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大水冲倒了龙王庙?
随着网络巨擘往自研芯片发展,与 NVIDIA、超微(AMD)的关系也必然会出现新的变量。而这些新变量很多会出现在台湾,台湾是观察全球科技产业变迁的制高点之一。首先,Google与亚马逊(Amazon)、微软(Microsoft)这些公司针对物联网、人工智能(AIoT)所研发的芯片是不是仍然需要最先进的制程,这会牵涉到台积电、三星电子(Samsung Electronics),甚至联电这些公司的布局。其次,台湾掌握了ICT产业的供应链,从上游的数据中心,到前端(Edge)的芯片需求,无论是制程技术,还是供应链的整合,基于供应链的效率考量,不找台湾,也没有太多的其他选择。过去Amazon、Google这些公司都是从建立网络服务平台,吸纳大量的社群用户起家的。在拥有大量用户之后,开始建构自己的数据中心,采购服务器,提供企业等级的云端服务,藉以创造更大的效益。在整个过程中,网络巨擘在传统的惠普(HP)、戴尔(Dell)、美超微(Supermicro)等服务器品牌之外,成为主要的采购商。DIGITIMES Research最新服务器产销调查报告显示,Amazon超越Meta成为台湾服务器产业的第一大采购商,排名第二的Meta也是网络公司,传统的戴尔排名第三,第四名又被Google拿走,显示整个产业生态有很大的改变。再者,惠普、戴尔从软硬整合、系统服务着手,而不是将数据中心的服务器商机当成最高顺位。至于在COMPUTEX与黄仁勳同台的美超微董事长梁见后,也是台湾嘉义出身的科技创业家。他自然知道台湾供应链的优势,美超微早就将服务器的工厂直接设在桃园,直接融入台湾供应链。对电子产品制造业而言,「大水冲倒龙王庙」是必然,迟早而已。这是个多元交错的新商机,如果友达要做数码看板,怎麽可能不与佳世达、纬创出现利益冲突。我相信冲突一定会有,但大部分业务仍会持续,如果友达成为三星面板最主要的供应商,佳世达、纬创也绝不会因为友达发展数码看板业务,而老死不相往来。如果有一天我们看到友达、群创握手言和,平常心看待即可;而NVIDIA直接向Amazon、Meta叫阵时,也不用太惊讶。 
网络巨擘 vs. NVIDIA 是敌,还是友?
企业为了维持竞争力,垂直整合不仅仅是口号,而是一直都在发生的事。台积电做先进封装,日月光怎麽想?1995年时,英特尔(Intel)在波多黎各生产主机板,台湾刚刚进入青少年期的主机板工业惶惶不可终日,我受命研究这个主题,研拟对应方案。最后发现是虚惊一场,原来英特尔怕台湾主机板产业停留在上一个时代的产品上,跟不上不断更新的微处理器,因此创造了一个假想敌(或是诱饵),让台商绷紧神经。这样的策略在微软(MIcrosoft)的Surface Pro上也有异曲同工之妙,只是谁敢说英特尔主机板计划一旦成功,会只是个阶段性的任务吗?现在类似的戏码正在硅谷上演,具有领先优势的NVIDIA,为了让自家的AI芯片有更大的空间,必然会抓紧制造合作夥伴布局服务器生产,长期来看,经营品牌或者针对商用客户提供更多云端的服务,也不令人意外。在网络巨擘之中,苹果(Apple)是市值3万亿美元的大腕,排在NVIDIA前面的微软、Google、亚马逊(Amazon)等市值都超过1万亿美元,而紧追在后的Tesla也没闲着。每家公司都有自研芯片的计划,他们与NVIDIA之间不会是永远的朋友,不仅在芯片上短兵相接的机率提高,在数据中心的营运上也都可能出现新的格局。Google、亚马逊等对手,必然会找高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、Marvell这些公司助拳,那麽联发科、瑞昱、群联这些台厂要扮演什麽角色呢?大家在新闻报导中,看到群联潘健成促成苏姿丰领取阳明交大的荣誉博士,而我看到的是超微(AMD)与群联背后可能的结盟关系。产业有变动都是好事,但得跟上脚步、有观察能力,不能只看花边新闻!对上游的晶圆代工厂而言,客户正出现结构性的改变。过去以CPU、应用处理器(AP)为主要客户的时代,那是为了电脑、手机竞争的高端运算之需,往尖端制程发展天经地义。一旦进入多元的商机,高端运算依然重要,但也可能出现更多差异化功能或软硬整合、网安等不同方面的考量。过去世界级的科技领袖到台湾,都是有适当的场合。半世纪来,微软总裁只来过两趟,一次是2000年的世界科技大会,另一次是2009年Steve Ballmer到国内时,顺道绕行台湾。当时Ballmer很满意台湾之行,临行前还落下一句话:「如果以后到亚洲来有三天的话,会留一天给台湾」。这次黄仁勳待了10天,苏姿丰待了5天,苏姿丰仅有一天公开行程,那麽其他时间都在做什麽?我们可以很明确的说,台湾现在是「战略要地」,他们不会只是为了吃家乡菜而留在台湾的。基本上,这个产业没有永远的敌人,也不会有永远的朋友,但只要是台湾实力够的话,大家都会在台湾多停留几天!
