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大水沖倒了龍王廟?
隨著網路巨擘往自研晶片發展,與 NVIDIA、超微(AMD)的關係也必然會出現新的變數。而這些新變數很多會出現在台灣,台灣是觀察全球科技產業變遷的制高點之一。首先,Google與亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)這些公司針對物聯網、人工智慧(AIoT)所研發的晶片是不是仍然需要最先進的製程,這會牽涉到台積電、三星電子(Samsung Electronics),甚至聯電這些公司的布局。其次,台灣掌握了ICT產業的供應鏈,從上游的資料中心,到前端(Edge)的晶片需求,無論是製程技術,還是供應鏈的整合,基於供應鏈的效率考量,不找台灣,也沒有太多的其他選擇。過去Amazon、Google這些公司都是從建立網路服務平台,吸納大量的社群用戶起家的。在擁有大量用戶之後,開始建構自己的資料中心,採購伺服器,提供企業等級的雲端服務,藉以創造更大的效益。在整個過程中,網路巨擘在傳統的惠普(HP)、戴爾(Dell)、美超微(Supermicro)等伺服器品牌之外,成為主要的採購商。DIGITIMES Research最新伺服器產銷調查報告顯示,Amazon超越Meta成為台灣伺服器產業的第一大採購商,排名第二的Meta也是網路公司,傳統的戴爾排名第三,第四名又被Google拿走,顯示整個產業生態有很大的改變。再者,惠普、戴爾從軟硬整合、系統服務著手,而不是將資料中心的伺服器商機當成最高順位。至於在COMPUTEX與黃仁勳同台的美超微董事長梁見後,也是台灣嘉義出身的科技創業家。他自然知道台灣供應鏈的優勢,美超微早就將伺服器的工廠直接設在桃園,直接融入台灣供應鏈。對電子產品製造業而言,「大水沖倒龍王廟」是必然,遲早而已。這是個多元交錯的新商機,如果友達要做數位看板,怎麼可能不與佳世達、緯創出現利益衝突。我相信衝突一定會有,但大部分業務仍會持續,如果友達成為三星面板最主要的供應商,佳世達、緯創也絕不會因為友達發展數位看板業務,而老死不相往來。如果有一天我們看到友達、群創握手言和,平常心看待即可;而NVIDIA直接向Amazon、Meta叫陣時,也不用太驚訝。 
網路巨擘 vs. NVIDIA 是敵,還是友?
企業為了維持競爭力,垂直整合不僅僅是口號,而是一直都在發生的事。台積電做先進封裝,日月光怎麼想?1995年時,英特爾(Intel)在波多黎各生產主機板,台灣剛剛進入青少年期的主機板工業惶惶不可終日,我受命研究這個主題,研擬對應方案。最後發現是虛驚一場,原來英特爾怕台灣主機板產業停留在上一個世代的產品上,跟不上不斷更新的微處理器,因此創造了一個假想敵(或是誘餌),讓台商繃緊神經。這樣的策略在微軟(MIcrosoft)的Surface Pro上也有異曲同工之妙,只是誰敢說英特爾主機板計畫一旦成功,會只是個階段性的任務嗎?現在類似的戲碼正在矽谷上演,具有領先優勢的NVIDIA,為了讓自家的AI晶片有更大的空間,必然會抓緊製造合作夥伴布局伺服器生產,長期來看,經營品牌或者針對商用客戶提供更多雲端的服務,也不令人意外。在網路巨擘之中,蘋果(Apple)是市值3兆美元的大腕,排在NVIDIA前面的微軟、Google、亞馬遜(Amazon)等市值都超過1兆美元,而緊追在後的Tesla也沒閒著。每家公司都有自研晶片的計畫,他們與NVIDIA之間不會是永遠的朋友,不僅在晶片上短兵相接的機率提高,在資料中心的營運上也都可能出現新的格局。Google、亞馬遜等對手,必然會找高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、Marvell這些公司助拳,那麼聯發科、瑞昱、群聯這些台廠要扮演什麼角色呢?