一顆IC、3兆產值!解析台灣半導體奇蹟
專題故事

全球每2個晶片,就有1個來自台灣。隨著5G、AI時代到來,各種應用都將脫離不了半導體。台灣將憑藉著獨步全球的半導體技術,成為啟動各種新領域的樞紐角色。

1 一顆IC、3兆產值!解析台灣半導體大軍創下的全球奇蹟

Flickr CC by Yuri Samoilov
今年台灣半導體產值年成長高達20.7%,並首度突破新台幣3兆元大關,在暌違3年後,重奪全球第2大半導體產值國地位。

根據世界半導體貿易統計組織(WSTS)預估,雖受到疫情干擾,但仍樂觀預估2020年全球半導體產值約4,260億美元(約新台幣12.78兆元),增幅3.3%;相較之下,台灣因疫情控制得宜產能未受影響,工研院產科國際所(IEK)更上修今年台灣半導體產值年成長高達20.7%,並將首度突破新台幣3兆元大關,在暌違3年後,重奪全球第2大半導體產值國地位。

過去3年,也是台灣半導體產業風起雲湧的關鍵時期:台積電創辦人張忠謀交棒退休,由雙首長接任;聯電和格羅方德先後宣布停止先進製程發展;日月光獲中國政府點頭,合併矽品;中美貿易戰開打,中芯、華為旗下海思遭美方貿易制裁……。

美國「華為禁令」生效後,華為不僅無法與美國企業有所往來,甚至不得利用任何含有美國技術,或以美國設備製造的零組件。
網易科技

值此國際局勢和產業環境多變難料的時期,台灣半導體產值在2020年突破3兆元,意義何在?

回顧台灣半導體業第一個兆元產值里程碑,發生在2004年,花了10年,才在2014年跨越2兆元產值大關。然而,從2兆元推進到3兆元的高峰,只花了6年,可見半導體產業衝刺速度不斷加快。甚至,已有調研機構樂觀預期,台灣半導體產值要衝破5兆元大關,只要再花10年。

晶圓代工模式,奠定產業鏈合作分工基礎

台灣半導體之所以成為全球舉足輕重的產業聚落,主要可以歸因於我們在三大領域做到了世界頂尖: 晶圓代工市占合計超過60%,穩居全球第一封測全球市占率超過30%,同樣位居世界第一IC設計則以21.7%的市占率,緊追美國、位居第二

數位時代/李晴製作

「擁有完整的供應鏈,成就了台灣半導體產業的世界地位。」DIGITIMES Research分析師陳澤嘉指出。

而這條半導體產業鏈如今能如此縝密分工合作,台灣大學電機系講座教授、前科技部長陳良基認為,這必須回溯到張忠謀當年為台灣半導體帶來的一個新觀點:晶圓代工(Foundry)模式

「大家都是從台灣看世界,他(張忠謀)則是把世界的經驗帶回台灣。」陳良基說。

1987年,張忠謀成立台積電,觀察到當時台灣半導體產業生產線上的作業員,有著足夠的勤奮和常識,能接受領班教導,讓產品良率相對出色,因而打造出晶圓代工模式,奠定了日後台灣半導體產業鏈分工合作模式的基礎。

在此之前,晶圓廠都是掌握在IBM及英特爾(Intel)等晶片業者手中,張忠謀則帶領企業不斷聚焦技術研發,創造晶圓代工產業的價值。

然而,回顧台積電的發展,其實一路危機四伏,卻都憑著正確決策,順利挺過3個策略轉折點。

2000年,半導體業為突破瓶頸,正從鋁製程跨入銅製程,技術掌握在IBM手上。不過,台積電並未與IBM合作,而是憑自身力量研發,成功生產0.13微米製程,就此拉開與其他晶圓代工廠距離。

2010年,儘管景氣正陷於金融海嘯谷底,兼任執行長的張忠謀,看好未來行動裝置的發展,依舊下令加碼資本支出,來到59億美元(約新台幣1,770億元),大力投資先進製程

當時台積電正在研發28奈米製程,有個關鍵技術必須在先閘極(Gate-first)與後閘極(Gate-last)之間抉擇,差異在於後閘極製作成本高、功耗低,能滿足接下來智慧型手機的應用需求。當時,三星(Samsung)和格羅方德(GlobalFoundries)都選擇先閘極,台積電則是選擇了後閘極。

事後證明,台積電不僅成功量產,拉開與對手三星的技術差距,也奠基28奈米持續改版優勢。日後更靠著16奈米技術,搶走三星手中的蘋果訂單。28奈米一役,連張忠謀都認為為台積電開啟了新里程。

台積電創辦人張忠謀帶來晶圓代工(Foundry)模式,奠定台灣半導體供應鏈分工發展基礎。
蔡仁譯攝影

「我很看重當時台積電研發出的28奈米製程,那是台灣晶圓代工技術的里程碑。」力晶創辦人黃崇仁激動地說。

第三個拐點發生在2018年,正當英特爾卡關10奈米製程、遭遇良率問題,台積電以FinFET(鰭式場效電晶體)技術,率先量產7奈米,甚至在隔年導入EUV(極紫外光)技術讓N7+製程正式量產,也是全球首個採用EUV技術並量產的企業。