印度半导体奖励政策与发展策略 (二):以营利为导向的策略
半导体的产业发展其实是一个产业持续累积资金的过程,而只有盈利的企业才能够累积资金、扩大规模,最后足以用于自主研发,追上位于产业前沿的竞争对手。政府补助只能当成产业启动器(jump starter),却不能持续用于续命。美国半导体协会(SIA;Semiconductor Industry Association)之前访问过印度,给印度政府的建议之一是保持市场竞争性。唯有如此,才能培养出能长期在世界市场竞逐的公司和产业。一个产业的发展可能以十数年计。如果将容易进入营利的状况的因素纳入发展策略中考量,产业先发展领域的选择也许会与目前印度电子与半导体协会(India Electronics and Semiconductor Association;IESA)的建议不同。譬如扩大自有产品IC线路设计公司的占比。印度有丰沛的IC线路设计人力,至去年(2022年)为止,从业人员已达5.5万人,占世界IC线路设计从业人口约20%,人力资源充沛。IC线路设计工作也与基础设施较无关系,而且印度IC设计次产业已运作多年,大部分的障碍显然已经成功被排除。另外,相对于半导体制造,IC线路设计计所需的投资显然较小。惟印度庞大的专业队伍目前从事的业务大部分是IC设计服务,只有较少数的公司提供自己的产品。扩大自有产品IC线路设计公司在整个产业中占比,乃相对而比较容易成功的一种做法,而且所需的发展时间较短。利用正在逐渐移入印度的电子系统制造业的半导体需求所创造出的市场,可以提供自有产品IC线路设计公司的发展机会,这可以替代前述的政府销售补助或策略性采购的铺贴。某种程度也提高半导体自给率。在发展IC线路设计产业的同时,对比在特定地点政府先行集中建设必要的半导体制造基础设施,并且培养半导体制造及制程、材料研发人才,这些都是比较耗费时间的工程。这样的发展顺序虽然对于半导体制造能力的取得过程看起来比较迂回,但是商业成功的机会较高,而且稍后的半导体厂也在设立后不必同时面临基础设施缺乏、人力资源短缺以及半导体制程量产同时的三重压力。半导体产业加值链长、面向广,后进者不可能同时间开启多条战线。好的发展策略自然是依托自己已经具备的优势点、面,顺势扩大在整产业中的竞争优势环节。最后要强调一下,半导体产业的最基础本质是营利事业,不是军工业。标定取得某种特定技术却无法形成良性商业循环、自我支持持续发展到最有竞争力的领先群,如此发展策略容易导致失败,也不乏前例。制定产业发展策略以及相关的奖励政策时,须将欲扶植的次产业可能获利因素,放在更为优先的政策考量顺序上。(作者现为DIGITIMES顾问)
印度半导体奖励政策与发展策略(一):奖励政策与发展意向