大家在新聞報導中,看到群聯潘健成促成蘇姿丰領取陽明交大的榮譽博士,而我看到的是超微(AMD)與群聯背後可能的結盟關係。產業有變動都是好事,但得跟上腳步、有觀察能力,不能只看花邊新聞!對上游的晶圓代工廠而言,客戶正出現結構性的改變。過去以CPU、應用處理器(AP)為主要客戶的時代,那是為了電腦、手機競爭的高階運算之需,往尖端製程發展天經地義。一旦進入多元的商機,高階運算依然重要,但也可能出現更多差異化功能或軟硬整合、資安等不同方面的考量。過去世界級的科技領袖到台灣,都是有適當的場合。半世紀來,微軟總裁只來過兩趟,一次是2000年的世界科技大會,另一次是2009年Steve Ballmer到中國時,順道繞行台灣。當時Ballmer很滿意台灣之行,臨行前還落下一句話:「如果以後到亞洲來有三天的話,會留一天給台灣」。這次黃仁勳待了10天,蘇姿丰待了5天,蘇姿丰僅有一天公開行程,那麼其他時間都在做什麼?我們可以很明確的說,台灣現在是「戰略要地」,他們不會只是為了吃家鄉菜而留在台灣的。基本上,這個產業沒有永遠的敵人,也不會有永遠的朋友,但只要是台灣實力夠的話,大家都會在台灣多停留幾天!
印度半導體獎勵政策與發展策略 (二):以營利為導向的策略
半導體的產業發展其實是一個產業持續累積資金的過程,而只有盈利的企業才能夠累積資金、擴大規模,最後足以用於自主研發,追上位於產業前沿的競爭對手。政府補助只能當成產業啟動器(jump starter),卻不能持續用於續命。美國半導體協會(SIA;Semiconductor Industry Association)之前訪問過印度,給印度政府的建議之一是保持市場競爭性。唯有如此,才能培養出能長期在世界市場競逐的公司和產業。一個產業的發展可能以十數年計。如果將容易進入營利的狀況的因素納入發展策略中考量,產業先發展領域的選擇也許會與目前印度電子與半導體協會(India Electronics and Semiconductor Association;IESA)的建議不同。譬如擴大自有產品IC線路設計公司的佔比。印度有豐沛的IC線路設計人力,至去年(2022年)為止,從業人員已達5.5萬人,佔世界IC線路設計從業人口約20%,人力資源充沛。IC線路設計工作也與基礎設施較無關係,而且印度IC設計次產業已運作多年,大部分的障礙顯然已經成功被排除。另外,相對於半導體製造,IC線路設計計所需的投資顯然較小。惟印度龐大的專業隊伍目前從事的業務大部分是IC設計服務,只有較少數的公司提供自己的產品。擴大自有產品IC線路設計公司在整個產業中佔比,乃相對而比較容易成功的一種做法,而且所需的發展時間較短。利用正在逐漸移入印度的電子系統製造業的半導體需求所創造出的市場,可以提供自有產品IC線路設計公司的發展機會,這可以替代前述的政府銷售補助或策略性採購的鋪貼。某種程度也提高半導體自給率。在發展IC線路設計產業的同時,對比在特定地點政府先行集中建設必要的半導體製造基礎設施,並且培養半導體製造及製程、材料研發人才,這些都是比較耗費時間的工程。這樣的發展順序雖然對於半導體製造能力的取得過程看起來比較迂迴,但是商業成功的機會較高,而且稍後的半導體廠也在設立後不必同時面臨基礎設施缺乏、人力資源短缺以及半導體製程量產同時的三重壓力。半導體產業加值鏈長、面向廣,後進者不可能同時間開啟多條戰線。好的發展策略自然是依託自己已經具備的優勢點、面,順勢擴大在整產業中的競爭優勢環節。最後要強調一下,半導體產業的最基礎本質是營利事業,不是軍工業。標定取得某種特定技術卻無法形成良性商業循環、自我支援持續發展到最有競爭力的領先群,如此發展策略容易導致失敗,也不乏前例。制定產業發展策略以及相關的獎勵政策時,須將欲扶植的次產業可能獲利因素,放在更為優先的政策考量順序上。(作者現為DIGITIMES顧問)
