集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展新特征

目前，電子管和晶體管制造電子產(chǎn)品的時(shí)代發(fā)生了量和質(zhì)的變化，一個(gè)新興的集成電路產(chǎn)業(yè)誕生了出來(lái)，那么他有哪些新特點(diǎn)呢，本文將分析集成電路產(chǎn)業(yè)的新特點(diǎn)。

一、全球集成電路產(chǎn)業(yè)鏈變革歷程

60多年來(lái)，集成電路產(chǎn)品從小規(guī)模集成電路(SSI)逐步發(fā)展到特大規(guī)模集成電路(ULSI)，經(jīng)歷了從板上系統(tǒng)(SystemonBoard)到芯片級(jí)系統(tǒng)(SystemonChip)的過(guò)程。在這漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程中，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)發(fā)生了三次重大變革。這三次變革的重要原因都包含“為了解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)或IC設(shè)計(jì)上的問(wèn)題”，所以在技術(shù)上有了相應(yīng)的對(duì)策，而在產(chǎn)業(yè)分工上也相對(duì)地產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)性的改變。

第一階段：系統(tǒng)廠商主導(dǎo)階段

主導(dǎo)廠商：及航空航天公司

1960年代，集成電路剛剛誕生時(shí)，作為一項(xiàng)新興技術(shù)，生產(chǎn)涉及到的技術(shù)僅為少數(shù)企業(yè)所掌握，而生產(chǎn)所用的設(shè)備、材料、制造工藝技術(shù)等又具有高度的專(zhuān)業(yè)性，是過(guò)去其他產(chǎn)品生產(chǎn)中從未曾涉及、使用過(guò)的。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)到原材料生產(chǎn)技術(shù)到加工工藝技術(shù)，都無(wú)法作為成熟產(chǎn)品從市場(chǎng)上直接獲得。因此，任何企業(yè)要想進(jìn)入集成電路領(lǐng)域，唯一的途徑就是自身掌握包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造在內(nèi)的全套技術(shù)，擁有半導(dǎo)體材料制備和生產(chǎn)設(shè)備，也就是我們通常所說(shuō)的“全能企業(yè)”。

美國(guó)、日本的早期集成電路企業(yè)仙童半導(dǎo)體(FairchildSemiconductor)、摩托羅拉(Motorola)、國(guó)際商業(yè)機(jī)器(IBM)、日電(NEC)、索尼(Sony)等公司都是依附于大型企業(yè)集團(tuán)的，在本集團(tuán)戰(zhàn)略思想的統(tǒng)一指導(dǎo)下，從事產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，而產(chǎn)業(yè)內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)也主要表現(xiàn)為水平整合，集整機(jī)產(chǎn)品和集成電路的設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試等生產(chǎn)過(guò)程于一身。

主要是為自身制造的電子整機(jī)產(chǎn)品(電子設(shè)備、通信設(shè)備、家用電器等)服務(wù)的，以此增加其整機(jī)產(chǎn)品的附加值，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和功能，降低生產(chǎn)成本，爭(zhēng)奪市場(chǎng)。不過(guò)當(dāng)時(shí)的電路產(chǎn)品主要是雙極器件電路和簡(jiǎn)單功能的MOS電路，用于替代成本較高的晶體管器件。

第一次變革：微處理器與存儲(chǔ)器的誕生催生IDM企業(yè)出現(xiàn)

第二階段：IC產(chǎn)業(yè)處于以生產(chǎn)為導(dǎo)向的初級(jí)階段

主要廠商：英特爾、德州儀器、摩托羅拉

集成電路產(chǎn)業(yè)的第一次變革是從1970年代開(kāi)始，隨著微處理器與存儲(chǔ)器的誕生，原來(lái)由系統(tǒng)公司獨(dú)攬系統(tǒng)與IC設(shè)計(jì)的垂直整合時(shí)代，轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)公司與IC公司的分業(yè)體制。

1960年至1970年，系統(tǒng)廠商包辦了所有的設(shè)計(jì)和制造，隨著電腦的功能要求越來(lái)越多，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，使得部分系統(tǒng)廠商產(chǎn)品推出時(shí)便已落伍，因此，有許多廠商開(kāi)始將使用的元件標(biāo)準(zhǔn)化，1970年左右，微處理器、存儲(chǔ)器和其他小型IC元件逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，也由此開(kāi)始區(qū)分系統(tǒng)公司與專(zhuān)業(yè)集成電路制造公司。