印度内阁在2022年9月21日发布〈Modified Programme for Development of Semiconductor and Display Manufacturing Ecosystem in India〉,用以支持其成为电子系统设计及制造(Electronics System Design and Manufacturing;ESDM)的世界枢纽(global hub)愿景。企业投资印度的常有顾虑之一,乃基础建设不足问题,则由于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)来支持。先说基础建设不足的问题,单只是政策及补助是不容易见成效的,因为基础设施有很多部分不单只是投资可以解决的。譬如半导体所需要的高压线及水源,废水、废弃物处理,乃至于环保法规,都需要公权力的行使。这个部分由政府主动地作为先行启动计划、集中于一处提供较完整的产业基础设施、形成聚落等,是比较有效率的作法,可以省却投资者决策过程中的疑虑,并且加速投资决策后漫长的准备、申请程序。此类作法早有成功的先例,譬如台湾的科学园区,或者是国内的一些高科新区,都是政府先完成基础设施再招商,让企业的考虑单纯多了。至于发展半导体产业的部分,这个奖励条例可能有点误导之嫌。半导体与显示器虽然享有部分类似制程,却是两个截然不同的产业,产业的业务模式竞争样态差别甚大。不然也很难解释为何国内在发展半导体和显示器两种产业,呈现截然不同的结果。将两种产业的奖励政策以分别的条例来规范是比较安全的做法。印度有兴趣的半导体制造领域包括几类:第一类是逻辑,虽说是所有技术节点政策都支持,现在看来40纳米仅是可以接受,目标应该放在28纳米;第二类包括化合物半导体、矽光子、传感器(包括MEMS)和离散元件(以下统称特殊产品类);第三类是封测。对线路设计另有奖励办法,包括对奖励设计产业基础设施(infrastructure)的〈Design Linked Incentive Scheme〉条例,补助设计相关支出的50%;以及支持设计实施(deployment)的〈Deployment Linked Incentive〉,补助净销售金额的4~6%。印度电子与半导体协会(India Electronics and Semiconductor Association;IESA)对政府的建议是依次发展封测厂、特殊产品厂,最后才及于先进制程厂,由易至难,看起来井然有序。先进制程方面,IESA建议聚在28纳米上,这是摩尔定律发展过程中每一个晶体管制造成本最低的制程。先发展封测的原因是投入较少、雇用较多人数,次而特殊产品的原因是因为这些工艺过去的发展期较短,比较有机会迎头赶上。但是,如此简化的观点显然忽略规划产业发展应考虑入的细节。诚然,特殊产品的工艺有很多是8寸厂的制程,在传统半导体的制造工艺上看来并不太困难。但是这此特殊产品的晚出现,也有它的道理。譬如化合物半导体的SiC,出现在军用电子产品已有多年,但是SiC晶圆生产困难,良率较低,以至于现在用SiC做的功率元件,其晶圆成本还占元件制造成本的一个相当百分比。类似这样的例子不胜枚举。也就是说,单只是从半导体制程的先进与否来探讨产业发展策略,并非是一个全面的衡量标准。制程简单而晚出现的产品自然是有其他的障碍妨碍它的问世,所以要进入这些领域要有其他投入的准备,譬如半导体材料的研究与开发。即使被视为第一步的封测,也要有类似的心理准备。
假如室温超导体是真的?