自此,台積電和英特爾地位互換,從追趕者成為領頭羊,甚至英特爾執行長史旺(Bob Swan)曾在今年7月指出,考慮將自家晶片製造委外,也意味過去20年半導體晶圓製造的競爭,將邁入新局。

聚落效應發揮效率優勢,帶動IC設計起飛

在晶圓代工之外,台灣的IC設計和封裝測試產業,也在過去20年產業專業分工下陸續茁壯。2020年合計產值超過1.4兆元,是晶圓代工之外,第二大半導體族群。

根據工研院產科所預測,2020年IC設計的年產值將達到284億美元(約新台幣8,529億元)、年成長23.1%,是美國以外的第二大產值國;而IC封測則是84億美元(約新台幣5,520億元)、年成長約10.2%,穩居世界第一。

「台灣晶圓代工和封測產業完整,對IC設計業最大的好處是溝通效率。」高速傳輸晶片業祥碩總經理林哲偉表示,若下單給格羅方德,光是技術溝通往返,恐怕就比同在台灣的台積電要複雜得多。

2020年第2季統計,全球前10大晶圓廠中,有4家是台灣業者(台積電、聯電、世界先進、力積電);全球前10大封測廠,有6家在台灣(日月光、矽品、力成、京元電、南茂、頎邦);產業鏈完整優勢,也孵化出許多優異的IC設計業者,全球前10大IC設計公司中,台灣也入榜3家(聯發科、聯詠、瑞昱)。

2020第二季全球前10大IC設計公司營收排名
數位時代製表

5G、AI、物聯網,構成強勁「矽需求」

儘管半導體業一片榮景,2020年半導體產值貢獻台灣GDP(國民生產毛額)超過15%,也引來質疑聲浪:台灣經濟是否過分依賴單一產業?

如果還在問我們是否要繼續依賴半導體來發展台灣的經濟,這真是個Stupid(愚蠢)的問題。 」鈺創董事長盧超群直言,「最簡單的觀念就是:半導體應用面向非常廣,機會還很多。」

5G、AI(人工智慧)等技術將改變未來世界樣貌,張忠謀也曾公開表示,物聯網(IoT)是下一個「big thing」,而這些技術背後的引擎都得靠半導體技術去實現,「半導體是原力,是啟動未來應用的技術關鍵。」陳良基說。

研究機構集邦科技(TrendForce)指出,2020年全年智慧型手機生產總數12.43億支,其中5G手機將達到2.35億支、滲透率18.9%。聯電總經理簡山傑曾解釋,當手機從4G更換為5G,矽零件的需求量將提高2.5倍,是整個半導體產業的重大動能來源,而這還不包括5G基地台的布建。

2020年5G手機將達2.35億支,矽零件的需求量也將從4G時代提高2.5倍,是半導體產業的重大動能來源。
三星

再從物聯網應用來看,市場調研機構Strategy Analytics預估,2030年全球聯網裝置將上看500億個,若再導入AI,讓每個物聯網裝置都具備運算能力,晶片需求將爆發性成長。

不過,樂觀期許台灣半導體體產業再創輝煌之際,對於產業內外趨勢和環境,也必須審慎以對。

首先是針對台灣產業的平衡發展。國際半導體產業協會(SEMI)全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸指出,半導體如同台灣的「航空母艦」,已擁有航向世界的能力。接下來的挑戰是,我們是否準備好站在巨人的肩膀上,打造其他艦隊應戰?

對此,陳良基舉例,PC產業雖然現在都移往中國生產,但是系統設備的製造能力依舊是台灣的專業。 進入AI時代,台灣應該將重心轉向終端裝置的應用場景,立基於半導體技術優勢,仰賴IC設計能力,再配合PC產業的製造設計能力,共同發展出新的使用情境。

另一個隱憂是,當半導體遲早面臨摩爾定律(Moore's law)的失效,屆時該如何應對?陳良基則認為,台積電製程發展到1奈米都不是問題,而 目前業界解決摩爾定律的方式,都指向「異質整合」這條路,未來仍充滿機會

至於仍未停歇的全球科技貿易戰,是否會成為台灣半導體發展的絆腳石?

無論是陳良基、曹世綸乃至於產業大老,都一致認為,「矽」絕對是台灣最天然的屏障,只要持續維持技術領先、讓全球沒有台灣不行,台灣就仍能找到生存之道。

讓矽島繼續榮耀,升級關鍵時刻來了

「未來10年,台灣半導體的前景我還是相當看好的。」在兩岸都有投資發展半導體經驗的黃崇仁認為,台灣不只在技術製造和產業鏈生態上具有優勢,製造成本更具全球競爭力,「比中國便宜20%左右。」再加上台灣工程師性格細膩,有耐性突破製程瓶頸,這群默默耕耘的工程師過去功不可沒,未來也會再創佳績。

台灣,僅占全球土地面積0.02%的蕞爾小島,憑著穩扎穩打的技術基礎和完整產業鏈,在全球半導體總產值強占19.7%。面對全球保護主義興起,各國發動科技貿易戰此起彼落,台灣這支半導體艦隊,將持續扮演全球科技不可或缺的存在。

本文出自數位時代319期12月號《解析台灣半導體奇蹟!》封面故事

責任編輯:林美欣

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3 兆元
工研院產科國際所(IEK)上修今年台灣半導體產值年成長高達20.7%,並將首度突破新台幣3兆元大關,在暌違3年後,重奪全球第2大半導體產值國地位。

2 3奈米爭霸戰開打!台積電先進製程+封裝雙引擎,不怕三星彎道超車

台積電
不畏疫情、貿易戰,2020年台積電的表現亮眼,但隨著3奈米南科廠上樑,對手三星也放話「超車」,這家全球晶圓代工市占龍頭,能在先進製程競賽中穩住優勢嗎?

