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​​半導體產業

綜觀產業鏈

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1957年,仙童降世,一手在半導體上刻畫著傳奇,一手闢開矽谷。當運數將盡,他又化身一株蒲公英,將其精神寄託於風中,在谷中開展更多的傳奇,催生出半導體產業。

 

上面這一段說的是仙童半導體(Fairchild Semiconductor)的故事,此公司的八位創辦人和無數員工離開它後,成立許多半導體相關企業,包括當今的處理器雙雄──英特爾AMD。有人說仙童就像「矽谷人才的搖籃」,但本蔥覺得僅僅說它是搖籃實在過於簡略,因為它的真身其實是全自動渦輪引擎迴圈式搖籃,在那渾沌初分的年代,高速甩出一大票生猛的半導體菁英寶寶,半導體產業就在這群菁英的競爭、合作、傳承中逐漸茁長。

 

起先,半導體公司都是垂直整合製造商(IDM),從設計到製造都一手包辦。1980年代末,台積電的崛起讓產業出現新的商業模式──晶圓代工(Foundry)無廠半導體(Fabless)

 

隨著技術演進,建一座晶圓加工廠需要的資金投入越來越大,絕大部分半導體公司不敢冒風險建廠或者根本無法負擔建廠成本,所以必須委託晶圓代工廠生產IC,而這些無廠半導體公司就只負責設計IC。這樣的分工模式可以降低雙方營運風險,對市場需求的反應也更敏捷,於是迅速興起。

 

數十載過去,大浪淘沙,IDM只剩下少數幾間巨頭,無廠半導體公司則像發現一灘全糖檸檬紅茶的螞蟻一樣,爬得到處都是。

下表列出2020年上半年前十大半導體公司
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接下來本蔥要展開一張超詳細半導體產業鏈圖,介紹各公司的定位與合作模式。雖然此圖不包含IDM,但IDM其實就是IC設計、晶圓代工、封裝測試的合體。

若你現在正用電腦瀏覽此網頁,只要點選圖中項目,就會跳轉到下方對應章節,還可以點選螢幕左側的蔥寶,快速回到這張產業鏈圖。因為本蔥懶,所以此網頁在手機上就沒有這些功能。

產業鏈
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​IC設計公司

別稱:​Fabless、無廠半導體公司、Design House、豬屎屋(台語豬屎音近Design)

工作:設計並銷售IC

簡介:

  1. 不用負擔建廠成本,因此進入門檻低。

  2. 委託晶圓代工廠與封裝測試廠做出IC成品,再把IC賣給模組廠或系統廠,直接與IDM競爭。

速說焦點:

  1. AMD在CPU市場上與英特爾大戰數十載,從2006年開始被壓著打十多年。當盟軍台積電的製程突破到七奈米,只見狼煙滾滾,AMD勇猛逆襲英特爾。2020年英特爾的七奈米製程難產,城牆不攻自破。

  2. 博通與高通為通訊晶片龍頭。博通曾想吞併高通,從2017年末紛紛擾擾,攪動天下大勢,結果最後美國為確保5G領先地位,掐住博通的肉嘟嘟臉蛋,不讓他吞高通。

  3. 在AI應用中,GPU效能輾壓CPU。於獨立顯示卡(dGPU)市場上封王的NVIDIA(輝達)已在AI時代上按上自己的璽印

IC設計
EDA

EDA​公司

工作:提供IC設計公司EDA(電子設計自動化軟體)

簡介:

  1. 設計IC不會用小畫家畫,而是要用特殊的軟體,這種軟體統稱叫做EDA(電子設計自動化軟體)。

  2. IC設計公司向EDA公司買軟體使用權限,權限到期就要再買。每當新一代製程推出,EDA公司也會推出支援新製程的新軟體。

  3. 開發EDA要投入大筆研發費用。

  4. 公司規模越大,優勢越大,導致小公司幾乎都被併購或陣亡。

 

速說焦點:

  1. 市場主要由Synopsys、Cadence、Mentor Graphics(明導)三間美國公司壟斷美國為了掐死華為,凶狠到限制美商繼續為華為集團更新EDA,中國自製的EDA目前還嚴重落後,無法支援當代一流晶片的開發。

矽智財公司

工作:提供矽智財(SIP)給IC設計公司

簡介:

  1. 一顆IC裡通常有一大堆不同功能的模組,這些模組可被稱為矽智財,英文縮寫為SIP,業界習慣就叫它們IP。

  2. 矽智財公司會跟IC設計公司簽訂協議,授權IC設計公司使用他們設計出的IP。

  3. 收費方式主要為授權金(IC開發前期收)和權利金(收取IC售價一定比例的費用)。

 

速說焦點:

  1. ARM為矽智財王者,握有CPU兩主流架構之一的ARM架構,總體市佔超過40%,在手機領域上市佔超過99%。

  2. EDA公司Synopsys、Cadence也跑來做矽智財賺外快,順便推廣自家EDA。

矽智財
晶圓製造

晶圓製造廠

 

工作:製造晶圓給晶圓代工廠和IDM

簡介:

  1. 晶圓是製作IC的基底,主流材料是超級純的單晶矽。想要了解更多,可以點擊下方連結(會跳出新分頁)。

  2. 要做出超純單晶矽不容易,大型晶圓代工廠與IDM不會冒風險買小廠商的晶圓,所以市場主要由大廠壟斷。

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半導體製程(一)──晶圓製造

你知道IC的原料是沙子嗎?來看看IC前段製程──從沙子到晶圓(wafer)吧。

 