Nature News在2023年8月16发表的新闻以〈LK-99 isn’t a superconductor — how science sleuths solved the mystery〉为题,引用许多验证实验的文献,对于前一阵子在国际学术界、产业界引起的室温超导体骚动,算是暂时划下休止符。超导体在其临界温度(critical temperature)下要同时具有2个物理特性:1. 零电阻,所以电子在流经超导体时不会发热。2. Meissner effect,当有外加磁场时,磁场无法延伸入超导体内。我们经常看到的科普片中一个超导体悬浮于磁铁之上,即为此一效应的视觉展示。超导体现象的发生以前,是需要极严苛的周遭条件,譬如极低温或极高压。也有理论来描述这现象:BCS理论(Bardeen-Cooper-Schrieffer theory)来描述,这是1972年物理诺尔奖得奖作品。需要极端低温的环境下,才发生超导现象严重的限制超导体的应用—因此从1911年发现超导体现象迄今,物理学家致力于发现临界温度较高的超导体的材料。这百年最标帜性的突破是Georg Bednorz与K. Alex Muller于1986年发现的陶磁超导材料(1987年诺贝尔奖得奖作品)及随后朱经武的钇钡铜金属氧化物(Yttrium Barium Copper Oxide)。之后虽然有新材料持续提升临界温度,但是关于其物理机制存有分岐,没有令人一致信服的理论。这其实很大程度的减缓临界温度的提升—没有理论基础的实验尝试,有时看来像是炼金术。Nature News的文章用那些检验实验的结果,简单解释为何LK-99非超导体:韩国团队所看到的部分悬浮(partial lifting)现像是铁磁(ferromagnetism)机制;材料本身其实是绝缘体。看到的电阻在特定温度下骤降,乃因样品中掺有硫化铜的杂质,在那特定温度时硫化铜产生相变,造成电阻骤降。没有杂质的样品,是看不到电阻骤降的现象,这就暂时结论学界目前的扰动:LK-99不是室温超导体。但是如果真有室温超导体,最该立即投入研发的应该是半导体产业。半导体发展迄今,各方向发展的瓶颈几乎都集中于散热问题。半导体发热的来源,简单归结有2个。首先,是晶体管于0与1状态切换所需的能量,每次运作大概花1 fJ(femto Joule,10的负15次方)。看起来数量级很小,但是考虑到现在1片芯片上晶体管的闸极数(gate count),动辄以tera(10的12次方)为单位;而晶体管的运作速度可以达到ns(10的负9次方)等级,也就是每秒最高可以有10万亿次运作,发热量便相当可观。但是,更大的发热源是焦耳热(Joule heat),也就是当电子通过金属时因为电子碰撞晶格产生的热耗散。这个热耗散存在于芯片与芯片之间的金属连线,譬如数据在CPU、DRAM、NAND Flash之间的穿梭来回—这其实是一个电子系统中最大的热耗散来源,也存在于单一芯片之中。现代的IC芯片中有许多的信号线和电源线。现在的新工艺之一:晶背电源分配网络(BS-PDN;Back-Side Power Distribution Network),将供应晶体管运作电源的线路从原先的金属在线层,移到晶圆背面,使之比较接近坐落于晶圆底面的晶体管。单只是这样的缩短电源线的长度,就能大幅降低芯片的功耗和热耗散。假如室温超导体存在,最该立即投入研发的应该是半导体产业。单只是以室温超导体材料替代目前单一芯片中的金属连线,以及在先进封装中用以连络芯片之间的连线,如此造成的导体价值增进就远超过目前所知超导体的其他的应用价值。当半导体产业制程微缩的路走得日益艰难,先进封装以及新材料必须分担半导体创造新价值成长的责任,而室温超导体显然是新材料领域中,可一举解决目前半导体各方案中最大的共同瓶颈—热耗散问题。虽然此次的挫败显示室温超导体的路途还长,但是室温超导体的利益巨大,作为已走到世界最前沿的几个半导体龙头企业,前瞻研究中室温超导体可以开始考虑涵盖此一议题了。 
国内落居美国第三大进口国的背后成因