全球晶圓製造龍頭台積電市場表現一再創紀錄,從今年初因疫情影響,股價最低跌至235.5元,直到11月17日一度觸及506元,不只翻倍成長,市值更逼近新台幣13兆元,超車零售巨頭沃爾瑪(Walmart),登上全球第11大市值企業。

同在今年,為維持世界領先,台積電持續投資創新先進技術及卓越製造,資本支出創史上新高,上看約170億美元(約新台幣5,100億元),其中約有8成用於3奈米製程及更先進製程的研發。也因為長期專注創新,其5奈米製程已搶先全球於今年第二季量產,成為蘋果A14仿生晶片、M1處理器的重要產能。

近兩年,向台積電先進製程下單的超微(AMD)、聯發科等,產品效能都有跳躍式進步,前者無疑成為加速科技巨頭成長、搶攻市占的關鍵推手。

同一時間,台積電也宣告最先進的2奈米製程研發中心,將在2021年於新竹設立。

先進製程瀕臨極限,如何走出摩爾定律框架?

然而,有鑑於IC(積體電路)製程的發展,終將面臨物理極限,摩爾定律(Moore's Law)是否失效有待探討;即使台積電創辦人張忠謀曾用「柳暗花明又一村」,形容摩爾定律可能會出現解方,但仍有不少業內人士認為,當晶片電路線寬愈來愈小,1奈米之後的技術該如何走下去?

「不管摩爾定律的路怎麼走,台積電只在意新一代技術創造的優勢,是否能達到預期。」台積電首席科學家黃漢森說明了台積電如何「跳脫」框架。

「技術發展在我看來,更像是一條道路(path)的感覺。」只要透過這條路,滿足終端產品效能表現,都是好的選擇。

舉例來說,消費者購買筆電時,比起中央處理器(CPU)電晶體數是否翻倍,他們更在意新筆電效能是否滿足需求。

台積電首席科學家黃漢森表示,台積電會積極強化技術,以滿足客戶成本與效能需求。
台積電

換句話說,台積電早已展開準備,不再只仰賴先進製程,也投入大量資源在先進封裝技術(今年投入10%、逾500億元的資本支出),期望雙頭並進解決客戶高效能晶片的需求。距竹科20分鐘車程的竹南科學園區,一塊14.3公頃的地正在動工,即為台積電預計2021年中完工的先進封裝廠。

從技術面來看,台積電目前已有整合扇出型封裝(InFO)、CoWoS(基板上晶圓上晶片封裝)等技術,其中InFO更是台積電抓緊大客戶蘋果訂單的法寶之一。

總裁魏哲家在今年台積線上技術論壇,首度端出整合InFO、CoWoS等3D 矽堆疊IC技術平台「3D Fabric」,能串連多個邏輯IC、高寬頻記憶體(HBM)以及小晶片(chiplet),隨著運算需求不同改變組合,縮短開發時間,讓客戶的晶片達到更好的效能表現。

黃漢森強調,「每一條技術的路,對台積電來說同樣重要,我們缺一不可。」以高效能運算(HPC)的應用來說,需要高度效能表現,先進封裝技術才能滿足所需;物聯網(IoT)看重能源效率,同時依據終端裝置的功能與體積大小,將運算晶片與感測晶片以系統級封裝(SiP)技術,一起包進一顆系統單晶片(SoC)裡,相對是更好的解決方案。

掌握各種先進技術的同時,台積電創新的力道絲毫未減。從7奈米製程起,台積電就一路領先三星、英特爾約1~2個製程世代,不只技術領先,良率表現也狠甩對手;高良率意味低生產成本,因此吸引了更多半導體客戶選擇台積電代工。

先前輝達(NVIDIA)的新產品RTX 30系列改採三星8奈米製程,由於良率和性能表現不如預期,市場便傳出輝達將回歸台積電5奈米製程,可見不僅量產快,台積電的良率與效能也相對穩定。

「用突破摩爾定律(Moore’s Law)很像是衝破了些什麼!我倒認為技術的發展比較像是隧道、一條道路(Path)的感覺。」台積電首席科學家黃漢森打趣地說。
台積電

三星嗆聲「彎道超車」,台積能否維持領先優勢?

值得注意的是,3奈米製程的電晶體架構選擇上,台積電和三星出現分歧,是否將從此影響先進製程賽局結果?