此一階段，IDM企業(yè)在集成電路市場(chǎng)中充當(dāng)主要角色，IC設(shè)計(jì)是作為附屬部門(mén)而存在。這時(shí)的IC設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體工藝密切相關(guān)。IC設(shè)計(jì)主要以人工為主，CAD系統(tǒng)僅作為數(shù)據(jù)處理和圖形編程之用。

IDM公司被垂直整合，從概念到消費(fèi)者，從原材料到產(chǎn)品;IDM公司在內(nèi)部控制所有過(guò)程、材料和供應(yīng)。在這種垂直整合中，從設(shè)備定制到使用新材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新都是很常見(jiàn)的，一家公司控制工藝并雇用創(chuàng)新者。芯思想

當(dāng)垂直整合和研發(fā)成本太高而無(wú)法在全球市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，在整個(gè)過(guò)程中即興創(chuàng)作和創(chuàng)新的能力就喪失了很多。IDM公司一直在承受降低成本、保持和提高質(zhì)量的壓力。

第二次變革：ASIC技術(shù)的誕生催生Fabless+Foundry模式出現(xiàn)

第三階段：IC產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入以客戶為導(dǎo)向的階段

主要廠商：臺(tái)積電、賽靈思

第二次變革是在1980年代，由于ASIC和ASSP的出現(xiàn)，使得門(mén)陣列和標(biāo)準(zhǔn)單元的設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，催生了Foundry+Fabless的運(yùn)營(yíng)模式。

雖然有部分集成電路標(biāo)準(zhǔn)化，但在整個(gè)電腦系統(tǒng)中仍有不少獨(dú)立IC，過(guò)多的IC使得運(yùn)行效率不如預(yù)期，ASIC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)系統(tǒng)工程師可以直接利用邏輯門(mén)元件資料庫(kù)設(shè)計(jì)IC，不必了解晶體管線路設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)部分，設(shè)計(jì)觀念上的改變使得專(zhuān)職設(shè)計(jì)的Fabless公司出現(xiàn)，專(zhuān)業(yè)晶圓代工廠Foundry的出現(xiàn)填補(bǔ)了Fabless公司需要的產(chǎn)能。芯

隨著微處理器和PC機(jī)的廣泛應(yīng)用和普及，雖然有部分集成電路標(biāo)準(zhǔn)化，但已經(jīng)難以滿足整機(jī)客戶對(duì)系統(tǒng)成本、可靠性等要求。因?yàn)樵谡麄€(gè)電腦系統(tǒng)中仍有不少獨(dú)立IC，過(guò)多的IC使得運(yùn)行效率不如預(yù)期。同時(shí)整機(jī)客戶則要求不斷增加IC的集成度，減小芯片面積，使系統(tǒng)的體積縮小，降低成本，提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比，從而增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，得到更多的市場(chǎng)份額和更豐厚的利潤(rùn);同時(shí)，由于IC制程技術(shù)的進(jìn)步，軟件硬件化已成為可能。

為了改善系統(tǒng)的速度和簡(jiǎn)化程序，ASIC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，工程師可以不必了解晶體管線路設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)部分，直接利用邏輯門(mén)設(shè)計(jì)門(mén)陣列(CPLD)、可編程邏輯器件(FPGA)、標(biāo)準(zhǔn)單元、全定制電路等。設(shè)計(jì)觀念上的改變使得專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的Fabless公司出現(xiàn)。

而讓Fabless模式發(fā)揚(yáng)光大的主要得益于三個(gè)重要因素。

一是LynnConway和CarverMead合著的《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導(dǎo)論IntroductiontoVLSISystems》在1980年出版。書(shū)中提出了通過(guò)編程語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的新思想。

二是EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具的發(fā)展，PCB設(shè)計(jì)方法引入IC設(shè)計(jì)之中，如庫(kù)的概念、工藝模擬參數(shù)及其仿真概念等，集成電路邏輯仿真、功能驗(yàn)證的工具的日益成熟，設(shè)計(jì)開(kāi)始進(jìn)入抽象化階段，使設(shè)計(jì)過(guò)程可以獨(dú)立于生產(chǎn)工藝而存在，工程師們可以設(shè)計(jì)出集成度更高且更加復(fù)雜的芯片。明導(dǎo)電子、新思科技、楷登電子等EDA巨頭在此階段相繼成立。

三是Foundry出現(xiàn)，彌補(bǔ)了Fabless公司需要的產(chǎn)能空缺。1987年臺(tái)積電成立，開(kāi)創(chuàng)了Foundry+Fabless模式運(yùn)營(yíng)的新時(shí)代。臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀也因此獲得2011年度IEEE榮譽(yù)勛章(IEEEMedalofHonor)。目前純晶圓代工提供商有臺(tái)積電、聯(lián)電、中芯國(guó)際、華虹集團(tuán)等。