印度半導體獎勵政策與發展策略(一):獎勵政策與發展意向
印度內閣在2022年9月21日發布〈Modified Programme for Development of Semiconductor and Display Manufacturing Ecosystem in India〉,用以支援其成為電子系統設計及製造(Electronics System Design and Manufacturing;ESDM)的世界樞紐(global hub)願景。企業投資印度的常有顧慮之一,乃基礎建設不足問題,則由於2020年4月1日公布的〈Modified Electronics Manufacturing Clusters Scheme〉(EMC 2.0)及其中的Common Facilities Center(CFC)來支持。先說基礎建設不足的問題,單只是政策及補助是不容易見成效的,因為基礎設施有很多部分不單只是投資可以解決的。譬如半導體所需要的高壓線及水源,廢水、廢棄物處理,乃至於環保法規,都需要公權力的行使。這個部分由政府主動地作為先行啟動計畫、集中於一處提供較完整的產業基礎設施、形成聚落等,是比較有效率的作法,可以省卻投資者決策過程中的疑慮,並且加速投資決策後漫長的準備、申請程序。此類作法早有成功的先例,譬如台灣的科學園區,或者是中國的一些高科新區,都是政府先完成基礎設施再招商,讓企業的考慮單純多了。至於發展半導體產業的部分,這個獎勵條例可能有點誤導之嫌。半導體與顯示器雖然享有部分類似製程,卻是兩個截然不同的產業,產業的業務模式競爭樣態差別甚大。不然也很難解釋為何中國在發展半導體和顯示器兩種產業,呈現截然不同的結果。將兩種產業的獎勵政策以分別的條例來規範是比較安全的做法。印度有興趣的半導體製造領域包括幾類:第一類是邏輯,雖說是所有技術節點政策都支援,現在看來40奈米僅是可以接受,目標應該放在28奈米;第二類包括化合物半導體、矽光子、感測器(包括MEMS)和離散元件(以下統稱特殊產品類);第三類是封測。對線路設計另有獎勵辦法,包括對獎勵設計產業基礎設施(infrastructure)的〈Design Linked Incentive Scheme〉條例,補助設計相關支出的50%;以及支持設計實施(deployment)的〈Deployment Linked Incentive〉,補助淨銷售金額的4~6%。印度電子與半導體協會(India Electronics and Semiconductor Association;IESA)對政府的建議是依次發展封測廠、特殊產品廠,最後才及於先進製程廠,由易至難,看起來井然有序。先進製程方面,IESA建議聚在28奈米上,這是摩爾定律發展過程中每一個電晶體製造成本最低的製程。先發展封測的原因是投入較少、僱用較多人數,次而特殊產品的原因是因為這些工藝過去的發展期較短,比較有機會迎頭趕上。但是,如此簡化的觀點顯然忽略規劃產業發展應考慮入的細節。誠然,特殊產品的工藝有很多是8吋廠的製程,在傳統半導體的製造工藝上看來並不太困難。但是這此特殊產品的晚出現,也有它的道理。譬如化合物半導體的SiC,出現在軍用電子產品已有多年,但是SiC晶圓生產困難,良率較低,以至於現在用SiC做的功率元件,其晶圓成本還佔元件製造成本的一個相當百分比。類似這樣的例子不勝枚舉。也就是說,單只是從半導體製程的先進與否來探討產業發展策略,並非是一個全面的衡量標準。製程簡單而晚出現的產品自然是有其他的障礙妨礙它的問世,所以要進入這些領域要有其他投入的準備,譬如半導體材料的研究與開發。即使被視為第一步的封測,也要有類似的心理準備。
假如室溫超導體是真的?