台積電將選擇沿用FinFET(鰭式場效電晶體)架構,而三星則轉向GAAFET(閘極全環場效電晶體)架構,期望藉此解決製程微縮所面臨的漏電問題。

有不少業者認為,GAAFET將是先進製程推進至3奈米的最佳解決方案,因為效能提升較高、耗能減少最多,體積也能縮得更小,連英特爾也宣布,將在5奈米製程改採GAAFET。

對於台積電的架構選擇,黃漢森表示,是基於成本競爭力、IC設計及效能表現的整體考量,「FinFET架構確實會因為接下來製程的縮小,碰到發展的瓶頸。」業界解讀是,台積電以較為保守穩健的做法,選擇在掌握度最高的FinFET架構上力求優化。

2020年全球依然受到中美貿易的影響,提供半導體核心技術為主的台積電更是地緣政治家的必爭之地。
台積電

今年11月24日上樑的台積電3奈米南科廠,將於2021年試產、2022年下半量產,估計將比5奈米功耗減少近30%,性能提高逾10%。然而,三星也沒在客氣,宣布預計於2022年量產3奈米,一舉超車台積電,顯然先進製程競賽的下一階段,已揭開序幕。

在晶圓製造的製程上,電晶體架構的選擇,都可能是每一世代的領先優勢,也可能是不慎失足的坎。與此同時,國際政經局勢變化多端,也讓台積電處於重要的地緣政治位置,動見觀瞻。

被問及如何因應中美貿易戰時,台積電董事長劉德音曾言,「抵抗限制並非台積電能做的,我們能做的是找出方法、解決困境,」眼下台積電能做的就是持續精進,客戶需求在哪、服務就要到哪。

台積電
成立時間:1987年
董事長:劉德音
總裁:魏哲家
近期財報:2020年第3季營收3,564.3億元,年增21.6%
關鍵技術:領先業界強效7奈米(N7+)、5奈米製程。SoIC矽堆疊技術;InFO、CoWoS等先進封裝技術;3D IC技術平台「3DFabric」平台

責任編輯:張庭銉

本文出自數位時代319期12月號《解析台灣半導體奇蹟!》封面故事

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3 封測業兩巨變襲來!日月光「異質整合」秘密武器,抓住輕薄裝置大商機

翁挺耀攝影
面對半導體封裝測試產業的雙重劇變,日月光有別過去將同質晶粒封裝一起,走向「異質整合」的路,目標要改善功耗與效能,並大幅縮小晶片體積。

當晶片從晶圓廠產出後,距離成為各種功能元件,還有最後一道程續:封裝測試。封裝,這是為了提供晶片機械支撐、物理保護和散熱功能,並將晶片連上印刷電路板(PCB)或其他電子元件,讓訊號與電流能夠傳遞的步驟。至於測試,則必須在晶片製作過程的各個階段,進行不同程度的檢測,確認晶片的可靠度和良率。

基於台灣晶圓製造優勢,封測廠日月光歷經逾30年耕耘,締造全球市占率21.8%龍頭地位,若合併計算同集團下的矽品,市占率更高達36.2%。

不過,因應客戶需求及技術挑戰,「整個封測業正開始迎來質變跟量變,」日月光半導體資深副總陳光雄如此形容目前的現況。

封測龍頭拿出秘密武器,對上「質變、量變」雙重考驗

「質變」是當前半導體產業共同面臨的摩爾定律(Moore's Law)物理極限,而日月光所處的封測產業也無法置外。陳光雄說,如何跳脫過往技術,滿足現階段客戶對於晶片效能的需求,尤其是電子設備力求輕薄短小,更成了日月光的挑戰。

至於「量變」,在5G、AI時代,人類創造的資料量空前龐雜,研究機構Strategy Analytics便指出,2030年全球物聯網(IoT)設備將高達500億個。影響所及,不僅是設備運算力,物聯網設備的數量也將大幅增加,陳光雄解釋,這將呈現「少樣多量」的特性,更考驗封測解決方案的彈性,及技術上的廣度,「勢必要走向異質整合的路。」

「異質整合」在這的意思是,將兩個、甚至多個不同性質的電子元件(如邏輯晶片、感測器、記憶體等)整合進單一封裝裡;或從晶片的布局下手,利用2.5D或3D等多維度空間設計,將不同電子元件堆疊、整合在一個晶片中,解決空間限制。

過去是同質晶粒(die)封裝一起,未來則可能把微機電系統(MEMS)或被動元件都整合在SiP(系統級封裝)晶片中,改善功耗和效能、大幅縮小體積,而這正是「先進封裝」可著墨的地方。

舉例來說,市售的無線藍牙耳機就有採用日月光SiP封裝技術,加入降噪及力度感測,功能變得更強大,電池續航力卻不減反增。「SiP會是接下來的機會。只要有半導體在,就會有SiP需求。」 陳光雄表示。

「SiP會是接下來的機會。只要有半導體在,就會有SiP需求。」陳光雄表示
翁挺耀攝影

據市調公司Yole Développement研究,SiP市場規模將從2019年的134億美元(約新台幣4,020億元),以每年6%的年複合成長率,到2025年將上看188億美元(約新台幣5,640億元)。

而日月光2019年的SiP業績,已較前一年成長13%,達到25億美元(約新台幣750億元),換算全球SiP市場占比約18.6%。

日月光在SiP先進封裝技術已握有先機,也是面對包括台積電在內的晶圓代工業者,開始將觸角延伸到封測領域的有利防禦。

「他們的主力還是在矽相關的封裝上。」日月光也不會只做矽產品的處理器封裝,可能還必須整合三五族半導體、電源管理、微機電等不同元件。

進一步而言,台積電的封裝技術是建構在先進製程,主力項目多以智慧手機或高效能運算(HPC)應用為主。然而,日月光面向更多市場跟機會,透過封裝技術來協助客戶達到產品所要的效能表現。

一款晶片整合多元功能,成為不同產品心臟

SiP封裝技術能整合多種異質元件晶片、縮小產品體積,因此很適合強調輕薄、續航力的穿戴裝置;當然,要將多種異質元件整合為同一個晶片,肯定會遇上散熱、排列組合、電磁波等挑戰。此外,物聯網時代裝置破碎化現象,要如何設計出一個晶片整合的「公用版型」,滿足龐大消費需求?

