处理器、存储器的主流产品,到九十年代SOC全产业链的出现,再到新世纪智能手机对多元化芯片的诉求,未来物联网人工智能等机遇也将成为中国台湾集成电路产业发展创新的新商机。

而对于大陆来说,避免与英特尔、AMD、高通等巨头正面PK,不过度纠缠于追求制程技术的极限,发展那些应用多元智慧物联(AIoT)产品,并不需要用到最尖端的制程技术,14nm甚至微奈米等级就可以拓展新应用。比如从浸 润式微影技术的出现,就绕过了达到瓶颈的157纳米光刻技术,借助水做中介,用193纳米波长的光线,实现了65nm IC芯片的生产。

这不仅更符合大陆产业的现状,也是合乎技术生命周期的时机选择。

此外,台湾地区的战略选择,创新性的商业模式起到了关键的作用。

比如抓住产业链纵向延伸的时机,把生产低成本和与美国硅谷人才互动密切的优势结合起来,快速提升自己的技术能力和水平,在“垂直整合”中争得国际分工的位置,并最终实现赶超。

如果中国大陆将在5G、AI、云端服务上的领先优势,借助更“接地气”的互联网生态系军团,充分释放到终端消费应用当中,由此撬动的硬件市场与生态系统,未尝不会重新撬动更大的商业潜力。

彭博商业周刊曾形容台湾地区的半导体产业——在全球半导体产业的地位无可取代,如同中东石油在全球经济的角色。然而就像电力之于石油,智能时代与地缘政治的大变局,也将中国台湾半导体甩到了一个新的赛道。终局如何,拭目以待。

审核编辑 黄昊宇

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