2023年7月时,国内外媒体引用美国商务部贸易统计数据,大幅报导合计2023年1至5月贸易数据,墨西哥已超越国内大陆成为美国第一大进口国。8月8日美国公布上半年最新数据,自国内进口额为2,030亿美元,较2022年同期大幅下滑25%,不及自墨西哥与加拿大进口的2,360亿美元与2,110亿美元,退居美第三大进口国。这其中数字的背后该如何解读?与台湾又有关联呢?国内下滑或是加墨崛起?若观察美国进口数据,近年自国内进口的高峰出现在2018年10月的545亿美元,其后便因美国发动贸易战,陆续几波对多项国内进口产品课以高关税后下滑,但因2020年第1季疫情爆发后的疫情红利,及国内2022年封控的递延需求,而分别在2022年1月与2022年8月回升至相近的进口金额,分别为532.1亿美元及540.6亿美元,其后便快速跌落至400亿美元以下,而自2023年2月为墨西哥及加拿大超越后,进口金额便持续落居两国之后。国内从2022年3月27日上海分区分批封控,到2022年12月7日突然全国解封,约长达8个月期间。根据BBC统计,从3月到10月,国内有超过150个地级市遭封控,其中有114个城市是在8月到10月进行的。若看国内整体出口数据,除了3、4月受到影响外,从7月的3,295亿美元逐步下滑至11月的2,929亿美元,12月略为回升,2023年1月再降至2,872亿美元,但美国自国内进口金额则是从10月就开始「跳水」。我认为除了美国2022年第4季经济活动走缓外,也反应美国分散供应源的走势,尤其是在2022年10月美国对国内祭出严厉出口管制措施的吓阻效应发酵。反观墨西哥与加拿大,2018年不只是美中贸易战开打年份,美国总统川普(Donald Trump)、加拿大总理Justin Trudeau及墨西哥总统Enrique Peña Nieto于该年11月签署美墨加协议(USMCA),取代早先的北美自由贸易协议(NAFTA),并于2020年7月1日生效。虽说这协议是川普施压邻国的产物,对美国最为有利,但也纳入汽车制造的新规定。若要在北美区域进口小客车与轻型卡车豁免关税,区域内自制零组件含量从NAFTA时代的62.5%,自2020年7月1日起算,分四年逐步提高为75%,重型卡车则分3阶段调整至70%。USMCA架构下 再度凸显加墨重要性千禧年前加墨均为美国第一大第二大进口国,国内则分别于2003年及2007年超越两国,自此跃居美国第一大进口国,以2022年来说,国内仍占美国商品进口金额的17.1%,明显领先墨西哥的13.6%及加拿大的13.3%,但自USMCA生效后,从月度美国进口数据中,明显可见墨西哥及加拿大对美出口持续成长的趋势。2023年上半国内落居美国第三大进口国一事,归纳起来,主因是美国自国内进口大幅减少,其次才是墨西哥及加拿大对美出口增温的结果,但在逆全球化的大趋势下,可预期长期来看,美加墨区域内贸易将持续胜于美中贸易,对台湾企业主而言,若企业全球布局蓝图中,美国市场乃重中之重的话,那麽也该有配套墨西哥及加拿大布局才是,不是吗? 
产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (四):统一标准建立的挑战
车用半导体零件标准制订,存在一定的挑战。第一个自然是供应链区域化的趋势。车联网是未来汽车发展的基础框架,目前国内已在多地建立车联网的先导区。国内系统以外的市场是否会采用相同或类似的标准呢?存疑。这可能分裂未来的产业统一标准,乃至于市场。第二个挑战是虽然电动车销售量已超过1,000万辆,但是产品的概念仍存在高度流动性。也就是说,电动车/自驾车的产品概念仍在快速演化之中,这也不是全然的向壁虚构。电动车/自驾车目前的演化方式像过去的手机,最大程度的将既存的可携电子系统全部吸纳进系统中,多少也会依存于既定电子系统的标准。譬如网络的技术无论如何,也是要基于现行5G技术标准,只是特化于汽车的应用,这样车联网的技术就有粗略的一个技术标准框架了。但是电动车/自驾车更精细的功能犹存有相当的空间,车用半导体零件标准制订必须对这些创价空间留存弹性。挑战还来自半导体本身技术的快速进展。半导体技术不再只依循制程微缩的单一增值路径,增值的方法另外还有使用新材料、先进封装等方法。以已经使用先进封装多年的CIS (CMOS Image Sensor)为例,这是在汽车中已经开始提高用量的传感器。目前的CIS至少包含像素阵列(pixel array)及影像信号处理器(ISP)2个芯片,以先进封装的方式相结合。由于先进封装技术的进展,堆叠3个、4个芯片—譬如再加上DRAM以及做边缘计算(edge computing)的逻辑芯片—乃至于更多的芯片,都可能在可见的未来发生。封装后的产品,不只是效能参数改进的问题,更是功能变化、扩充的问题。