陳光雄以手機舉例,市場上的型號可能百百種,但經過拆解,內裡的晶片可能都來自同一家IC設計業者。

拿真無線藍牙耳機來說,日月光能開發一個SiP的公用版型,整合最佳化藍牙耳機效能跟功耗的元件,販售給客戶,讓採用同種音訊晶片的不同業者,除了耳機設計不一樣,也能透過軟體調校,做出差異功能產品;同時,產品上市時間也從過去的半年縮短至2個月,降低製作成本。

日月光半導體資深副總陳光雄表示,先進封裝是日月光大顯身手的舞台。
翁挺耀攝影

展望未來,手機鏡頭可能承擔愈來愈多影像處理功能,車用鏡頭的應用將加入深度感測或溫度偵測,功能更加多元,都將需要SiP技術支援,也是日月光可以把握的商機。

陳光雄表示,在先進封裝帶動下,日月光也積極在各廠區成立實驗室,以因應整合不同元件時,可能需要解決的困難,同時也能預先模擬整合後的良率跟效能,確保公用版型的可行性。

質變和量變,帶來的不只是技術挑戰,更是潛在商機。「所以你看,日月光還是在持續擴廠。」陳光雄說,每年將投入營收4~5%,挹注廠房建設和技術研發,「異質整合下,先進封裝需求將是日月光可以大展身手的舞台。」

日月光
成立時間:1984年
董事長:張虔生
執行長:吳田玉
近期財報:2020年第3季營收1231.95億元,年增4.8%
關鍵技術:布局先進封裝技術,以系統級封裝(SiP)技術為主要解決方案

責任編輯:張庭銉

本文出自數位時代319期12月號《解析台灣半導體奇蹟!》封面故事

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4 全球排名大躍進!聯發科為何能在最動盪的一年,創下史上最好成績?

翁挺耀攝影
研調機構IC Insights指出,聯發科在全球半導體廠排名中,從去年的第16名躍升至第11名,排名大躍進的背後,是聯發科從低價搶市到價值轉型的過程。

在2020上半年,一間IC設計公司要擠進全球五大,營收至少得達到近40億美元。與博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)、輝達(NVIDIA)、超微(AMD)並駕齊驅的唯一一家非美商,是台灣大廠聯發科,也是台灣第一家營收挑戰100億美元大關的世界級IC設計業者。

原因無他,聯發科不僅在國際間有能見度,在台灣更是舉足輕重。全台前10大IC設計業者當中,居首的聯發科營收已經超越第2~10名業者的營收總和。

與此同時,即使疫情使得智慧型手機市場受挫,工研院預估,2020年全球出貨量將跌至12.8億支、年減14%,以智慧型手機占業績大宗的聯發科,反倒在最動盪的一年創下史上最好成績: 第3季營收972.75億元,不僅是單季歷史最高,累計營收也達2,561.8億元,可能「解鎖」全年營收破100億美元(約2,850億元新台幣)大關的成就

數位時代/李晴製作

「疫情會慢慢過去,景氣也會一步步回升,今年半導體產業比想像中發展正面,聯發科表現相當不錯,2021年應該還會維持正面狀況。」聯發科執行長蔡力行日前接受媒體聯訪時說道。

以價格優勢和美國拚市占

回顧20~30年前,台灣IC設計產業尚處萌芽階段,為了從「領先者」美國手中搶市場,使出了俗稱「快老二」的策略,也就是成為各客戶的「第二選擇」。

「反正市場的量在放大過程中,第一名的業者絕對沒辦法服務好所有市場,」聯發科總經理陳冠州指出,「當時的方法很簡單,只要做出東西來,品質比國外差一點沒關係,但是成本要差很多!」

這不但是台灣IC設計產業、也是聯發科過往的進程,憑著主打CP值的價格優勢,在成功拿下中國白牌市場之後,再逐步進攻各手機廠牌的中低階機種,並透過一步步併購各領域的半導體公司,快速擁有新領域技術。自2001年起,聯發科就已經躋身全球十大半導體公司,在2012年後,便長年蟬聯TOP 5。

即便2020年環境大動盪,卻是聯發科史上成績最好的一年,不僅第3季營收創下歷史新高,全年營收也有望突破100億美元大關。
翁挺耀攝影

然而,從低價搶市,要轉向「價值」轉型,陳冠州比喻,這就像在爬坡,只會愈來愈陡、愈來愈難,「從第20名到第10名,跟第10名要到第5名,要付出的努力完全不一樣,不是你吃飽一點,多出一點力氣就跳得上去。」

5G智慧型手機處理器,正是聯發科近期最具指標性的一役。

2019年11月底發表的第一顆5G SoC(系統單晶片)天璣1000,不但超越過往在每一代新通訊技術問世後,總是「慢半拍」的節奏,在5G發展初期,就與對手高通正面對決;更重要的是,天璣1000「旗艦級」的定位,瞄準的正是5G高階手機市場。

