台湾IC产业的生产模式演化分析

摘要：随着垂直产业形态的逐步成熟。IC产业未来将可能选择群聚虚拟垂直整合模式的发展方向。在生产运营模式的多元化背景下，台湾IC产业经历了三个发展阶段，从晶圆代工厂商模式切入，以晶圆代工、芯片设计、虚拟整合等方式嵌入全球IC产业生产网络，呈现出多种的模式演化方式和不同程度的互动协作。

关键词：IC产业　生产模式　台湾

一、IC产业的发展历程

IC产业即半导体产业，也称为集成电路产业或微电子(Microelectronic)产业。IC就是半导体元件产品的统称。自20世纪50、60年代起，IC产品从小规模集成电路(SSI)逐渐发展到现在的特大规模集成电路(ULSI)。整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统(svstem-on-board)到片上系统(system-on-a-chip)的过程。在这历史过程中，世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经历了三次变革。其中第一次变革是以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段；第二次变革体现为Foundry(标准工艺加工线)公司与IC设计公司的崛起；第三次变革则出现“四业分离”的IC产业，即形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立运营的局面。

二、IC产业的生产模式

(一)System House模式(系统厂商模式)

系统厂商模式是指半导体设计公司直接与代工厂商签订生产合同。系统公司(System house)出现的时间最早，但在总体晶圆代工需求中一直只占非常小的比例。它们可能有、也可能没有自己的半导体制造工厂。利用晶圆代工服务来生产其设计的产品。

由于大型晶圆代工厂商开始提供设计服务和其它知识产权(IP)。系统公司需求将在总体晶圆代工需求中占有一定的比例。但实际上，系统公司需求没有增长，且过去几年一直呈下降趋势。造成这种现象有几个因素。其中一个原因是整体产业下滑。特别是在通讯市场。例如思科(cisco)、爱立信(Ericsson)和Sun Miemsystems等公司拥有强大的半导体设计队伍，但当他们基本没有直接与晶圆代工厂商签订代工合同，而是根据每个阶段的实际设计量在市场上灵活选择代工厂商，确定产量。

(二)IDM模式(整合组件制造商模式)

IDM(Integrated Device Manufacturing)模式是指IC制造商(IDM)自行设计。由自己的生产线加工、封装。测试后的成品芯片自行销售的模式。如早期的Intel、Toshiba、韩国三星、英飞凌等公司均采取这些模式。

IDM模式的优点在于IDM厂商可以根据市场特点制定综合发展战略。可以更加精细的对设计、制造、封装每个环节进行质量控制。同时，IDM不需要外包。利润较高。发展IDM模式的劣势在于，投资额较大，风险较高。要有优势产品做保证。另外，技术跨度较大，横跨三大环节，企业不仅要考虑每个环节技术问题，而且要综合协调三大环节考虑。

不过，随着国际半导体产业趋势变化。目前所有IDM大厂已开始修正想法。希望能够在优势产业中实现大规模的领先地位(Big player)。因此，为要真正做到术有专精。国际IDM大厂外包代工趋势日渐成形，也就诞生了晶圆代工厂商模式。

(三)Fabless & Foundry模式(晶圆代工厂商模式)

Fabless ＆ Foundry模式是指IC设计公司(Fabless)与标准工艺加工线(Foundry)相结合的方式。即设计公司将所设计芯片最终的物理版图交给Foundry，也就是委外代工厂加工制造。同样，封装测试也委托专业厂家完成。最后的成品芯片作为IC设计公司的产品而自行销售。

Fabless的原意是指“无生产线”，Fabless Design House即指无生产线的设计公司。专注于芯片(Chip)的设计，位于产业链的最高端。它们拥有利润的最大部分。投入小。风险高，收益大。而Foundry则指Fab(Fabrication)Foundry。为设计公司(Design House)加工，专注于晶圆(Wafer)的生产，称为晶圆代工厂。拥有可观的利润，它们投入大。风险小，受益中等。负责封装测试(Package & Testing)的公司，它们投入中等。风险小，收益较少。

(四)Fabless/Fab-lite模式(无晶圆厂和晶圆厂轻省化模式)

Fabless与Fab-lite(晶圆厂轻省化)模式是在SoC芯片整合方式变革影响下诞生的。SoC是指系统单芯片(svs-tem-on-Chip)。即把系统内原本分立的不同功能芯片，逐渐整合而成为单一芯片；而SoC的趋势，已引发半导体产业结构的第三次变革，促进产业必须进行进一步的专业分工和某种程度上的结构再整合。随之而来。单芯片设计更趋复杂、晶圆厂的成本与技术开发成本亦随之大幅度的增加。专业分工的态势更加确切。越来越多整合元件厂(IDM)将采取Fabless或Fab-Lite策略。

因SoC逐渐兴起的趋势，直接冲击到IC设计流程的整体模式，由原本循序渐进的方式，转变成在设计的前期，即需考量设计及后段的测试、验证与布局。以及软、硬件的发展。代工工厂不再受限于产业链条中的制造以下环节，可以参与到专业芯片的前期设计和后期服务环节，也不再适用于Foundry工厂这个名称。而充当了ODM工厂(原始设计制造商)的角色。