虽然过去其他产品标准的订定也会配合半导体制程的演进而渐进式修改,譬如SDRAM、DDR、DDR2、DDR3 等的演化,但是总体的架构变化是渐近式的,而且每次标准的使用也稳定好一阵子,系统和半导体零件业者都可以使用新标准获得相当回报。然而,车用半导体的变化有可能比较快速而激烈,这对于半导体零件标准制定形成挑战。做为系统厂商的汽车厂商要垂直整合半导体到哪一个价值环节比较有经济效益?如果不考虑地缘政治的因素,我认为到ADAS 或L3、L4自驾芯片的设计也许是个好的界线,这是总结手机公司发展经验可以得到的结论。整合到此部分,系统公司已足以掌握系统核心价值的创造,譬如Tesla的半导体垂直整合目前便止于L4的芯片设计。如果汽车公司再深入半导体制造部分,就容易面临要同时具备多种核心能力-包括汽车设计、制造与半导体制造-的挑战。而半导体的环节也必然会面对规模经济不足的窘境,毕竟竞争对手是不会采用对手设计、制造的半导体零件的。以此来考虑车用半导体零件统一规格标准,在汽车的ADAS/自驾芯片定义界面标准会是一个比较合适的起点。从此以下的半导体零件,制定较为有弹性的架构及可靠性规格。讲架构是因为半导体技术部分还存有流动性,架构性的标准比较容易去接纳新的技术以及相应的新增产品功能;可靠性更多的是针对汽车安全的相关规格。衆所周知,汽车对于安全性的要求近乎完美,而可靠性只是对于安全性的基础要求之一。当硬件的标准订定之后,车厂比较能减少责任的风险,它也会让法律的修订、保险产品的设计因有硬件的依据加快进行,而这些非技术的因素是自驾车正式问世的最大难题。
产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (三):车用半导体零件的统一标准建立
电动车及自驾车是未来最大的半导体应用领域。汽车产业每年市场超过2万亿美元,超过手机、PC、服务器等市场的总和。2022年电动车的销量已经超过1,000万辆,占整体汽车市场的比例高达13%。电动车/自驾车预计在2030年的制造成本中,有50%会来自于半导体;2040年后由于自驾车趋于成熟,可能更会高达70%。电动车/自驾车与半导体的相互依存程度不言而喻。电动车/自驾车用半导体零件目前并没有齐一的规格。以半导体其他应用—如前述的DRAM经验来看,半导体零件的规格制定会大幅降低半导体零件成本,进而降低电动车/自驾车售价、扩大市场,对汽车和半导体产业是个双赢的策略。但是有部分汽车业者似乎又想走回过去电子系统业者的老路:垂直整合、深入半导体制造环节。具体的例子有比亚迪、博世(Bosch)等。特别是在COVID-19(新冠肺炎)期间,汽车厂商经历零组件断供困境,对于整个汽车产业的供应链有直接掌握的强烈渴望。汽车厂垂直整合进半导体的考量可能来自于强化核心竞争力。如果一部车子的制作成本有50%,甚至70%来自于半导体,则可能汽车价值的创造也大部分来自于半导体。核心价值相关的硬件全部外购,无疑是把自己降格成组装厂,无法在激烈的竞争中立足。汽车产业与半导体产业的垂直整合,表面上还有其他的好处。车用半导体零件由于没有统一标准,很多是定制化的,汽车业者与IC设计公司的沟通是另一种成本,垂直整合可以大幅削减定制化的交易成本。另外,车用半导体零件的验证期通常很长。半导体设计、制造内化在汽车公司内后,验证的周期可望大幅缩短。但是订定车用半导体统一标准、促使垂直分工成为可能进而获得好处,我认为会比垂直整合的好处还是要大。除了前述的扩大规模经济、降低成本、加速研发进展等好处外,还有对汽车产业特有的好处。譬如统一的规格可以加速立法推动,也可以建立世界公认的验证平台,加速零件上市的速度等好处。国际半导体产业协会(SEMI)已开始推动车用半导体的统一标准。 
产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (二):DRAM标准规格改变的产业型态