「畢竟在4G時代,我們在高階手機的能見度比較低,要掌握5G轉換的機會,重點就是聯發科能不能做出不錯的高階手機?」這也是聯發科董事長蔡明介在公司內部反覆提及,要成為「Technology Leadership(技術領先)」的關鍵一步。

就成果來看,單看天璣1000 這一系列產品,就有天璣1000、天璣1000L、天璣1000+,還有專攻美國市場的天璣1000C多個型號,也成功被LG VELVET 5G、OPPO Reno 3、vivo iQOO Z1等高階機種採用。

聯發科天璣1000系列產品,成功被LG VELVET 5G、OPPO Reno 3、vivo iQOO Z1等高階機種採用。
聯發科

然而,根據DIGITIMES Research分析師翁書婷調查,截至2020年第3季,聯發科在中國企業製造的智慧型手機中,仍以44.9%的市占穩居第一(高通以37%居次),但進一步探究聯發科今年預估將出貨超過4,500萬組的天璣系列處理器中,仍是以主打中低階的天璣800、700等產品為大宗,而這也是聯發科在市占上取勝的關鍵。

「世界上用手機的人實在太多了,不同國家,不同收入的人,對手機的需求都不一樣,如何盡可能滿足每一個族群,和我們怎麼布局5G產品線有關。」陳冠州的言下之意,聯發科從5G低階到旗艦處理器都做,以中低階打市占,以高階旗艦創造品牌價值。

隨著智慧型手機的年出貨量漸趨飽和(至多15億支),聯發科的新戰場何在?

在疫情衝擊下, 聯發科內部預估,連網裝置在2020年潛在市場增加16%,遠距工作、學習市場也成長30%,從Chromebook到路由器,從Wi-Fi 6到智慧電視……都是未來的成長動能

11月16日,聯發科透過旗下的立錡公告,以8,500萬美元(約24.3億元新台幣)從英特爾(Intel)手中買下Enpirion電源管理晶片產品線,進一步擴大電源管理IC版圖,甚至可將應用領域再延伸至資料中心。

聯發科執行長蔡力行認為,今年半導體產業比想像中發展正面,聯發科表現不錯,2021年應該還會維持正面狀況。
唐子晴攝影

過去10年來,聯發科投入研發的金額,累計已超過4,200億元,也成功建立了「行動運算平台」、「智慧家庭」和「成長型產品」三大事業體。

採訪過程中,陳冠州不只一次提到台灣半導體的「群聚優勢」:台積電是晶圓代工世界第一,加上聯電,市占已超過60%;不過在IC設計這一環,聯發科、聯詠、瑞昱雖然名列全球前10大,但台灣合計超過250家的IC設計公司,全球市占卻只有21.7%,仍有相當大的進步空間。

談起IC設計未來的挑戰,陳冠州從三方面來看。第一點,半導體已進入「後摩爾定律時代」,先進製程再往下走,效能的提升已經碰到瓶頸,價格也是一大問題,台積電提出的「3D矽堆疊技術」是值得思考的方向

第二點,向來專注在終端裝置端的聯發科,應認真思考如何搭上「雲端運算」趨勢,協同運作

第三點,在半導體產業中,愈來愈多做服務賺錢的業者也開始做裝置,從系統面優化產品效能,不單單聚焦在製程、IC架構演進,對系統的know-how(專門技術)也更加重要。

聯發科總經理陳冠州是「超級元老」,公司成立時便擔任資深工程師,也曾被蔡力行欽點擔任營運長,執掌數位家庭事業群。
翁挺耀攝影

如今,一年有20億個採用聯發科處理器的終端裝置賣給消費者,面對「一個地球、兩種系統」的挑戰,陳冠州給出5個字:回歸基本面。

「這本來就是一個變動、充滿不確定的世界,只是大家把這個題目放得太大,我們這種公司的『基本面』真的很簡單,在合規的情況下,技術得一直往前走,有了技術,客戶才會出來,才會有好的成品。」陳冠州說。

聯發科
成立時間:1997年
董事長:蔡明介
執行長:蔡力行
近期財報:2020年第3季營收972.75 億元,年增44.7%
關鍵技術:多媒體、通訊及運算領域IC設計

本文出自數位時代319期12月號《解析台灣半導體奇蹟!》封面故事

責任編輯:林美欣

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5 瑞昱搭上WiFi 6、車聯網火熱商機!靠3大營運基石,擺脫IC設計「一代拳王」宿命

瑞昱提供
瑞昱半導體是全球第9大IC設計公司, 它靠著營運三大基石,與聯發科、聯詠成為台灣IC設計產業屹立不搖的前三大。

攤開瑞昱半導體的「產品目錄」,琳琅滿目的晶片,切入的應用少說也有20多種,從乙太網路到Wi-Fi 6、寬頻路由器到網關控制器,還有藍牙耳機、液晶電視,甚至跨足車聯網市場。

2020年第3季,瑞昱營收224.09億元、年增39.68%,創下歷史新高,與聯發科、聯詠成為台灣IC設計產業屹立不搖的前三大。

經常被外界冠以「網通大廠」的瑞昱,以打敗英特爾(Intel)的乙太網路晶片,以及印有瑞昱LOGO的PC連網「螃蟹卡」聞名,網通產品占了公司的6成營收。不過,從產品線來看,瑞昱在經營策略上,不只選擇做利基市場,而是決定把路走寬,將觸角延伸到更廣泛的領域。

