产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (一):DRAM标准规格的形成
在今年(2023年)存儲器价格大幅跌落之前,半导体产业中的产品个别市场排名分别是DRAM(13%)、NAND Flash(11%)以及CPU(9%)。如果将存儲器归成一大类的话,其总销售额还是遥遥领先其他类别,无与伦比。之所以会有这样的排序,主要是因为计算机理论的von Neumann架构中,存儲器与处理器是唯二被提及的硬件,所以处理器与存儲器在各类计算相关的系统产品中—包括手机,都是用策略采购管理的最重要零件。存儲器中的DRAM有由JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)机构所制定的全球标准规格,譬如现在常见的DDR4、LP DDR4、DDR5等。JEDEC也制定NAND标准规格如ONFI(Open NAND Flash Interface)4.0、5.0等,虽然这个标准没有如DRAM规格般的有较强的拘束性,但是各厂家的NAND产品在加上微处理器后形成的永久记忆模塊也大致通用。存儲器有全球统一规格标准,此对现代半导体产业景观的塑造有决定性的影响。最早的DRAM规格标准是JEDEC于1987年订定的FPM(Fast Page Mode),这个年份距离晶體管的发明已经历过40年,摩尔定律的恒常推进已经有些吃力。但是DRAM那时最大的应用市场是PC,新兴大市场才出现不久,有蓬勃发展的生机。此时的主要半导体公司除了老牌的美国半导体公司如英特尔(Intel)、德仪(TI)、超微(AMD)、摩托罗拉(Motorola)、National之外,另外日、韩系统厂商如富士通(Fujitsu)、日立(Hitachi)、NEC、东芝(Toshiba)、三星电子(Samsung Electronics)等也纷纷成立半导体公司,这些就是后来在90年代DRAM市场竞争大放异彩的公司。DRAM有一段时间是整个半体导产业的技术驱动者(technology driver),主要的原因有二:一个是产品特性的因素,另一个是市场因素。DRAM中有超过一半的面积是存儲器阵列,其单元形状相同,结构呈高度重复性。制程微缩对于芯片面积的减少、乃至于成本的降低效果是直接而且显而易见的。因此,制程微缩成为此产品领域的主要竞争因素。市场因素方面,DRAM在80年代末期约略占整体半导体市场30~40%的比例。也就是说,半导体市场盈余主要落在DRAM领域,因此制程研发所需要的经费由DRAM来领军是理所当然。臺湾经历过的产业发展,也见证此一过程。现在成为晶圆制造的常见设施与设备,如12吋晶圆厂、DUV、CMP等,在臺湾都是先由DRAM厂商领先使用的,这种趋势一直至2000年初后才开始反转。
智能农业的成功因素
在臺湾,农业物联网傳感设备供应商众多,然而通讯技术和數據传输格式却千差万别,导致數據在不同系统间的流通和加值应用面临著困难。为了解决这一重要问题,农业部于2023年4月27日推出「智能农业傳感數據格式标准与测试规范」。透过推动數據格式的标准化,提高农业物联网应用领域中數據串接的效率,同时也降低开发成本,推动农业物联网的深入应用。由中华电信负责「智能农业傳感數據格式标准与测试规范」的制定,遵循臺湾资通产业标准协会(TAICS)所规范的制定流程。该标准参考国际标准组织(OGC)提出的物联网标准框架,并收集来自产业、政府、学术界和企业等领域的专家意见。经过近一年的密集开会、讨论和评审,最终完成标准的制定工作。「智能农业傳感數據格式标准与测试规范」确定59种不同的装置类别代码,同时提供农业系统平臺层的应用程序界面(API)和數據传输格式,例如傳感装置的量测单位等。如果智能农业系统能够遵循这一标准交换數據,将能够降低开发成本,实现數據的流通和数据的有效应用。此外,这一措施还将有助于推动多元化的智能农业整合应用服务的发展,为农业领域带来更大的创新和进步。为了推广本标准规范的应用,农业部举办2场公开说明会。说明会中,我被邀请担任讲师,分享「智能农业数据标准化与互通化之效益」,希望借此激发更多智能农业的创新应用和跨界合作机会。