台積電總裁魏哲家曾提及，原本賣給客戶售價六、七百美元的 AI 晶片，台積電要花二十萬美元買入安裝該晶片的系統使用。晶片廠與系統廠商間的關係正歷經重要轉變，過去的賣方與買方的界線正在融變。未來的晶片產業鏈會如何演進？
近三十年，垂直分工穩居整個半導體產業鏈的主流典範，設計歸設計，製造是製造，封測作封測。傳統上垂直整合的電子產業因而切割分立，影響所及，晶片設計公司站到台前，成為半導體業重要區間，而如台積電等專業製造業者更順勢崛起而登頂。
但近年來，半導體產業鏈的前半段出現裂縫。主流分工模式下的晶片設計業者與身居晶片買方的系統廠商間楚河漢界出現鬆動，破融重組。
傳統上，系統公司買來晶片設計公司開發的晶片，整合成為手機、電腦、工業用設備、汽車等系統產品，銷售給消費者或企業市場。這個半導體產業鏈以至整個電子產業的分工模式，造就了業內行家所稱的無晶圓廠（fabless）晶片公司業務模式，也直接為產業鏈下游製造端的專業晶圓製造業者創造出巨大發展空間。臺灣半導體業因勢利導，掌握了這世紀性的機會躍起。
但半導體產業鏈上游的設計端近來悄悄地漸生變化。原來是晶片使用者的大型資訊電子廠商越來越不願只作單純的買家。一步步，他們開始自建晶片開發團隊，積極開發自有晶片，交由專業晶圓代工業者生產，自行使用。
「系統公司變成晶片公司，晶片公司變成系統公司，」 晶片設計工具領導廠商 Cadence 的執行長 Anirudh Devgan 去年在該公司的用戶會議時提及。Cadence 目前有四成五的客戶是正在針對自己內部需求開發訂製型晶片的廠商。
檢視大型系統廠商與晶片供應商關係時，這個現象尤其明顯。看看蘋果、Google、Meta 臉書、亞馬遜、以至 Tesla，還有中國的阿里巴巴、百度以及手機業者，都在晶片端開始或深度、或試探性的佈局。而如 NVidia、AMD 等晶片廠商近年更是積極投入高性能運算（HPC）領域中的重要應用，建團隊、以自己晶片為核心並融合軟硬體以推出系統平台。
蘋果是其中最耀眼的例子。蘋果自早年購併晶片設計公司 P.A. Semi 後，儘管一直向外界購用處理器晶片，也在內部平行維持自有處理器開發計畫。不僅其後 iPhone 手機等採用自家的 A 系列處理器，在疫情年間也將 Mac 電腦使用的處理器晶片自 Intel 全盤改用自行開發的 ARM 架構 M 系列處理器，迅速成為蘋果整個 Mac 電腦系列的重要賣點。
蘋果之外，Google、亞馬遜、Meta 臉書等網路、社群大型業者，也都為了各自的雲端、伺服器、元宇宙等等應用的需要，自行針對各自的重點技術開發自用的專用處理器與配套晶片，並交由台積電等專業製造業者生產。近來AI人工智慧釀成風潮，更促動這些企業加把勁開發自己的專用晶片。
AI 熱潮不僅席捲資訊電子網路產業，也引發包括汽車等其它各產業的高度投入。以 Tesla 為例，它多年持續自行開發車用處理器等晶片，僅供自用，現在也將與自動駕駛等應用高度相關的 AI 雲端系統列為戰略性的優先項目，開發專用的 Dojo 高性能晶片。
Tesla 就是個鮮活的例子，說明今日汽車產業與晶片產業間的高度依存。根據 UBS 公布的研究報告，一台 Tesla 平價車款 Model 3，總計使用幾近$1700美元的晶片，是傳統內燃機汽車使用晶片成本的四倍。其中所包含電動車必用的電池驅動系統以及可選擇配備的第二級自動駕駛系統有關的晶片成本，分別達到五、六百多美元區間（見圖）。也因此，在疫情期間供應鏈斷鏈，逼得汽車廠無法出貨，或是只能交出暫時將部份功能削減的車款。
