半导体产业结构与案例
半导体产业结构的演进
1947年，贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克利共同发明晶体管以取代真空管，进入数字时代；1958年，杰克·基尔比发明全球第一个集成电路，获得2000年诺贝尔物理学奖。
1965年，戈登·摩尔在《电子学杂志》发表了“让集成电路填满更多的组件”的论文5，预言半导体晶圆上单位面积的晶体管数目每年将增加一倍，其被称为“摩尔定律”。每颗晶粒上的晶体管数目成为衡量其计算能力的重要指标。半导体产业遵循摩尔定律，不断提高制程技术以挑战尺寸微缩的物理限制，产业结构也因此快速变化，更可以作为“果蝇”供其他产业研究借鉴。
20世纪70年代，半导体产业由德州仪器、英特尔、摩托罗拉等IDM公司（垂直整合制造商）主导，这些公司包办了IC（集成电路）设计、制程技术研发、晶圆制造及封装测试等所有生产环节，甚至自行开发设计辅助工具及制造设备。由此可见，半导体产业是一个高度整合和资本密集型的产业。
英特尔从电脑的微处理器起家，随着集成电路中的晶体管数目等比级数增加，运算能力也不断提升，亦在推出的每代微处理器中增加更多功能以整合原本用软件处理的功能。英特尔也开始设计并生产主板等，逐渐成为电脑系统业的强势供应商，消费者纷纷指名要购买搭载英特尔微处理器的产品。
台积电于1987年成立，首创半导体“专业晶圆代工”的创新商业模式，该商业模式定义了公司独特的价值主张和竞争策略，台积电是以“客户是谁”来决定其商业模式的。ASIC（专用集成电路）技术的发展，带动了前端的无晶圆厂IC设计公司，如英伟达、联发科等公司的蓬勃成长，以及后端的封装、测试公司，如日月光半导体等产业上下游企业及第三方厂商的发展。
AMD携手台积电代工，六年股价上涨近30倍
在专业晶圆代工的商业模式出现之前，少数IC设计公司必须通过整合组件制造商协助晶圆制造。但由于大部分整合组件制造商以满足自有产品为先，IC设计公司往往只能在IDM公司有剩余产能时，才能获得晶圆代工服务。AMD创办人杰里·桑德斯曾说过一句名言：“真男人就要拥有晶圆厂。”当时，垂直整合制造商多少是有些瞧不起IC设计公司的，也不相信晶圆代工厂有能力研发如此复杂的制程技术。
然而，AMD后来一直输给英特尔，一度负债超过20亿美元，已然岌岌可危。AMD于2009年从自家公司拆分出晶圆厂格罗方德，成为无晶圆厂半导体公司，2012年，AMD邀请苏姿丰担任其资深副总裁暨全球业务部总经理，负责推动AMD产品和解决方案端到端的业务。
2014年，苏姿丰接任AMD首席执行官，其上任后的关键决策之一就是改找台积电代工。2020年，AMD公司市值首度突破千亿美元，创下历史新高，六年来AMD股价亦上涨近30倍。作为专业晶圆代工厂，台积电具备三种核心竞争力：一是明确宣示其作为全球逻辑积体电路产业中长期且值得信赖的技术及产能提供者的企业愿景和战略定位，二是积极培养实现企业愿景的技术领导者与制造领导者，三是以服务为导向和客户最大整体利益的提供者。6
半导体产业结构由垂直整合向水平分工演进
半导体产业结构开始由以垂直整合制造商为主的垂直整合向模块化的水平分工结构演进，主要分为IC设计、晶圆制造、芯片封装与测试等几个部分和周边支持产业。
上游IC设计主要为IC设计公司，也被称为无晶圆厂半导体公司，主要负责集成电路产品的电路设计与研发。随着半导体制程线宽的持续微缩，单一芯片可以摆进的晶体管越来越多，这促进了超大型集成电路及系统级芯片的发展，使IC设计越来越复杂，仅用ASIC方式已不再能够满足快速变化、产品生命周期短的产业需求。
IC设计向更加专业化分工的方向发展，衍生出了开发知识产权组件模块的硅知识产权供应商，如ARM（安谋公司）[1]、eMemory （力旺电子）等公司；为IC设计行业从业者提供提高设计效率和排除错误工具的EDA（电子设计自动化）软件公司，以及擅长硅知识产权整合与设计流程相关服务的IC设计服务等新兴产业。
硅知识产权的模块化，让IC设计可以直接使用已经定义好、经过制程验证且可以重复使用的硅知识产权，而无须从最基本的电子电路组件开始设计。中游晶圆制造包括晶圆制造厂及支援其的半导体设备制造业、光罩制作、量测、材料及化学品产业。下游封装测试产业包括IC封装厂、IC封测设备、导线架、基板及IC测试、探针卡、印制电路板等周边产业。在早期，都是晶圆制造厂兼做封装与测试的工作，后来基于投资报酬的考虑，才外包给专业的封装与测试厂。半导体产业分工越精细，产业范畴也越广，图1.2为半导体产业结构的演进示意图。
图1.2 半导体产业结构的演进7
台积电成为全球最先进、最大的集成电路技术及制造服务业从业者之路
台积电强化制程技术领先与产能调度弹性、制造良率、交货准确性等卓越制造能力，并通过信息科技加强客户服务、与客户的伙伴关系等，发展成为客户的“虚拟晶圆厂”，让IC设计公司、整合组件制造商、系统厂商等不同客户把台积电视为最信任的制造服务伙伴。半导体制造业为高度资本密集与技术密集的产业，一座12英寸[2]晶圆厂约需要新台币2 000亿元的投资，其中60%左右为五年折旧的尖端设备。晶圆制造的制程主要分为黄光、蚀刻、薄膜、扩散这四个模块，需经几百道到上千道步骤。随着集成电路不断微缩，光罩微影制程的层数越来越多，复杂度也越来越高，生产周期也就越长。8
台积电不断提升管理与技术，善于利用规模优势，弹性、独特的模块化设计，以及先进制程管理和高良率，以动态产能分配的灵活反应能力，及时协助客户进行订单配置与需求规划，满足客户产品快速量产、及时上市与争取获利的需求。原本的IDM公司开始减少建设自有晶圆厂，转变成轻资产晶圆厂甚至无晶圆厂的公司。
台积电因而得以持续享受高获利的成长，并将代工的产品范畴与服务内容不断扩大：一方面，入主上游IC设计公司创意电子，直接接受系统厂商的客户订单；另一方面，随着先进封装测试技术的价值越来越高，台积电也扩大其先进封装制程的研发力度和产能，切入利基领域，发挥垂直整合的优势。
例如，台积电子公司VisEra（采钰科技）主要从事CIS（CMOS图像传感器）等半导体光学组件的后段制程，包括彩色滤光膜制造、晶圆级光学薄膜制造与晶圆级测试服务等。我曾执行产学合作计划，协助其提高自动光学检测设备使用率与大数据分析能力。台积电的另一家子公司Xintec（精材科技）深耕三维堆叠的晶圆级封装技术，也是一家晶圆级封装测试厂。
台积电与其上下游子公司和合作伙伴共同提供虚拟垂直整合的统包服务，成为全球最先进、最大的集成电路技术及制造服务企业，并且与IC设计公司、整合组件制造商及系统厂商共同演化，促进半导体产业生态系统的健全发展和共生共荣。
[1]由于“ARM”具有多种含义，为避免混淆，在表示公司名时使用“安谋公司”。——编者注
[2]1英寸=2.54厘米。——编者注