台積電打敗聯電的秘密武器

2001年抓住「產業斷層」機會

在台灣的晶圓代工廠模式得到確認前,不少積體電路企業已經面臨痛苦的兩難抉擇:一方面,積體電路企業需要不斷追加高昂的投資,來維持其競爭力;另一方面,日趨高額的投入、日益複雜的技術、日漸激烈的競爭都意謂著巨大的投資壓力。

此情境下,不少原先的垂直一體化晶片製造商企業不得不切割其半導體業務。在業務切割後,這些企業成立子公司或合資公司:摩托羅拉切割業務後成立了飛思卡爾,西門子切割業務後成立了英飛淩,飛利浦切割業務後成立了恩智浦,法國湯姆遜切割業務後與義大利半導體公司合併成立意法半導體(STM)。

一九七二年,張忠謀先後就任德州儀器公司副總裁和資深副總裁,成為最早進入美國大型公司最高管理層的華人。一九八七年,在時任台灣工業研究院長的張忠謀積極推動下,晶圓代工廠模式由此開啟。起初,歐美認為晶圓代工廠模式不可行,然而後來台積電、聯電公司整合全球產能證明了晶圓代工廠模式的可行性:晶圓製造廠只做晶片代工、不出售晶片、嚴格保護客戶隱私,從而消除了知識產權顧慮。在晶圓代工廠模式中,代工商自身不從事設計,接受其他設計公司委託製造,使積體電路設計者得以從高投入中解放出來。與之相對應的是,無晶圓廠的設計公司專門從事積體電路設計、不從事生產且無半導體廠房。

在規模化商業應用累積基礎上,不久後專用積體電路晶片設計公司和積體電路設計知識產權模組開發商陸續出現。晶片設計公司從加工環節中被解放出來後,可以專門從事高複雜度的晶片設計工作,並逐步將標準單元庫、工藝類比參數及模擬概念引入,由此晶片設計進入了以電子設計自動化(Electronics Design Automation,簡稱EDA)為輔助工具並進入抽象化階段,這就促成了無晶圓廠設計公司的出現,由此積體電路設計產業成為獨立的產業。

在垂直分工的模式中,無晶圓廠設計公司、晶圓代工廠和知識產權模組供應商的合作,存在著相互制衡與合作的關係:如果無晶圓廠的晶片設計公司自建生產線,那麼很可能就無法委託晶圓代工廠加以生產;如果晶圓代工廠進入設計領域,那麼無晶圓廠晶片設計公司就會顧及自己的布圖設計會為其所盜用,因而在產業低潮期為設計公司所拋棄;對於知識產權模組供應商來說,其模組需要經過晶圓代工廠的矽工藝生產線驗證以及晶片設計公司的晶片產品設計驗證後才能使用。

台積電已然成為垂直分工模式中晶圓代工廠的傑出代表,然而聯電的規模曾經比台積電還大。聯電成立於一九八○年,是台灣的第一家半導體公司,擁有聯電、聯誠、聯瑞、聯嘉及合泰半導體等,是全球晶圓代工廠的重要力量。如果從技術上看,一九三年至一九七年間聯電的專利數量約為台積電的兩倍、工業研究院的三倍,而其高介電係數/金屬閘極、低電介值、浸潤式微影術與混合訊號/RFCMOS技術等為產業內公認的先進技術。然而,到了二○一六年,台積電與聯電的營收分別為二百九十四.八億美元和四十五.八二億美元,市場占有率分別約為五十九%和九%。

台積電與聯電拉開差距,是從二○○一年前後開始。當時,台積電聘請胡正明出任首席技術長,完成了在鰭型電晶體(FinFET)等方面的技術累積。同時,這一時期又恰逢從八吋向十二吋轉型,台積電抓住機會不遺餘力地投資建設十二吋工廠,在競爭中初步占據了主動。也正是由於十二吋工廠固定投資成本極高,因而原先很多的垂直一體化晶片製造商沒有足夠資金投資,使得台積電抓住了「產業斷層」的機會,逐漸成為晶圓代工產業的龍頭企業。

二○○九年,時值二十八奈米晶片製造技術節點發展的契機,台積電加大投資全力投入,再次贏得競爭主動。面對二十八奈米晶片製造帶來的技術優勢,客戶趨之若鶩,台積電順勢搶占了三星原先獨占的蘋果訂單。二○一○年,蘋果考察台積電後,將iPhone和iPad晶片訂單全部下給台積電,台積電則投資九十億美元建廠,十一個月後即成功量產。後來,台積電在十奈米節點中再次領先,高通、蘋果、華為等世界級企業都是台積電的大客戶。

縱觀台積電從創立到二○一七年的發展歷程,可以發現三次大規模的晶圓廠擴張期:第一次是在一九五年至二○○○年間,以幾乎每年建一個新廠的速度擴建了六個廠房;其後,在二○○四年和二○○五年期間擴建了四個工廠;二○一五年前後,大力擴張十二吋晶圓廠,而台積電採用十六奈米節點的南京工廠也在該時期建設。每次擴張,都為台積電擴大市場份額提供了有利條件。

( 本文摘自謝志峰、陳大明編著《一本書看懂晶片產業:給未來科技人的入門指南早安財經提供 )


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