整個資訊電子產業的競爭態勢，加上半導體業的技術與經濟等多重挑戰，彼此交互影響，成就了催促系統公司自己動手設計晶片的完美風暴。
由半導體業這一端點看，晶片節點製造技術代代演進的成本越來越昂貴。新廠建設成本都以百億美元為基數起跳，而新節點製造技術的開發與量產化所需時間也越來越長，要跨越的物理限制越來越高。觀察全球標竿台積電由 N7、N5、N3、N2 以及其衍生世代的製程進展就可驗證時程逐漸加長。
如此巨額的投資必然反應在售價。根據 Needham 投資銀行研究團隊所匯集、分析的資料，蘋果在 2014 年以不到四千美元自台積電購入單片晶圓，到 2022 年，單片晶圓已超過一萬五千美金。2014 年，一顆晶粒成本略高於五美元；2021年，採 N5P 製程的晶粒成本超過 25 美元。
如此巨幅的成本端演變，導致半導體經濟學的結構劇變。根據 Needham 的分析，今天要開發一款採用 5 奈米製程的邏輯晶片，需要投下 5.4 億美金的開發成本。開發晶片的門檻如此之高，中小型廠商越發無法負擔。
晚近，電子設計自動化工具業者將雲端、機器學習、AI 納編以加強功能的趨勢，更拉開大型與小型業者間的差距。位居全球 EDA 電子設計自動化工具系統前三大業者的西門子，在七月初 DAC 設計自動化會展期間宣布推出整合 AI 與雲端的晶片設計工具。西門子 EDA 副總裁 Amit Gupta 根據他在設計自動化業內多年經驗指出，晶片開發商使用結合雲端的開發工具，與一般企業為了跨地域、跨組織而上雲端的動機不同。晶片設計越來越複雜，設計、驗證所需用到的運算能力益發龐大，上雲端可匯集更大的運算能力，滿足高端設計所需。對相對容易加入雲端能力的大型系統商，如此演變加大了它們的競爭優勢。
另一方面，由終端市場觀察，系統廠商面對的競爭越發劇烈。不僅平均售價必需下降，消費者與企業要求具備的功能越發複雜；全球市場又必需快速交貨，產品世代演進只能加速，不可減速。不管是手機、伺服器、或是電動車，終端廠商無法一直等待晶片供應商日益放慢的世代交替。
多重面向多股力量交相影響下，也難怪資源豐沛的大型系統廠商會因外在情勢的變化在外購與自建團隊開發晶片間思考如何選擇。因此，在每年需求十億台的手機等需求量大消費電子產品市場，或是如年需求千萬台的雲端資料中心的伺服器、一億輛汽車等附加價值高的應用領域，有能力自行開發、投片的系統廠商都已另闢蹊徑，棄用以過去 Intel 為代表的通用型中央處理器，針對各自具戰略性價值的特定應用，開發特殊應用的專用晶片，為系統業者創造更穩固的競爭優勢。
在高端晶片領域出現的價值鏈破口不可能是短期的偶發現象。這股晶片廠商與系統廠商互跨的潮流必然持續。大視野觀察半導體業，如此演變讓EDA 晶片設計驗證系統工具廠商有更寬廣市場空間，也給台積電等頂尖的晶圓製造廠、以及手握系統廠所需特殊製程的晶片製造商更大的成長空間，而一般的晶片設計公司則不得不因此在產品與市場戰略作出應對。
此時此刻，難道我們正在見證半導體產業的垂直整合風潮再起？言之過早。半導體業價值鏈的專業分工不可能就此打破，但是經此巨變，晶片開發能力顯然已成為是否跨身成為重量級廠商、以及廠商是否能掌握策略性自主能力的重要衡量標準之一。
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責任編輯：錢玉紘