不過(guò)，在Fabless剛萌芽時(shí)，AMD創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)JerrySanders對(duì)此表示懷疑，曾發(fā)出“Realmenhavefabs”的言論。不過(guò)也確實(shí)有Fabless成功轉(zhuǎn)型IDM，比如美信(Maxim)、巨積LSILogic。

第三次變革：SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)的誕生催生IP與設(shè)計(jì)服務(wù)公司出現(xiàn)(芯片設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化成搭積木)

第四階段：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入完全專(zhuān)業(yè)分工階段，IDM轉(zhuǎn)型Fab-lite

主要廠商：ARM、高通

第三次變革在1990年中后期，工藝制程推進(jìn)到了180納米，芯片上集成的晶體管已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)。這時(shí)可重復(fù)使用的硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)(SiliconIntellectualProperty，SIP)出現(xiàn)了，某一功能可以使用某一SIP核來(lái)管理，使得設(shè)計(jì)更有效率。

1994年摩托羅拉(Motorola)發(fā)布了用來(lái)設(shè)計(jì)基于68000和PowerPC定制微處理器的FlexCore系統(tǒng)，1995年LSILogic為索尼(Sony)的PlayStation設(shè)計(jì)的CPU(集成了一個(gè)32位RISC微處理器，JPEG視頻和3D圖形引擎)，應(yīng)該是第一代基于SIP核完成SoC設(shè)計(jì)的較早產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)的SoC相對(duì)簡(jiǎn)單，包含處理器、存儲(chǔ)器和邏輯芯片，如LSILogic為索尼(Sony)的集成了一個(gè)32位RISC微處理器、JPEG視頻和3D圖形引擎。

由于SoC可以充分利用已有的設(shè)計(jì)積累，顯著地提高了ASIC的設(shè)計(jì)能力，因此發(fā)展非常迅速。隨著RF電路模塊和數(shù)?；旌闲盘?hào)模塊集成在單一芯片中，SoC集成的內(nèi)容越來(lái)越多，現(xiàn)在SoC中包含一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器、模擬電路模塊、數(shù)模混合信號(hào)模塊以及可編程邏輯。

高度復(fù)雜的系統(tǒng)功能和愈來(lái)愈快速的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間(TimetoMarket)要求，不允許芯片設(shè)計(jì)者公司一切從零開(kāi)始，必須借鑒和使用已經(jīng)成熟的設(shè)計(jì)為自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)，決定了SoC的設(shè)計(jì)必須采用與傳統(tǒng)單片集成電路設(shè)計(jì)不同的方法。

SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，其包含三個(gè)內(nèi)容，一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法;二是IP核的設(shè)計(jì)和使用;三是深亞微米集成電路設(shè)計(jì)。

隨著SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)的普遍采用，芯片設(shè)計(jì)公司購(gòu)買(mǎi)第三方公司的IP，組合成SoC，整個(gè)過(guò)程就跟拼積木一樣，芯片的規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從百萬(wàn)門(mén)級(jí)發(fā)展到今天的數(shù)十億門(mén)級(jí)。

SIP概念的興起，將具有某種特定功能的電路固定化，當(dāng)IC設(shè)計(jì)需要用到這項(xiàng)功能時(shí)，可以直接使用這部分電路，隨之而來(lái)的是專(zhuān)業(yè)的IP與設(shè)計(jì)服務(wù)公司的出現(xiàn)。芯思想

在此階段，還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象就是IDM公司紛紛轉(zhuǎn)型FabLite。面對(duì)密集智力和龐大資金的壓力，IDM廠商開(kāi)始了悄然轉(zhuǎn)型，有的轉(zhuǎn)型FabLite，有的變身Fabless。在Fabless剛萌芽時(shí)，AMD創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)JerrySanders對(duì)此表示懷疑，曾發(fā)出“Realmenhavefabs”的言論，不過(guò)到時(shí)2009年時(shí)，AMD也不得不通過(guò)戰(zhàn)略剝離其FAB制造，從而變身Fabless，還好現(xiàn)在AMD的主事人是位華裔女性。

集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展至此階段，專(zhuān)業(yè)分工已經(jīng)初步形成，隨著SIP設(shè)計(jì)、EDA工具、芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)逐步成熟，在各個(gè)專(zhuān)業(yè)環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的公司。