Nature News在2023年8月16發表的新聞以〈LK-99 isn’t a superconductor — how science sleuths solved the mystery〉為題,引用許多驗證實驗的文獻,對於前一陣子在國際學術界、產業界引起的室溫超導體騷動,算是暫時劃下休止符。超導體在其臨界溫度(critical temperature)下要同時具有2個物理特性:1. 零電阻,所以電子在流經超導體時不會發熱。2. Meissner effect,當有外加磁場時,磁場無法延伸入超導體內。我們經常看到的科普片中一個超導體懸浮於磁鐵之上,即為此一效應的視覺展示。超導體現象的發生以前,是需要極嚴苛的周遭條件,譬如極低溫或極高壓。也有理論來描述這現象:BCS理論(Bardeen-Cooper-Schrieffer theory)來描述,這是1972年物理諾爾獎得獎作品。需要極端低溫的環境下,才發生超導現象嚴重的限制超導體的應用—因此從1911年發現超導體現象迄今,物理學家致力於發現臨界溫度較高的超導體的材料。這百年最標幟性的突破是Georg Bednorz與K. Alex Muller於1986年發現的陶磁超導材料(1987年諾貝爾獎得獎作品)及隨後朱經武的釔鋇銅金屬氧化物(Yttrium Barium Copper Oxide)。之後雖然有新材料持續提升臨界溫度,但是關於其物理機制存有分岐,沒有令人一致信服的理論。這其實很大程度的減緩臨界溫度的提升—沒有理論基礎的實驗嘗試,有時看來像是煉金術。Nature News的文章用那些檢驗實驗的結果,簡單解釋為何LK-99非超導體:南韓團隊所看到的部分懸浮(partial lifting)現像是鐵磁(ferromagnetism)機制;材料本身其實是絕緣體。看到的電阻在特定溫度下驟降,乃因樣品中摻有硫化銅的雜質,在那特定溫度時硫化銅產生相變,造成電阻驟降。沒有雜質的樣品,是看不到電阻驟降的現象,這就暫時結論學界目前的擾動:LK-99不是室溫超導體。但是如果真有室溫超導體,最該立即投入研發的應該是半導體產業。半導體發展迄今,各方向發展的瓶頸幾乎都集中於散熱問題。半導體發熱的來源,簡單歸結有2個。首先,是電晶體於0與1狀態切換所需的能量,每次運作大概花1 fJ(femto Joule,10的負15次方)。看起來數量級很小,但是考慮到現在1片晶片上電晶體的閘極數(gate count),動輒以tera(10的12次方)為單位;而電晶體的運作速度可以達到ns(10的負9次方)等級,也就是每秒最高可以有10兆次運作,發熱量便相當可觀。但是,更大的發熱源是焦耳熱(Joule heat),也就是當電子通過金屬時因為電子碰撞晶格產生的熱耗散。這個熱耗散存在於晶片與晶片之間的金屬連線,譬如資料在CPU、DRAM、NAND Flash之間的穿梭來回—這其實是一個電子系統中最大的熱耗散來源,也存在於單一晶片之中。現代的IC晶片中有許多的信號線和電源線。現在的新工藝之一:晶背電源分配網路(BS-PDN;Back-Side Power Distribution Network),將供應電晶體運作電源的線路從原先的金屬線上層,移到晶圓背面,使之比較接近坐落於晶圓底面的電晶體。單只是這樣的縮短電源線的長度,就能大幅降低晶片的功耗和熱耗散。假如室溫超導體存在,最該立即投入研發的應該是半導體產業。單只是以室溫超導體材料替代目前單一晶片中的金屬連線,以及在先進封裝中用以連絡晶片之間的連線,如此造成的導體價值增進就遠超過目前所知超導體的其他的應用價值。當半導體產業製程微縮的路走得日益艱難,先進封裝以及新材料必須分擔半導體創造新價值成長的責任,而室溫超導體顯然是新材料領域中,可一舉解決目前半導體各方案中最大的共同瓶頸—熱耗散問題。雖然此次的挫敗顯示室溫超導體的路途還長,但是室溫超導體的利益巨大,作為已走到世界最前沿的幾個半導體龍頭企業,前瞻研究中室溫超導體可以開始考慮涵蓋此一議題了。 