瑞昱以超過 30年以上 IC 設計經驗,不斷在高速網路通訊晶片領域上研發,今年推出的RTL8125B系列,可應用在路由器、交換器、用戶終端設備(CPE)、網路儲存裝置(NAS)、乙太網路連結器(USB Dongle)等設備上,提供飆速且穩定的多元介面解決方案。
瑞昱提供

 「 瑞昱不是每一個品類都在做、都去摸,最主要的市場,是要『量大』的領域。 」瑞昱網通事業群資深副總顏光裕說明瑞昱的第一塊策略基石。

以Wi-Fi 6晶片為例,瑞昱雖然晚了國外網通大廠2年、遲至2020下半年才正式出貨,但當時市場已經走出迷霧,開始被廠商採用,經濟規模逐步擴大。因此,「當量夠大了,才能降低成本」,瑞昱的產品便具有價格優勢。

假設同樣是瞄準量大的市場,有別於經營垂直領域和利基市場的公司,瑞昱為了分散風險,會同步抓住多個領域。顏光裕指出,2019年,PC市場慘澹,但真無線藍牙耳機(TWS)銷量異軍突起,由於兩個領域公司都經營許久,後者彌補了前者衰退的缺口,穩住整體營收。

瑞昱的第二塊策略基石,是在 選擇一個新市場之前,先評估是否能與既有產品和技術疊加串連 。早在2014年,瑞昱就想切入下個明星領域車聯網。顏光裕便發揮瑞昱最擅長的網通思維,從旗下最強的產品線之一「乙太網路晶片」著手嘗試。「車子以後內裝設備愈來愈多,需要統一標準串連,乙太網路就是解法。只是用在車子裡,得有不同規格標準,車用乙太網路先進去,成功的機率就高了!」

時至今日,全球經營車用乙太網的廠商,一隻手就數得清,瑞昱正是其中之一,也是台灣唯一。顏光裕透露,瑞昱和主要車廠已經展開合作,未來公司的各個產品線,包括螢幕、音響、語音應用等,都有機會環環相扣,一併加入車用領域。

瑞昱網通事業群資深副總顏光裕認為,科技大廠開始自主研發晶片,將是未來IC設計業者的大挑戰。
瑞昱提供

其實很多晶片用到的IP(智慧財產)都蠻類似的,我們因為有很多功能互補的IP,可以快速排列組合,攻入一個量大的新市場,並開發新產品。 」這也是瑞昱的第三塊基石。

藍牙耳機在3年前正準備起飛,瑞昱之所以能即時為許多3C廠牌提供相關IC設計,憑藉就是布局已久的3個IP:深耕10年的藍牙技術、在PC上已磨練成熟的音頻技術及省電技術。

從市場選擇、技術應用到IP積累,三塊基石築起瑞昱的晶片王國,布局愈來愈廣,2019年出貨22.2億顆晶片,較前一年成長18.1%。

 「 IC設計公司往往擺脫不掉一代拳王的宿命,某個產品熱賣後,不知道能維持多久?聯發科、聯詠和瑞昱這3家是少數在低潮後,還能逆境突圍的IC設計公司。 」統一投顧董事長黎方國表示。

的確,2015年瑞昱也曾卡關,當時PC和多媒體市場過度飽和,難以再成長,公司股價也遲遲未破百元大關,直到2018下半年開始大幅切入藍牙耳機這塊新領域後,才出現轉機。黎方國點出,未來瑞昱,甚至是整個台灣IC設計產業要繼續成長的關鍵,都得回應這兩個問題:是否能找對新市場?能不能快狠準地切入?

大廠紛紛自主研發晶片,成潛在威脅

對此,瑞昱已做好對策。除了持續每年拿出營收的25%投資研發,也成立「智能決策研析中心」,透過AI(人工智慧)分析公司累積超過30年、多達數千家的客戶數據,預測市場和客戶走向。

談起未來幾年台灣半導體產業面臨的挑戰,顏光裕認為,最大的衝擊未必是中國IC設計公司磨刀霍霍地追趕,而是像是蘋果等龍頭業者開始自主研發晶片。

「因為他們想做出『差異化』,跟競爭對手不一樣。」顏光裕提醒自己進一步思考,該怎麼跟大客戶更深層地溝通,更彈性地幫助他們,「這樣一來他們也不用自己開IC了,交給我們就好!」

瑞昱
成立時間:1987年
董事長:葉南宏
總經理:邱順建
近期財報:2020年第3季營收224.09億元,年增39.68%
關鍵技術:有線、無線通訊聯網、音訊、顯示成像等

本文出自數位時代319期12月號《解析台灣半導體奇蹟!》封面故事

責任編輯:林美欣

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6 躍進「千金俱樂部」!祥碩向上做系統晶片,笑納超微火熱訂單

蔡仁譯攝影
擺脫營運事業危機,高速傳輸大廠祥碩改變策略、深耕高速傳輸領域,如今股價站上「千金俱樂部」,取得傳輸控制IC的絕對優勢,更「向上整合」拿下火熱大單。

今年5月,高速傳輸IC廠祥碩股價突破千元大關,躍升台股「千金俱樂部」;前3季稅後純益21.94億元,年增203%,每股盈餘(EPS)更高達33.55元,超越過去2年EPS總和的32 元。