当DRAM标准规格问世后,马上改变产品的市场竞合规则。DRAM有JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)制定的规格,各公司的产品在电压、频率、信号序列、I/O管脚等定义是完全相同的;也就是说,把模块条上的一颗DRAM置换成另外一家公司相同规格的DRAM,理论上是可行的。所以产品的竞争领域就只局限在产品推出的时间、成本(制程和良率)和可靠性上。先推出的新标准规格产品虽然市场较小,但享有较高的溢价;用较先进的制程来生产相同规格产品的成本显然较低。这两个因素是产品规格标准化后产生的内建机制,迫使各厂商奋力研发新制程。市场面上产品规格的统一标准化,意味着产品的大宗商品化(commoditization)。大宗商品市场的特性是供应商与顾客的交易程序简单、但是黏着度不高。由于同质商品流动性高,而且与计算相关的系统应用对DRAM的使用量很有弹性—当DRAM占成本比例时就少买些,所以市场对供需平衡的敏感度极高。大宗商品的价格起伏幅度极大,这也解释为何存储器市场经常性的面临一岁一枯荣的景况。由于大宗商品的产品价格是主要的竞争因素之一,较低的价格让应用方的系统成本也随之降低,销售量变大,反过来回馈到DRAM市场变大。此乃大宗商品特性所带来的良性循环。在产业的价值链中尽可能的增加企业加值节点,以增加企业的竞争优势的策略,称为垂直整合。过去很多电子、通讯厂商采用这个策略因而进军半导体产业,早期的有如AT&T、IBM等,授权技转给台湾的RCA也是一家系统公司。包括日本全盛时期的NEC、东芝(Toshiba)、日立(Hitachi)、富士通(Fujitsu)等,以及韩国三星电子(Samsung Electronics)、乐金(LG)、现代(Hyundai)原先都是系统公司,也都是依这思路进入半导体领域。DRAM有规格标准之后,相关的上下游零件—譬如CPU与DRAM,乃至于与系统之间就不需要有密切的合作,双方一切照标准规格操课就行了。此导致一个重要的产业结构的变化:上下游垂直整合失去策略优势。所以在DRAM环节的厂商可以专心致力于单一产品的量产,追求规模经济。由较大营业额产生的较大利润可以支持独立的制程研发,进一步拉开与竞争对手的技术差距,整个产业慢慢往寡占的方向演变。甚至只是「类标准」都有可能启动相近的产业正向循环。记得PC是如何快速崛起的吗?IBM首代PC问世后,第二代、第三代的PC XT、AT业界就有IBM compatible的类标准产生。这一方面是由于IBM在产业前期的主导地位,也因为在硬件方面英特尔(Intel)近乎垄断的供应与微软(Microsoft )Windows OS在软件方面的强势崛起。框架边界的明确定义,促使与之协作各式零组件规格的迅速明确化,协力厂商可以立即专于注于单一产品的优化而建立规模经济,整机的价格可以持续降低,再次扩大系统以及零组件的市场规模,这也是台湾半导体及电子与通讯系统制造业早期发展的契机。抽象地来说,规格化提供产业链各价值环节的连接标准规格,弱化垂直整合优势,这使得单独的产业链价值环节有生存的可能。当个别产业链价值环节专精于单一产品的生产,规模经济得以建立。对于半导体产业而言,与系统制造业可以垂直分工是重要的一步。可以垂直分工意味着可以分取较多的利润,进而投入尖端制程的研发,这对于半导体产业的发展、茁壮至关重要。由产业的发展历史中也可以看到,原先由系统业者藉垂直整合伸向半导体业者几乎全多褪去,仅存的也在努力剥离系统业务与半导体业务之间的关系。这是已发生过的产业历史。
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)存储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%)。如果将存储器归成一大类的话,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,存储器与处理器是唯二被提及的硬件,所以处理器与存储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。存储器中的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块也大致通用。存储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),这个年份距离晶体管的发明已经历过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储器阵列,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。台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寸晶圆厂、DUV、CMP等,在台湾都是先由DRAM厂商领先使用的,这种趋势一直至2000年初后才开始反转。