中國落居美國第三大進口國的背後成因
2023年7月時,國內外媒體引用美國商務部貿易統計數據,大幅報導合計2023年1至5月貿易數據,墨西哥已超越中國大陸成為美國第一大進口國。8月8日美國公布上半年最新數據,自中國進口額為2,030億美元,較2022年同期大幅下滑25%,不及自墨西哥與加拿大進口的2,360億美元與2,110億美元,退居美第三大進口國。這其中數字的背後該如何解讀?與台灣又有關聯呢?中國下滑或是加墨崛起?若觀察美國進口數據,近年自中國進口的高峰出現在2018年10月的545億美元,其後便因美國發動貿易戰,陸續幾波對多項中國進口產品課以高關稅後下滑,但因2020年第1季疫情爆發後的疫情紅利,及中國2022年封控的遞延需求,而分別在2022年1月與2022年8月回升至相近的進口金額,分別為532.1億美元及540.6億美元,其後便快速跌落至400億美元以下,而自2023年2月為墨西哥及加拿大超越後,進口金額便持續落居兩國之後。中國從2022年3月27日上海分區分批封控,到2022年12月7日突然全國解封,約長達8個月期間。根據BBC統計,從3月到10月,中國有超過150個地級市遭封控,其中有114個城市是在8月到10月進行的。若看中國整體出口數據,除了3、4月受到影響外,從7月的3,295億美元逐步下滑至11月的2,929億美元,12月略為回升,2023年1月再降至2,872億美元,但美國自中國進口金額則是從10月就開始「跳水」。我認為除了美國2022年第4季經濟活動走緩外,也反應美國分散供應源的走勢,尤其是在2022年10月美國對中國祭出嚴厲出口管制措施的嚇阻效應發酵。反觀墨西哥與加拿大,2018年不只是美中貿易戰開打年份,美國總統川普(Donald Trump)、加拿大總理Justin Trudeau及墨西哥總統Enrique Peña Nieto於該年11月簽署美墨加協議(USMCA),取代早先的北美自由貿易協議(NAFTA),並於2020年7月1日生效。雖說這協議是川普施壓鄰國的產物,對美國最為有利,但也納入汽車製造的新規定。若要在北美區域進口小客車與輕型卡車豁免關稅,區域內自製零組件含量從NAFTA時代的62.5%,自2020年7月1日起算,分四年逐步提高為75%,重型卡車則分3階段調整至70%。USMCA架構下 再度凸顯加墨重要性千禧年前加墨均為美國第一大第二大進口國,中國則分別於2003年及2007年超越兩國,自此躍居美國第一大進口國,以2022年來說,中國仍佔美國商品進口金額的17.1%,明顯領先墨西哥的13.6%及加拿大的13.3%,但自USMCA生效後,從月度美國進口數據中,明顯可見墨西哥及加拿大對美出口持續成長的趨勢。2023年上半中國落居美國第三大進口國一事,歸納起來,主因是美國自中國進口大幅減少,其次才是墨西哥及加拿大對美出口增溫的結果,但在逆全球化的大趨勢下,可預期長期來看,美加墨區域內貿易將持續勝於美中貿易,對台灣企業主而言,若企業全球布局藍圖中,美國市場乃重中之重的話,那麼也該有配套墨西哥及加拿大布局才是,不是嗎? 