我的主题演讲提到臺湾數字转型所面临的主要困境,是大数据运用能力不足,特别是在數據格式定义上的不严谨以及不同格式之间的互通困难。尽管农业和环境信息的量很大,但缺乏系统性的整理,导致这些信息未能得到广泛运用。大多数信息都是个别使用,无法串联和扩大规模。农业部的主导至关重要,尤其是在提供有效的机制方面,将小数据(规模在几十万以下)集结起来,扩大为大数据(规模在几千万以上),将有助于促进數據的更好利用和整合,推动智能农业的发展。我同时提供一个巧妙的數據应用案例,透过數據生成技术,将白草莓病变检测的准确率从87.50%提升至96.88%。这成果已在国际一流期刊上发表,并被日本杂志《Pen》专题报导,主题为「2033年,科技的未来会是怎么样的?」其中,农译(AgriTalk)使用5G技术的有机无毒白草莓成为臺湾受到报导的智能农业技术。透过分享这一主题,我与现场的农业信息服务提供者深入交流,激发更多跨领域农业數據应用的想法,加速數據格式标准化的推动。臺湾智能农业已经迈入另一个发展阶段,特别是在农业物联网应用中的數據格式标准建立方面,其重要性日益凸显,加速智能农业创新发展更为必要。同时,农业部也鼓励农业相关部门、企业以及学研单位共同合作采用这一标准,共同致力于打造智能农业的美好未来。
细究臺积电在车用芯片市场影响力 关键力量已不容忽视
车用芯片是2022~2027年营收年复合成长率最高的半导体应用类别,臺积电在车用芯片市场的影响力究竟有多大?为何臺积电在欧洲投资设立晶圆厂获得相当大的关注?2023年8月8日臺积电发布该公司董事会通过在38亿美元额度内,投资位于德国德勒斯登的合资公司ESMC,ESMC将由臺积电营运,臺积电股权占比将达70%,另由英飞凌(Infineon)、恩智浦(NXP)、博世(Bosch)各取得10%股权,预计ESMC的12吋晶圆厂在2027年底投产,采用12/16、22/28納米制程,将以车用及工业用途半导体为主。以营收规模来看,汽车应用占臺积电营收比重从2021年的4%、2022年的5%,提升至2023年第2季时的8%,2021及2022年臺积电的车用芯片营收年成长率,分别达到51%及74%,可见其成长动能。臺积电与车用客户互利共生DIGITIMES Research预估2023年臺积电的美元计算营收虽将年减1成,但其车用芯片营收仍可达3成以上年成长率。臺积电前十五大客户中,在车用及工业用芯片市场较知名的有恩智浦、意法半导体(STM)、英飞凌及Sony等4家,其中Sony已经与臺积电在日本熊本合资设12吋晶圆厂,此次与恩智浦、英飞凌的合作,将更深化与主要客户及欧洲车厂的合作关系。臺积电的前卅大客户中,以非通用会计准则(non-GAAP)计算的毛利率平均超过50%,举例来说, NVIDIA在2024会计年度第1季(至2023年4月30日,1QFY24)毛利率为70%(2QFY24尚未公布,但在AI服務器带动高端GPU需求下,预期将更高)、Marvell (至2023年4月29日)60%;第2季则包括超微(AMD) 50%、联发科 47.5%(未公布non-GAAP毛利率,推估可增加1~2个百分点)、恩智浦 58.4%、意法半导体 49%、英飞凌 46.2%、Mobileye 72%、瑞萨(Renesas)57.4%、Microchip 68.4%等等。 非通用与通用会计准则主要差距,出现在股票基础的奖酬,以及因企业购并产生之无形资产增值摊销,这些在半导体等科技业常常发生。在通用会计原则下,这些需要扣除,进而影响企业财报上毛利率。上述10家公司最近一期的non-GAAP毛利率平均值为57.9%,由于客户群还有毛利率更高的博通(Broadcom)、德仪(TI)、Analog Devices等公司,以及今年(2023年)毛利率较低的英特尔(Intel)及许多主攻消费性电子用芯片的公司,高低互抵之下,预估2023年客户委托臺积电代工芯片,产品毛利率平均55%。车用芯片终端市场影响力 臺积电没说出口的故事这其中,车用芯片毛利率通常比工业用、數據中心网通基础建设用芯片再低些,例如瑞萨第2季工业用(含物联网)芯片毛利率为62.6%,车用则为51.5%,可以根据恩智浦、意法、英飞凌及瑞萨4家与车用芯片较相关IDM厂商毛利率数据,得出主要车用芯片厂商平均毛利率51.3%。