(五)CCVI模式(群聚虚拟垂直整合模式)

随着垂直产业型态的逐步成熟，IC产业下一步将可能选择群聚虚拟垂直整合(Clustered Virtual Vertical Integra-tion，CVVI)模式的发展方向。群聚虚拟垂直整合模式指的是在一个聚落型的整合结构中，让专精于不同领域的公司。彼此以结盟或伙伴关系互补。并进而达到各层知识有效的垂直及水平整合。在IC产业里。为了缩短IC设计周期。各公司必须彼此沟通合作，计划一旦开始就共同制定规格并研发相互配合。封装与测试、晶圆制程、芯片制造与应用程序和次系统设计互为连结，透过厂商间的链接与知识整合，彼此的效益可以发挥到最大。

在CCVI模式诞生之后，Foundry和ODM工厂将逐步摆脱过去受到约束的生产环节，而转型成为各种领域内有所专长的生产单位。Fabless/Fab-lite与ODM之间的界限将渐趋模糊。过去多以垂直形式组成的IC产业生态系。随着CVVI的出现。也会产生大变动。随着产业脚步加快。彼此间的联系与互动也更为频繁，CVVI能够紧密结合上下游业者。让业者们跟上客户的需求和市场的变动。实现绝对竞争优势。

三、台湾IC产业的模式演化

(一)萌芽期(1964―1974年)

1964年台湾交通大学成立半导体实验室，将半导体课程列为教学重点，为IC业未来发展培养人才。1966年美商通用仪器(G1)在高雄设厂，组装晶体管，以后TI、Philips先后赴台，引进IC封装、测试及质量管理等技术。为IC封装业奠定了基础。1970年台湾首家晶体管制造厂――万邦电子公司成立，成为发展过程中的重要里程碑。在萌芽期，台湾部分公司和工厂参与了世界IC产业的Svstem House模式。为系统公司提供代工生产。但这种代工合同是不稳定的非伙伴的关系，并未形成较大的规模。而此后IDM模式大兴其道。台湾早期的产业环境并未孕育IDM模式。但IDM模式的修正和转型。恰恰催生了台湾的IC产业。

(二)成长期(1974―1993年)

19世纪70年代，世界IC制造商(IDM)在市场中充当主要角色。IC设计只作为附属部门而存在。IC产业处在以生产为导向的初级阶段。这时的IC设计和半导体工艺密切相关。IC设计主要以人工为主，CAD系统仅作为数据处理和图形编程之用。

之后，无生产线的IC设计公司(Fabless)与标准工艺加工线(Foundry)相结合的方式逐渐成为集成电路产业发展的新模式。在此期间。台湾成立了“电子工业研究中心(后为工研院电子工业研究ERSO)”。设置了IC示范工厂。从RCA引进7μmCMOS制造工艺。并与美国IMR公司合作，开启了台湾lC自主技术的序幕。台湾的IC产业从而以强大的力度在Fabless＆Foundry模式(晶圆代工厂商模式)中充当了难以替代的角色。在这个模式诞生之后的很长一段时间内，台湾Foundry工厂所承接的业务以晶圆制造为主，同时也包括了封装和测试的下游环节。

(三)繁荣期(1993年至今)

1993年“工研院”亚微米计划成功开发出16M DRAM，并于1994年衍生成立第一家8英寸圆片厂――世界先进积体电路公司，标志着台湾IC产业正式迈入DRAM开发新纪元。南亚、茂德、矽统等公司纷纷成立。世界代工龙头企业台积电和联电开始投入12英寸生产。2000年为迎接世界SoC潮流、成立SoC联盟。使台湾IC产业向着创新导向发展。

目前台湾很多公司正在进行Fabless/Fab-lite模式(无晶圆厂和晶圆厂轻省化模式)中原始设计制造商也就是ODM这一角色的探索和发展。如台积电逐步承接了美国厂商如德州仪器包括芯片设计在内的全面委外代工。在此阶段，代工工厂所承接的业务等级有了很大程度的提升，也收购了来自原IDM企业的部分先进设备。

四、小结

随着IC产业技术日新月异的发展，以往IC制造商所凭借的技术优势因素已经消失。就目前而言。每一家IC企业均大致在同一时间掌握相同的工艺技术，对系统设计诀窍的掌握取代了对工艺技术的掌握，成为各个IC企业之间的差异所在。台湾的IC产业在晶圆代工领域处于世界的领先地位，面对新的变革和挑战。必然要选择新的整合关系和生产模式，上文论及的CCVI模式也就相应成为未来的发展趋势。在全球半导体供应链中。台湾的IC产品与欧美、日韩的同类产品相比具有性价比上的相对优势，再加上与中国大陆地缘、文化和产业链上的相近。成就了其长久的兴盛发达。然而，随着中国大陆市场竞争激烈和逐步显现的用户特殊需求，以往简单的“产品复制策略”正面临危机，需要根据市场特点进行本土化再造。如何通过研发、设计、制造和营销等职能的细化分解，寻求更先进的生产模式，迎合本土市场需求。实现不断更新的系统重整。成为了当今全球IC企业共同关注的重大课题。