產品標準規格對現代半導體產業景觀的形塑 (四):統一標準建立的挑戰
車用半導體零件標準制訂,存在一定的挑戰。第一個自然是供應鏈區域化的趨勢。車聯網是未來汽車發展的基礎框架,目前中國已在多地建立車聯網的先導區。中國系統以外的市場是否會採用相同或類似的標準呢?存疑。這可能分裂未來的產業統一標準,乃至於市場。第二個挑戰是雖然電動車銷售量已超過1,000萬輛,但是產品的概念仍存在高度流動性。也就是說,電動車/自駕車的產品概念仍在快速演化之中,這也不是全然的向壁虛構。電動車/自駕車目前的演化方式像過去的手機,最大程度的將既存的可攜電子系統全部吸納進系統中,多少也會依存於既定電子系統的標準。譬如網路的技術無論如何,也是要基於現行5G技術標準,只是特化於汽車的應用,這樣車聯網的技術就有粗略的一個技術標準框架了。但是電動車/自駕車更精細的功能猶存有相當的空間,車用半導體零件標準制訂必須對這些創價空間留存彈性。挑戰還來自半導體本身技術的快速進展。半導體技術不再只依循製程微縮的單一增值路徑,增值的方法另外還有使用新材料、先進封裝等方法。以已經使用先進封裝多年的CIS (CMOS Image Sensor)為例,這是在汽車中已經開始提高用量的感測器。目前的CIS至少包含畫素陣列(pixel array)及影像訊號處理器(ISP)2個晶片,以先進封裝的方式相結合。由於先進封裝技術的進展,堆疊3個、4個晶片—譬如再加上DRAM以及做邊緣計算(edge computing)的邏輯晶片—乃至於更多的晶片,都可能在可見的未來發生。封裝後的產品,不只是效能參數改進的問題,更是功能變化、擴充的問題。雖然過去其他產品標準的訂定也會配合半導體製程的演進而漸進式修改,譬如SDRAM、DDR、DDR2、DDR3 等的演化,但是總體的架構變化是漸近式的,而且每次標準的使用也穩定好一陣子,系統和半導體零件業者都可以使用新標準獲得相當回報。然而,車用半導體的變化有可能比較快速而激烈,這對於半導體零件標準制定形成挑戰。做為系統廠商的汽車廠商要垂直整合半導體到哪一個價值環節比較有經濟效益?如果不考慮地緣政治的因素,我認為到ADAS 或L3、L4自駕晶片的設計也許是個好的界線,這是總結手機公司發展經驗可以得到的結論。整合到此部分,系統公司已足以掌握系統核心價值的創造,譬如Tesla的半導體垂直整合目前便止於L4的晶片設計。如果汽車公司再深入半導體製造部分,就容易面臨要同時具備多種核心能力-包括汽車設計、製造與半導體製造-的挑戰。而半導體的環節也必然會面對規模經濟不足的窘境,畢竟競爭對手是不會採用對手設計、製造的半導體零件的。以此來考慮車用半導體零件統一規格標準,在汽車的ADAS/自駕晶片定義介面標準會是一個比較合適的起點。從此以下的半導體零件,制定較為有彈性的架構及可靠性規格。講架構是因為半導體技術部分還存有流動性,架構性的標準比較容易去接納新的技術以及相應的新增產品功能;可靠性更多的是針對汽車安全的相關規格。衆所周知,汽車對於安全性的要求近乎完美,而可靠性只是對於安全性的基礎要求之一。當硬體的標準訂定之後,車廠比較能減少責任的風險,它也會讓法律的修訂、保險產品的設計因有硬體的依據加快進行,而這些非技術的因素是自駕車正式問世的最大難題。
產品標準規格對現代半導體產業景觀的形塑 (三):車用半導體零件的統一標準建立