车用IDM/无晶圆厂(Fabless)客户委托臺积电生产芯片后,平均还能取得51.3%的毛利率,假设晶圆代工占客户销售的芯片成本(Cost of Goods Sold;COGS)比重为75%(另包含封测及其他制造相关成本),表示臺积电每1,000美元的代工产值,在半导体市场上的影响力,大约是2,738美元(即:1,000÷0.487÷0.75=2,738)。预估臺积电2023年车用芯片营收可达54亿美元,以1比2.74的影响力换算,臺积电为客户生产的车用芯片,在车用半导体终端市场的价值达到148亿美元,相当于2023年全球车用半导体市场的20.6%。此一比重相较2022年全球前两大车用半导体业者英飞凌、恩智浦市占率各自约11~12%更高。虽说臺积电生产的车用芯片由客户再销售到车厂或Tier 1车用零组件业者,因此臺积电在车用芯片终端市场并无占有率,但就芯片的终端市场价值或影响力而言,其实不亚于两大车用半导体业者,具备相当重要的地位。臺积电最先进的车用芯片3、5納米制程仍将以臺湾为生产基地(已发布N3AE 3納米制程蓝图),海外晶圆厂则以日本、欧洲车厂较需要的12~28納米制程为主。毕竟许多车用芯片并不需要7納米及以下的先进制程,尤其是功率半导体及傳感器。臺积电在车用芯片代工市场的竞争者?只是,为何臺积电前十五大客户之一、全球第三大车用半导体业者意法半导体未参与此次合资设厂計劃?主要是意法半导体已经跟格罗方德(GlobalFoundries;GF)签订投资意向书,在法国Crolles合资12吋晶圆厂,该投资案亦将取得有关当局的补助。另外,GF在德国的德勒斯登本就有1座12吋晶圆厂,累积投资额超过120亿美元,是2022年以前欧洲地区最大的半导体投资。臺积电在2023年第2季车用芯片代工营收约12.5亿美元,年成长38%;GF同期车用芯片代工营收虽然仅2.45亿美元,与臺积电有一大段落差,但第2季GF车用芯片代工营收是2022年同期8,200万美元的3倍,急起直追态势值得关注。
印度崛起:长期展望与当前发展
联合国于2023年4月宣布印度总人口于该月超过中国,正式成为全球第一大人口国,让世人更加重视印度的市场潜力。2023年7月28日在时代杂志网站上,有篇公认是举世顶尖印度经济专家、哥伦比亚大学印裔教授Arvind Panagariya的文章,标题是「How India's Economy Will Overtake the U.S.'s」,美国是全球第一大经济体,即便未来被中国大陆超越,仍可维持全球第二,难道现在就要把印度经济超越美国提上企业国际布局的时程了吗?Panagariya提到,在COVID-19(新冠肺炎)爆发前的15年间,印度实质GDP成长率保持在8%左右,美国不到2%。若印度能在未来20年间保持此一势头,并在其后维持5%的经济成长,而美国始终保持2%的成长率。Panagariya认为这两个假设都是有可能的。那么,印度到2073年将超过美国的经济规模。与其看法相呼应的,高盛(Goldman Sachs)在2022年12月出具名为「The Path to 2075」的长期全球经济展望报告,预估2075年印度经济规模将超越美国。高盛指出,2024~2029年实质全球经济成长率预估为2.8%,其后每十年的CAGR会逐步往下,从2030~2039的2.5%,降至2070~2079的1.7%,主因来自于劳动力成长力道的趋缓,尤其到2075年时,全球人口已处于近乎成长停滞的情况。印度之所以在未来扮演更重要的经济火车头角色,在于其身为全球最大国的人口规模及人口红利。但高盛报告与Panagariya文章共同指出,驱动印度经济成长的关键是其劳动参与率及劳动生产力。劳动参与率需要更多的劳工,尤其是女性劳工。据统计,印度只有4分之1的15岁以上女性投入职场,而美国及中国的比例则都在5分之3以上;劳动生产力则需要更有技能的劳工。我的问题是,扩大劳工供给、提升劳工能力,都是在劳动供给端的改善,但需求端呢?谁来雇用劳工?2014年印度总理Narendra Modi于第一任总理提出的「Make In India」政策,目标是让制造业产值年增12~14%;2022年前新增1亿个工作机会;2025年制造业占GDP达到25%。