速說焦點:

  1. 由信越(日本)、勝高(日本)、環球晶(台灣)、世創(德國)、SK Siltron(南韓)五大廠壟斷。

  2. 台積電最大的晶圓供應商為日本的勝高。

  3. 因為日韓貿易戰,三星會更依賴環球晶。

晶圓代工

晶圓代工廠

 

​​別稱:Foundry

工作:接收IC設計公司的委託,依照設計把電子元件、電路做到晶圓上。

簡介:

  1. 在IC製造中,需要最多資金、技術與人力投入的階段是晶圓加工,也就是晶圓代工廠負責的部分。​​新聞媒體常把晶圓加工說成是晶圓製造,造成混淆。若想要更深入了解晶圓加工,可以點擊下方連結(會跳出新分頁)

  2. IDM若做晶圓代工,客戶會擔心自己的設計被抄襲。

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半導體製程(二)──晶圓加工

來看看讓台積電叱吒風雲的功夫,了解幾奈米製程、幾吋晶圓說的是什麼吧。

 

速說焦點:

  1. ​作為世界最大晶圓代工廠,台積電為台灣帶來龐大的半導體相關商機,包括半導體設備產業、半導體原料產業、封裝與測試產業。​

  2. 透過祭煉大批工程師的肝,台積電的製程技術攀上世界第一,良率也領先業界,代工市佔率衝破五成。

  3. 曾經​,同在台灣的聯華電子(簡稱聯電)與台積電在代工沙場上激戰,如今聯電已放棄高端製程研發,把重心放在已成熟的製程上,省下大筆研發費用。

  4. ​起先聯電為IDM,後來為了讓客戶放心,把設計部門拆出來,成立聯發科、聯詠、聯陽、聯傑等IC設計公司,聯電則轉為純晶圓代工。

  5. 三星既是IDM也是晶圓代工廠,跟台積電戰得雙方血花四綻。2009年在三星的強勢挖腳下,台積電叛將梁孟松帶著營業機密,違約違法加入三星,把台積電砸下數千億台幣所建立的技術優勢夷平,隨後三星的奈米製程一度超前台積電。

  6. 格羅方德(GlobalFoundries)是從AMD拆出來的晶圓代工廠。

  7. 中美貿易戰中,台積電往美方靠,也就是說美方掐住了中國高端晶片的供應,可以輕易玩殘像華為這樣的IT巨獸。

半導體設備廠

晶圓加工的設備廠

 

工作:提供生產設備給晶圓代工廠與IDM

簡介:

  1. 晶圓加工所需要的生產設備種類相當多,主要有曝光機、蝕刻機、薄膜設備、離子植入設備、過程檢測設備等。有興趣初步了解可以閱覽半導體製程(二)──晶圓加工

  2. 曝光機大程度影響半導體工藝水平,所以頂尖晶圓代工廠和IDM會爭搶最先進的曝光機。較先進的曝光機用的是EUV(極紫外線)技術,一台EUV曝光機要價破億美金,要是不小心中了幾次樂透,可以買一台放在家裡炫富。

 

速說焦點:

  1. 各種類的設備市場幾乎都被少數廠商壟斷。

  2. 世界最大半導體設備廠為美國的應用材料(英文名為Applied Material,縮寫為AMAT),除去曝光機,所有主要製程的設備他都有做。

  3. 荷蘭的艾司摩爾(英文名為ASML)在曝光機市場上稱霸,在EUV曝光機市場更是幾乎完全壟斷。

化材

晶圓加工的化材供應商

 

工作:提供化學品與材料給晶圓代工廠與IDM

簡介:

  1. 晶圓加工要用到一大堆奇奇怪怪的化學品與材料,包含光罩、光阻、顯影劑、蝕刻液、靶材、特種氣體,一般都會要求極高的純度。有興趣初步了解可以閱覽半導體製程(二)──晶圓加工。​

  2. 主要出產國家為台灣、南韓、日本、美國、中國。

封測

封裝與測試廠 (常簡稱為封測廠)

 

工作:把加工好的晶圓切分成裸晶,並包裝成晶片。在特定階段會進行測試,確保晶片品質。

簡介:

  1. 封裝的三大功能為保護IC幫IC散熱導通IC與PCB

  2. 若想了解基本製程,可以點下方連結。

速說焦點:

  1. 2016年,市佔第一的日月光併吞市佔第三的矽品,但受到反壟斷法令限制,直到2020年才成定局。

  2. ​力成專注在記憶體IC的封裝測試。
     

IC載板廠

 

工作:提供IC載板給封測廠

簡介:

  1. ​IC載板的構造跟PCB差不多,只是更精密小巧。封裝時,IC會被裝在IC載板上。可至半導體製程(三)──封裝與測試​一文瞭解更多。

  2. IC載板廠商眾多,沒有誰明顯壟斷市場。

IC載板

結語

半導體產業體系龐大,就像一個壯闊的星系一樣,許多星體圍在更大的星體旁,在摩爾定律與資本主義的作用下,運轉出千千萬萬科技業的故事。希望看官們讀完此篇後,能在相關新聞中以更廣的角度一起觀賞這個時代的群星。

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