電動車及自駕車是未來最大的半導體應用領域。汽車產業每年市場超過2兆美元,超過手機、PC、伺服器等市場的總和。2022年電動車的銷量已經超過1,000萬輛,佔整體汽車市場的比例高達13%。電動車/自駕車預計在2030年的製造成本中,有50%會來自於半導體;2040年後由於自駕車趨於成熟,可能更會高達70%。電動車/自駕車與半導體的相互依存程度不言而喻。電動車/自駕車用半導體零件目前並沒有齊一的規格。以半導體其他應用—如前述的DRAM經驗來看,半導體零件的規格制定會大幅降低半導體零件成本,進而降低電動車/自駕車售價、擴大市場,對汽車和半導體產業是個雙贏的策略。但是有部分汽車業者似乎又想走回過去電子系統業者的老路:垂直整合、深入半導體製造環節。具體的例子有比亞迪、博世(Bosch)等。特別是在COVID-19(新冠肺炎)期間,汽車廠商經歷零組件斷供困境,對於整個汽車產業的供應鍊有直接掌握的強烈渴望。汽車廠垂直整合進半導體的考量可能來自於強化核心競爭力。如果一部車子的製作成本有50%,甚至70%來自於半導體,則可能汽車價值的創造也大部分來自於半導體。核心價值相關的硬體全部外購,無疑是把自己降格成組裝廠,無法在激烈的競爭中立足。汽車產業與半導體產業的垂直整合,表面上還有其他的好處。車用半導體零件由於沒有統一標準,很多是客製化的,汽車業者與IC設計公司的溝通是另一種成本,垂直整合可以大幅削減客製化的交易成本。另外,車用半導體零件的驗證期通常很長。半導體設計、製造內化在汽車公司內後,驗證的周期可望大幅縮短。但是訂定車用半導體統一標準、促使垂直分工成為可能進而獲得好處,我認為會比垂直整合的好處還是要大。除了前述的擴大規模經濟、降低成本、加速研發進展等好處外,還有對汽車產業特有的好處。譬如統一的規格可以加速立法推動,也可以建立世界公認的驗證平台,加速零件上市的速度等好處。國際半導體產業協會(SEMI)已開始推動車用半導體的統一標準。 
產品標準規格對現代半導體產業景觀的形塑 (二):DRAM標準規格改變的產業型態
當DRAM標準規格問世後,馬上改變產品的市場競合規則。DRAM有JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)制定的規格,各公司的產品在電壓、頻率、訊號序列、I/O管腳等定義是完全相同的;也就是說,把模組條上的一顆DRAM置換成另外一家公司相同規格的DRAM,理論上是可行的。所以產品的競爭領域就只侷限在產品推出的時間、成本(製程和良率)和可靠性上。先推出的新標準規格產品雖然市場較小,但享有較高的溢價;用較先進的製程來生產相同規格產品的成本顯然較低。這兩個因素是產品規格標準化後產生的內建機制,迫使各廠商奮力研發新製程。市場面上產品規格的統一標準化,意味著產品的大宗商品化(commoditization)。大宗商品市場的特性是供應商與顧客的交易程序簡單、但是黏著度不高。由於同質商品流動性高,而且與計算相關的系統應用對DRAM的使用量很有彈性—當DRAM佔成本比例時就少買些,所以市場對供需平衡的敏感度極高。大宗商品的價格起伏幅度極大,這也解釋為何記憶體市場經常性的面臨一歲一枯榮的景況。由於大宗商品的產品價格是主要的競爭因素之一,較低的價格讓應用方的系統成本也隨之降低,銷售量變大,反過來回饋到DRAM市場變大。此乃大宗商品特性所帶來的良性循環。在產業的價值鏈中儘可能的增加企業加值節點,以增加企業的競爭優勢的策略,稱為垂直整合。過去很多電子、通訊廠商採用這個策略因而進軍半導體產業,早期的有如AT&T、IBM等,授權技轉給台灣的RCA也是一家系統公司。包括日本全盛時期的NEC、東芝(Toshiba)、日立(Hitachi)、富士通(Fujitsu)等,以及南韓三星電子(Samsung Electronics)、樂金(LG)、現代(Hyundai)原先都是系統公司,也都是依這思路進入半導體領域。DRAM有規格標準之後,相關的上下游零件—譬如CPU與DRAM,乃至於與系統之間就不需要有密切的合作,雙方一切照標準規格操課就行了。此導致一個重要的產業結構的變化:上下游垂直整合失去策略優勢。所以在DRAM環節的廠商可以專心致力於單一產品的量產,追求規模經濟。由較大營業額產生的較大利潤可以支援獨立的製程研發,進一步拉開與競爭對手的技術差距,整個產業慢慢往寡佔的方向演變。甚至只是「類標準」都有可能啟動相近的產業正向循環。