祥碩主要設計裝置端(Device)和主控端(Host)晶片USB、電腦匯流排介面SATA及PCI Express 等數據傳輸晶片,在外接式硬碟傳輸介面晶片居領先地位,USB轉SATA市占約60~70%,USB轉NVMe(非揮發性記憶體儲存裝置)晶片的市占更接近90%,堪稱全球外接硬碟高速傳輸晶片龍頭。

持續推出高速傳輸晶片的同時,祥碩也開始擴張業務版圖,為客戶設計系統晶片組,亦即負責電腦微處理器(如中央處理器CPU等主控端)與周邊裝置(網卡、音效卡外接硬碟等)的關鍵傳輸晶片。

2020年超微(AMD)最新PC系統晶片組當中,除了主機板晶片X570之外,所有支援AMD Zen架構處理器的系統晶片(主機板),都出自祥碩。

跨足系統晶片,不但意味祥碩的晶片設計能力向上提升,也成為祥碩股價破千的力量。但是相較於聯發科員工裡頭數萬IC設計大咖,員工200多人的祥碩,從2009年正式跨入高速傳輸領域,不超過11年時間,為何能有如此好表現?

高速傳輸功能被整合,轉做系統晶片

數位相框控制晶片起家的祥碩,由於市場遲遲沒放大,因而在2009年轉發展如USB 3.0、SATA、PCIe等傳輸控制晶片,從此搭上需求順風車,隔年起連3年創下獲利高成長,於2012年底風光上市。

然而,上市後不久,英特爾(Intel)自處理器跨入晶片組市場,宣布將USB 3.0功能整合進自家系統晶片組,致使專門生產數據傳輸晶片的祥碩,雖還有裝置端晶片生意,卻因為少掉主控端晶片業務,在市占、營收、獲利都飽受衝擊。

面對中國大力扶植半導體業,林哲偉認為高速傳輸是「窄」市場,中國IC設計業還沒有餘力在此累積IP。
蔡仁譯攝影

「營運最困難的時期,股價只剩30元。」祥碩總經理林哲偉回憶。事業遭逢危機,促使祥碩開始思考,既然主控端晶片被客戶整合進系統晶片,何不改變策略,直接爭取幫客戶開發系統晶片?

雖然要從傳輸晶片角色,向上做到系統晶片組,必須有更高的設計與整合能力,晶片設計也更複雜,但林哲偉認為:「只要突破了這個點,未來公司在技術開發、生意往來都會比較保險。

所幸祥碩具備高速傳輸自主IP(智慧財產)及開發能力,在大力投入客製化產品線的開發後,2016年起,正式成為超微最新架構Zen處理器的系統晶片組設計合作夥伴,這也是祥碩正式量產系統晶片的起點。

2020年10月,超微推出以Zen 3架構打造的Ryzen 5000系列桌上型CPU,就有祥碩代工的B550及A250晶片組,可原生支援PCIe 4.0;適逢超微迎來市占擴張年,祥碩的出貨量也水漲船高。

在代工業務方面,同樣隨著超微氣勢大好,祥碩已展開次世代系統晶片設計,未來3~5年內營運展望樂觀。不過,為避免業務過度集中單一客戶的風險,祥碩也開始尋找第二及第三個客戶。

USB傳輸控制晶片可區分為主控端(Host)與裝置端(Device)兩大領域,據悉,祥碩完成USB 4主控端及裝置端控制晶片,年底前已完成送樣,獲得認證後將在明年大量出貨。
蔡仁譯攝影

深耕傳輸領域11年,IP成最強護城河

隨著人工智慧(AI)與高效能運算(HPC)應用成為市場主流,帶動高解析度影像編輯、巨量資料傳輸等需求增加;5G時代,使得客製化晶片、USB的應用隨之擴大;AIoT的邊緣運算節點擴充,更進一步增加了對於高速傳輸的需求……種種趨勢,都為祥碩的核心本業高速傳輸晶片迎來最好的時機。

高速傳輸晶片產品線有一個特色,就是新一代必須向下相容,像是USB 3.2必須能相容USB 3.1。林哲偉解釋,「阿公阿嬤都會用USB線,你不能隨便一根插上(電腦)不能動,那就糟了。」這也說明在傳輸晶片這一行,長期累積的IP就是護城河。

目前為止,祥碩和英特爾是「唯二」取得iOS及Windows認證的USB主控端晶片業者,站在絕對優勢,祥碩也順勢拿下中國浪潮、曙光及華為等伺服器高速傳輸晶片訂單。

展望未來,祥碩將持續推出更新規格的高速傳輸晶片。林哲偉表示,現在USB 3.2傳輸頻寬已經達到20Gps,隨著新一代USB 4.0傳輸速度將達到40Gps,2021年底量產,技術面可以一路規畫下去,應用面也因5G開台,將刺激高傳輸晶片需求增加。

祥碩
成立時間:2004年
董事長:沈振來
總經理:林哲偉
近期財報:2020年第3季營收20.92億元,年增56%
關鍵技術:主要設計裝置端與主機端晶片USB、PCI Express和SATA等數據傳輸晶片,是全球外接硬碟高速傳輸晶片市占龍頭

責任編輯:郭昱彣、張庭銉

本文出自數位時代319期12月號《解析台灣半導體奇蹟!》封面故事

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