Modi第二任总理时,提出印度自给自足「Self Reliant India」政策,一方面强化在地生产,巩固产业中上游,达成供应链自给自足;另一方面,增加国际竞争力、促进出口,也推动14个生产连结奖励(PLI)計劃,透过高额补贴促进关键产业的在地化发展。若以2023年5月印度政府所公布的2022财年数据,印度目前制造业附加价值占GDP比重仅为14.7%(以当前价格计),离2025年占GDP 25%目标还有10个百分点差距,看来届时是不可能达标了。而印度出口在2020~2022年3个财年间占GDP比重逐年从18.7%提升至23.1%,看来是有所进展,但进口占GDP占比却也从21.0%提升至26%,以致于仍有约500亿美元的贸易逆差。但不可忽视印度政府拉抬本地供应链的决心。以最新突发的PC进口管制措施来看,若以2021年海关6码HS Code检视,印度贸易逆差前十大产品中,NB名列第八,胜于排名第九的手机零组件。印度激进做法背后有其本地化决策考量。从近日美光(Micron)宣布设立封测厂,及富士康6亿美元投资,乃至于印度制手机出口量持续提升,都可看到逐步升温的产业发展动能。Panagariya在文章开头,引用已过世的全球经济史大师Angus Maddison的研究成果,说到:「印度在长达一个半世纪的时间里一直是全球最大经济体,到1820年为中国所超越,但在西方工业革命和欧洲殖民统治的双重效应下,1870 年后英国成为世界最大经济强国,至1900 年后再为美国所超越。然而,在人们愈来愈多谈论亚洲崛起的情况下,世界经济现在是否准备好恢复到原来的常态?」印度接下来的发展进程,50年后超越美国似乎过于遥远而无需列入企业决策评估,但过往众家经济预测机构多估算印度至2030年后才将成为全球第三大经济体,国际货币基金(IMF)2023年4月最新预测却显示,印度至2027~2028年便会超越德(第四)、日(第三),提早达成,那么印度接下来的市场与产业发展就值得企业投以更多的关注了!
EV带动功率半导体需求 2Q23车用半导体业者冲出佳绩
2023年第2季半导体厂商法说会及财务报告陆续发布,在半导体五大应用领域,包含數據处理、通讯、车用、工业用、消费性电子中,预估2023全年仅有车用半导体的销售额确定能较2022年成长,年增率预估达12%以上。其他四大应用中,仅工业用半导体销售额大致保持2022年相当水准,其他三大应用均呈衰退。因此,全球前廿大半导体业者中,车用营收比重较高的业者,其营运也相对较杰出。延续上季营运表现所做类似的预估,全球前廿大半导体业者中,2023年营收确定可较2022年成长者仅有NVIDIA、博通(Broadcom)、英飞凌(Infineon)、意法半导体(STM)、Microchip等少数几家。由于车用半导体是2023年第2季唯一表现亮丽的主要应用,因此安森美(Onsemi)及恩智浦(NXP)也由原先预估的2023年营收较2022年微幅减少,调升为2023年营收相较2022年-2~+2%,浮现正成长的机会。相较整体半导体市场较2022年预估减少12%,上述7家业者在对抗景气循环衰退周期时,展现各自竞争力所在。2022年全球前六大车用半导体业者分别是英飞凌、恩智浦、意法半导体、德仪(TI)、瑞萨(Renesas)以及安森美,2023年第2季上述业者各自车用半导体事业营收,分别较2022年成长约25%、9%、34%、20%以上(具体数字未揭露)、3.4%以及35%。德仪表示,第2及第3季仅车用需求维持高水准,其他应用多呈弱势。再观察上述6家车用半导体业者,可以发现年成长较高的3~4家都是在功率半导体市场有较高占有率的业者。随著电动车的持续成长,带动英飞凌、意法以及安森美有更为突出的表现。2022年全球车用功率半导体市占率前四大厂商分别是英飞凌、意法、德仪以及安森美,这4家业者的2023年第2季车用半导体事业营收年增率均达20%以上。综合各大厂看法,2023年第3季车用半导体销售展望大致上与第2季持平,算是五大半导体应用中,少数能见度较好者。不过,从中可看出车用半导体的成长动能,在第3季有减缓的态势。中长期而言,未来5年电动车相关的半导体需求年复合成长率上看20~25%,先进驾驶辅助系统/自动驾驶(ADAS/AD)相关半导体年复合成长率则在15~20%,两大因素有助带动车用半导体市场规模的成长。尽管每一臺车所使用半导体金额愈来愈高,但随著电动车零组件数量及架构的精简,汽车平均销售单价反而可能下跌,这一点跟单价愈来愈高的服務器(尤其单价甚高的AI服務器出货量占比愈来愈高)、智能手機(因配置更先进制程的应用处理器、功能更强大的镜头及更高分辨率的CIS傳感器,以及软性/折疊屏AMOLED屏幕等,使手机材料成本更高),倒是有所区别。