記得PC是如何快速崛起的嗎?IBM首代PC問世後,第二代、第三代的PC XT、AT業界就有IBM compatible的類標準產生。這一方面是由於IBM在產業前期的主導地位,也因為在硬體方面英特爾(Intel)近乎壟斷的供應與微軟(Microsoft )Windows OS在軟體方面的強勢崛起。框架邊界的明確定義,促使與之協作各式零組件規格的迅速明確化,協力廠商可以立即專於注於單一產品的優化而建立規模經濟,整機的價格可以持續降低,再次擴大系統以及零組件的市場規模,這也是台灣半導體及電子與通訊系統製造業早期發展的契機。抽象地來說,規格化提供產業鏈各價值環節的連接標準規格,弱化垂直整合優勢,這使得單獨的產業鏈價值環節有生存的可能。當個別產業鏈價值環節專精於單一產品的生產,規模經濟得以建立。對於半導體產業而言,與系統製造業可以垂直分工是重要的一步。可以垂直分工意味著可以分取較多的利潤,進而投入尖端製程的研發,這對於半導體產業的發展、茁壯至關重要。由產業的發展歷史中也可以看到,原先由系統業者藉垂直整合伸向半導體業者幾乎全多褪去,僅存的也在努力剝離系統業務與半導體業務之間的關係。這是已發生過的產業歷史。
產品標準規格對現代半導體產業景觀的形塑 (一):DRAM標準規格的形成
在今年(2023年)記憶體價格大幅跌落之前,半導體產業中的產品個別市場排名分別是DRAM(13%)、NAND Flash(11%)以及CPU(9%)。如果將記憶體歸成一大類的話,其總銷售額還是遙遙領先其他類別,無與倫比。之所以會有這樣的排序,主要是因為計算機理論的von Neumann架構中,記憶體與處理器是唯二被提及的硬體,所以處理器與記憶體在各類計算相關的系統產品中—包括手機,都是用策略採購管理的最重要零件。記憶體中的DRAM有由JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)機構所制定的全球標準規格,譬如現在常見的DDR4、LP DDR4、DDR5等。JEDEC也制定NAND標準規格如ONFI(Open NAND Flash Interface)4.0、5.0等,雖然這個標準沒有如DRAM規格般的有較強的拘束性,但是各廠家的NAND產品在加上微處理器後形成的永久記憶模組也大致通用。記憶體有全球統一規格標準,此對現代半導體產業景觀的塑造有決定性的影響。最早的DRAM規格標準是JEDEC於1987年訂定的FPM(Fast Page Mode),這個年份距離電晶體的發明已經歷過40年,摩爾定律的恆常推進已經有些吃力。但是DRAM那時最大的應用市場是PC,新興大市場才出現不久,有蓬勃發展的生機。此時的主要半導體公司除了老牌的美國半導體公司如英特爾(Intel)、德儀(TI)、超微(AMD)、摩托羅拉(Motorola)、National之外,另外日、韓系統廠商如富士通(Fujitsu)、日立(Hitachi)、NEC、東芝(Toshiba)、三星電子(Samsung Electronics)等也紛紛成立半導體公司,這些就是後來在90年代DRAM市場競爭大放異彩的公司。DRAM有一段時間是整個半體導產業的技術驅動者(technology driver),主要的原因有二:一個是產品特性的因素,另一個是市場因素。DRAM中有超過一半的面積是記憶體陣列,其單元形狀相同,結構呈高度重複性。製程微縮對於晶片面積的減少、乃至於成本的降低效果是直接而且顯而易見的。因此,製程微縮成為此產品領域的主要競爭因素。市場因素方面,DRAM在80年代末期約略佔整體半導體市場30~40%的比例。也就是說,半導體市場盈餘主要落在DRAM領域,因此製程研發所需要的經費由DRAM來領軍是理所當然。台灣經歷過的產業發展,也見證此一過程。現在成為晶圓製造的常見設施與設備,如12吋晶圓廠、DUV、CMP等,在台灣都是先由DRAM廠商領先使用的,這種趨勢一直至2000年初後才開始反轉。