让数字说话:What gets measured gets managed
这句话是管理学大师彼得.杜拉克(Peter Drucker)说的。表面黏著技术(SMT)是电子产品生产线最主要的设备,各国或主要企业拥有的SMT生产线,往往也反映该国或该企业的量产制造能力。DIGITIMES副总经理黄逸平查找过去10年全球主要国家进口的SMT设备,根据这些数据,我汇整出几个看法给大家参考。A. 2018年以前,中国是世界工厂,但在2018年川普总统揭开美中贸易大战的序幕之后,新兴国家争抢G2大战背后的商机,中国进口金额的变化就值得大家参考了。根据调查,中国的进口金额从2018年的92.74亿美元,减少到2022年的84.28亿美元,占全球的比重也从2018年的20.9%,减少到2022年的17.7%。中国进口的SMT设备会不会继续减少,相当值得注意。B. 美国、德国是工业大国,进口的金额仍然高居二、三,倒是墨西哥以25.65亿美元,超过越南的16.85亿美元,分别列名四、五进口大国,而在2021年之后进口增幅明显扩大,显示两国量产制造实力更上层楼。亚洲的制造大厂对墨西哥的生产状态相对陌生,未来也应有适当的追踪机制,了解墨西哥在美中贸易摩擦之后的角色变化。C. 臺湾在2018年的进口金额为6.95亿美元,占全球3.8%,排名第十,但2022年的进口增加到10.55亿美元,全球占比提高到5.7%,这应与2018年以后臺商回流,带回超过700亿美元的投资资金有关。2000年时,臺湾因为产业外移,制造业占GDP比重跌到剩下19.8%,但根据臺湾官方统计,2022年臺湾制造业贡献GDP的比重陡增到37.7%,这是个非常明显的变化,基本上可以说是臺湾从「去工业化」走入「再工业化」的过程,与地缘政治的变化息息相关。D. 最后是印度,印度希望透过PLI等招商机制,加速印度制造业的进化,满足国内市场的需求。印度已经是全球第三大汽车市场、第二大手机市场、第一大的两轮摩托车市场。过去印度在PC时代,因为没有具实力的本土品牌,因此很难吸引制造厂到此设厂,但不少业者看好印度市场的潜力,积极提升印度在地生产的比重。三星电子(Samsung Electronics)早已布局印度,三年多前便在诺伊达(Noida)设置年产1.2亿支的手机生产线。而基于苹果(Apple)等相关业者的要求,臺湾的富士康、纬创、和硕都在印度设置生产线,过去几年印度进口的SMT生产设备稳定成长,但在2022年却出现走跌的现象。是大家认为「水太深」,一时半刻难以掌握前进印度的运作模式吗?《印度之旅》书里有一句话:「英国人管理印度一、两百年,但印度还是印度人的印度!」,没有足够的想像力与长期耕耘的决心,印度就像是可口的蛋糕,但咬下去却是满口的沙子,这是一位韓國大公司印度主管对印度的评论。
科学家,核子武器与政治
利用周末时间观赏刚上映的电影〈奥本海默〉。在当学生的时候,就听闻过「奥本海默事件」以及在美国的「麦卡锡主义」(McCarthyism),但这次是以奥本海默(J. Robert Oppenheimer)本人为中心,以电影手法完整地交代事件始末,包括二战期间制作原子弹的「曼哈顿計劃」(Manhattan Project)。在二战前,整个学术的重心都在欧洲。Oppenheimer在完成哈佛大学学业后,就负笈欧洲,最后在量子力学大师Max Born的指导下完成博士学位。通常博士候选人,都会被口试委员严格且巨细靡遗地拷问,其目的是要让新科的博士们知道:你的学术生涯才开始,不要太得意。但据闻Oppenheimer的口试很快就结束,其中一位委员说,还好我溜得快,Oppenheimer已经开始质疑口试委员了,由此可见其桀傲不逊的个性。曼哈顿計劃是由爱因斯坦(Albert Einstein)具名,写信给美国罗斯福总统(Franklin D. Roosevelt),忧心纳粹德国已经领先发展毁灭性核分裂武器所衍生而出,并由Oppenheimer担任制作原子弹的計劃主持人。然而在第一颗原子弹还未试爆完成前,纳粹德国就投降了,但日本还在顽强抵抗中。当时科学界开始游说,希望停止曼哈顿計劃,但接任罗斯福的杜鲁门总统(Harry Truman),为了减少美军在太平洋战争的损失,先后丢掷2颗原子弹在日本的广岛与长崎。片中有一段叙述Neil Bohr访问洛色拉莫士(Los Alamos),带来纳粹德国在发展核子武器的最新信息,而纳粹計劃主持人正是另一位量子力学大师Werner Heisenberg。Heisenberg在核分裂的理论计算上犯了个错误,导致纳粹原子弹的发展受挫,而他本人在二战后表示其有意拖延纳粹在这方面的进展,但这至今仍是个科学悬案。美国最后能领先纳粹德国制作出原子弹,除了Oppenheimer主持的曼哈顿計劃外,另一位关键人物是意大利裔的费米(Enrico Fermi)博士。费米博士恐怕是物理学史上,最后一位在理论与实验都有杰出表现的科学家,就如同棒球场上的二刀流。费米博士在芝加哥大学足球场看臺的地下室,建立核子分裂的反应堆。在最后关键时刻,他亲自核对计算及调整实验的反应堆,完成了人类第一次能够控制且持续核子分裂的链锁反应。实验成功之后,对外所使用的暗语是意大利航海家登上新大陆。芝加哥大学在足球场原址也立了个纪念碑。Oppenheimer最终在战后因被认定为共产党的同路人,而被剥夺在原子核领域接触新知识与发展的权利。影片中的泰勒博士(Edward Teller),被誉为氢弹之父,在曼哈顿計劃与Oppenheimer有不同的意见,执意要发展核融合的氢弹,导致他在战后Oppenheimer的听证会上,做出不利于Oppenheimer证词,而后不见容于学术界。泰勒博士本人在四十多年前,曾受邀访问臺湾,全程由浦大邦博士陪同,访问全臺多所大学。当时我才大三,但有机会与泰勒博士近距离的接触,并得到签名及合照,他非常津津乐道与杨振宁教授的师生关系。在当时战后的芝加哥大学,杨教授原本希望跟费米博士研习实验物理,因为要建设中国需要实作为基础,但无奈其动手做实验的火候不够,最后泰勒博士说服杨振宁教授跟他做理论的计算。当时,我们曾问泰勒博士在研究过程中,是否会因遭受挫折而产生低潮,他的回答居然是,我从没经历过低潮时刻。无独有偶地,旧苏联时期的物理学家Andrei Sakharov,因为从事氢弹的开发,被誉为是苏联的氢弹之父。之后他本人开始致力于限制核武器的扩散,成为人权斗士,却不见容于苏联当局,而长期被软禁在一小公寓内。他于1975年获颁诺贝尔和平奖时,苏联甚至拒绝他出境领奖。不论是Oppenheimer、Heisenberg以及Sakharov,这几位参与毁灭性核子武器的科学家,当初都基于爱国情操而参与,最终却是由政治凌驾一切。Oppenheimer在甘迺迪(John Kennedy)总统时代被平反,而Sakharov在戈巴契夫(Mikhail Gorbachev)当政时也被平反了。但是迟来的正义会是正义吗?李远哲院长有次在访问以色列,晚宴席中他请问邻座政坛人士,如何解决以色列与巴勒斯坦间的问题?对方回答,你们科学家就只想要解决问题,我们政治人物是要与问题共处的。试想如果问题都解决了,就不存在政治人物了。爱因斯坦在美国使用原子弹结束二战后接受访问说,没想到他们政治人物真的使用原子弹,我宁可去当个修表匠,内心充满著无奈。
川普先生别闹了(3-3):八强经典赛,美臺都是天选之国
半导体是菁英汇聚的产业,也是资本密集、技术密集,加上经营智能长期堆叠的策略性产业,谁拥有半导体业,谁就有产业制高点。我以棒球八强经典赛(Quarterfinal Classic)来形容这个赛局。美国是世界八强的种子团队,他们拥有最尖端的技术、设备,也是游戏规则的制定者。臺韩各自拥有晶圆代工与存儲器产业,也都是世界半导体业领导地位有力的角逐者。欧盟与日本工业基础雄厚,也有设备、材料工业,不会被遗忘在赛程中。倒是中国如何延续半导体业的計劃,而印度如何善用大量的IC设计人才,以及未来的元宇宙商机,都是值得大家注目的。八强赛的最后一席,应是由参与会外赛的国家取得外卡。可能角逐的潜力国家,可能是近年来成为电子产品生产基地的墨西哥、印度,拥有丰沛自然资源的澳大利亞、加拿大,以及以行政效率取胜的新加坡。1994年我派驻硅谷,我的堂姊夫40岁,他是当时在英特尔(Intel)逻辑IC设计团队,专攻486 CPU的成员,团队的负责人就是1961年生,现任英特尔CEOPat Gelsinger。当时Gelsinger以34岁的「幼龄」担纲,成为硅谷半导体产业的佳话。美国是个尊重创意,愿意承担风险,不论资排辈的传统工业体系,也因为这样,美国至今还能引领风骚。美国市调公司指出,全球半导体市场的规模是5,750亿美元,这个数字是从市场端,结合IC设计与系统整合元件制造厂(IDM)两种产业的总和。从这个角度观察,美国IC设计业贡献全球63%,IDM业者的贡献率也有42%,两者合计的总营收是全球市场的49.7%。也就是说,全球半导体产品有一半的机会是挂著美国的品牌在市场上销售的。美国之外,韓國的三星电子(Samsung Electronics)、SK海力士(SK Hynix)因为拥有DRAM与NAND Flash两大产业,靠著上述两大品牌,在全球市场就有17.5%市占率。再其次是以IC设计业取胜的臺湾、日本与中国。至于晶圆代工、封测属于制造服务,EDA是设计工具,与材料、设备都是供给面支撑半导体产业发展,如果把之前需求面的IC设计与IDM业者统括在内,美国厂商依旧贡献全球的39.8%,其次才是臺湾的18.3%、韓國的13.9%,以及日本、中国的9.8%与8%。以上五个国家,是目前全球半导体业的主要角逐者,欧洲虽有英飞凌(Infineon)、意法(STM)、恩智浦(NXP)以及设备厂ASML,但分散于不同的国家,欧盟如能整合,并在车用半导体上相互支持,未来仍是非常关键的力量。随著电子工业的重心从NB、手机走AIoT的新时代,半导体产业的营运重心正在改变,甚至所谓的「尖端芯片」也从过去的微处理器、应用处理器主导的架构,走向AI专用芯片等更多元的结构。不仅如此,顶级的晶圆制造正从前端延伸到后端的封测,而过去总是说量产不易的砷化镓(GaAs)、碳化矽(SiC)等功率半导体,也会有新的进展。在AI芯片进展的同时,三星存儲器也开始强调HBM-PIM的功能,Edge端商机也不再是空中楼阁。
川普先生别闹了(3-2):2008年是半导体业转捩点,下一波动能呢?
2008年的次贷危机、金融海啸,不仅让全球金融业重新洗牌,在半导体业的世界里也是天翻地覆的一年。在金融危机之后,臺韩两国,特别是臺积电与三星电子(Samsung Electronics)都采取逐年加码投资重装备,扩大领先差距的积极战略。2008年主办北京奥运而获得举世赞赏的中国,不仅自信爆棚,在2009年的GDP总量也超过日本成为世界第二大国,在超级电脑、国防军工产业的需求下,也开始试图加速发展本土的半导体产业。全球半导体设备市场因此水涨船高,如果把过去15年的半导体设备市场分成2008~2012、2013~2017、2018~2022三个阶段,第一个五年全球累积的半导体设备市场是1,658亿美元,第二阶段是2,037亿美元,第三阶段甚至暴增为4,058亿美元。苹果(Apple)iPhone在2007年上市,从此手机进入智能应用的新时代,双向传输数据的手机,需要更强大运算功能的应用处理器。这15年间,臺积电、三星为争取晶圆代工主导权而竞争。谁抢到苹果、高通(Qualcomm)、联发科应用处理器的订单,谁就是赢家。臺积电脱颖而出,也对比出臺湾比其他国家更积极的半导体设备投资企图。在2008~2012的第一个五年中,臺湾购买的设备占全球市场的23.3%,臺韩日中等东亚以外的国家,也贡献了35%。但在2013~2017的第二个五年中,臺湾贡献了26.2%,而东亚以外的国家也贡献26.4%。到第三个五年(2018~2022),臺湾贡献了23.7%,而非东亚四强的国家仅有18.9%。这样的态势,导致2021~2022年间车用零件缺货的问题,且将责任推到臺湾、韓國厂商身上,这不是解决问题的做法。就像19世纪的淘金热卖圆橇、锄头的商人一样,起步较早的欧美日设备大厂都能取得先机,东亚的制造厂投资,最后赚钱的可能是欧美的设备原厂。在现代的竞争社会中,谁更努力就更有竞争优势,这是我们的普世价值。最后,中国采购的半导体设备金额在2018年后大幅成长,关键是「大基金」激励民间投资的结果吗?在中国进口的设备中,有多少是三星、SK海力士(SK Hynix)、臺积电、联电、美光(Micron)在中国投资的设备呢?在「中国制造2025」的背后,容易出现「过多资金在追逐有限人才」的问题,中国如何导引资源的正确流动,以及中国在美国单方面的技术制裁背后,如何说服国内外的菁英一如既往的继续努力,这将是中国产业政策主事者需要克服的障碍。对设备原厂而言,如何在分散型生产体系的背后,如何创造另外新的主流需求,也将是欧美设备原厂的重要挑战。韓國或是臺湾半导体厂的成功经验,能复制到新兴国家吗?有为者,亦若是,也许设备原厂邀请韓國、臺湾专家到新兴国家分享产业发展经验,更容易激起新兴国家发展半导体产业的兴趣,而与韓國、臺湾厂商合作,也可能是各国发展半导体产业最快的终南捷径。
电信流量工程之父Agner Krarup Erlang
丹麦人Agner Krarup Erlang是第一位研究电话網絡流量的专家。Erlang是天才儿童,小学毕业后,以14岁之姿高分通过哥本哈根大学(University of Copenhagen)入学考试,大学当局考虑半天,还是决定不让他入学。Erlang只好摸著鼻子回家,直到18岁时,再度赢得奖学金,进入哥本哈根大学。Erlang专精数学、天文学、物理及化学,并于1901年顺利毕业。他讲话精简,不善交际,喜欢当一个旁观者,朋友暱称他为「Private Person」。Erlang于1908年加入哥本哈根电话公司(Copenhagen Telephone Company),开始研究电话交换机的效能。Erlang将机率理论应用于电话流量(Telephone Traffic)分析,在1909年发表第一篇相关论文,证明随机的电话(Telephone Calls)到达电话交换机的时间,遵循Siméon Denis Poisson的分布法则(Poisson's Law of Distribution)。为了研究一个乡村的电话交换机运作过程,Erlang亲自带著梯子在哥本哈根街头趴趴走,并经由街道的人孔,爬入地底下的机房进行量测工作。Erlang最重要的成果,发表于1917年论文《Solution of some Problems in the Theory of Probabilities of Significance in Automatic Telephone Exchanges》。他提出完整电话流量的分析论述,发明有名的Erlang公式(Erlang's formula)来计算电话交换机忙线的机率。美国贝尔实验室的研究员为了能够读懂Erlang的原始论文,还特别学习丹麦文。由于Erlang在排队理论及流量工程(Teletraffic Engineering)有极大贡献,因此在1944年,流量的量测单位以「Erlang」命名。将指数(Exponential)變量相加的新分布也以Erlang命名,称为「Erlang Distribution」。瑞典电信大学创造一种电脑语言Erlang Programming Language,此语言后来移转到瑞典电信巨擘爱立信(Ericsson)的开放电信平臺实验室,之后又被释出成为开放源码的計劃。爱立信采取这个名字,还有另一个原因:Erlang也是Ericsson Language的简写。这个语言精简好学,很符合开发大型工业用實時系统(large industrial real-time systems)的分散式、容错、多核心軟件的需求。Erlang有一特点,可以帮助我们思考和互动,进而写成程序。它的程序码可以「热抽换」(Hard Standby;亦即可以一边执行一边升级,不用先暂停服务),如果移到多核心处理器的环境中执行,速度会自然变快(甚至有可能达到线性加速,n个核心就提升n倍)。運營商如T-Mobile,都使用Erlang开发分散式系统。除了电信系统外,Erlang也被用来开发财务系统或各种服務器系统。我的实验室发展物联网平臺IoTtak,也曾考虑使用Erlang开发分散式系统,联接大量的物联网设备。
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