二、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新時(shí)代

戴爾的虛擬垂直整合供應(yīng)鏈

工業(yè)革命造就了偉大公司，以及創(chuàng)新(innovation)和專(zhuān)利(patents)的沖擊(onslaught)。杜邦(DuPont)、陶氏化學(xué)(DowChemical)等公司從19世紀(jì)末到20世紀(jì)都呈指數(shù)增長(zhǎng)。

垂直整合的模式被戴爾計(jì)算機(jī)(DellComputer)進(jìn)一步發(fā)展了。創(chuàng)始人邁克爾·戴爾(MichaelDell)將供應(yīng)鏈的傳統(tǒng)垂直整合與虛擬組織的特殊特征相結(jié)合，創(chuàng)建了一種稱(chēng)之為“虛擬整合”的運(yùn)營(yíng)模式。其較重要的一點(diǎn)就是：專(zhuān)注于自己較擅長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，把不擅長(zhǎng)的環(huán)節(jié)交給行業(yè)中做得較好的人去做，然后通過(guò)采購(gòu)把較具性價(jià)比的產(chǎn)品買(mǎi)回來(lái)，自己做較后的整合。

實(shí)際上，戴爾模式較重要的是速度(Speed)、體驗(yàn)(Experience)和更低的成本(Cost)。

第四次變革：Chiplet和異構(gòu)集成

第五階段：集群虛擬垂直集成階段

主要廠商：臺(tái)積電+高通+日月光;中芯國(guó)際+華為海思+長(zhǎng)電科技

集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的四個(gè)階段(系統(tǒng)廠商主導(dǎo)階段、生產(chǎn)導(dǎo)向階段、客戶導(dǎo)向階段、專(zhuān)業(yè)分工階段)中，各種類(lèi)型的公司一直相互存在，時(shí)至今日，各種類(lèi)型的公司都有存在的價(jià)值和意義。

前文提到，當(dāng)垂直整合和研發(fā)成本太高而無(wú)法在全球市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，在整個(gè)過(guò)程中即興創(chuàng)作和創(chuàng)新的能力就喪失了很多。IDM公司一直在承受降低成本、保持和提高質(zhì)量的壓力。芯思想

大型公司不太可能恢復(fù)完全的垂直整合，但是通過(guò)深化供應(yīng)商與客戶(購(gòu)買(mǎi)者)之間的關(guān)系，已經(jīng)出現(xiàn)了成功產(chǎn)生新創(chuàng)新的成功案例。虛擬垂直整合可以通過(guò)共享增長(zhǎng)愿景的供需雙方之間的關(guān)系以及為創(chuàng)造創(chuàng)新機(jī)會(huì)的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。

隨著集成電路產(chǎn)業(yè)形態(tài)的成熟，集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了集群虛擬垂直整合(ClusteredVirtualVerticalIntegration，CVVI)模式發(fā)展階段。也是集成電路第五階段。集群、虛擬垂直、整合是該階段的精髓。芯思想

集群起源于共同生活。延伸到集成電路產(chǎn)業(yè)，就是讓專(zhuān)精于不同領(lǐng)域的公司，彼此以結(jié)盟或戰(zhàn)略伙伴關(guān)系互補(bǔ)，以達(dá)到快速布局的戰(zhàn)略目的，進(jìn)而達(dá)到有效的垂直整合。在集成電路產(chǎn)業(yè)里，為了縮短芯片設(shè)計(jì)周期，產(chǎn)業(yè)鏈各公司必須彼此溝通合作，透過(guò)廠商間的鏈接和IP整合，讓業(yè)者界跟上客戶的需求和市場(chǎng)的變動(dòng)，讓彼此的效益可以發(fā)揮到較大，實(shí)現(xiàn)較佳競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

美國(guó)硅谷、日本九州島、中國(guó)臺(tái)灣新竹(含新竹、桃園、苗栗)的發(fā)展模式，就是集成電路集群的例子。這些地方聚集了集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上下游的企業(yè)，公司之間即互相競(jìng)爭(zhēng)，又互相合作。

相比較而言，中國(guó)臺(tái)灣新竹、桃園、苗栗在虛擬垂直方面整合得更好、更徹底。晶圓代工(Foundry)有臺(tái)積電(TSMC)和聯(lián)電(UMC);封測(cè)代工(OutSourcedAssemblyandTesting，OSAT)有日月光(ASE)/矽品精密(SPIL)、力成(PTI);設(shè)計(jì)公司幾乎全集中于此，包括聯(lián)發(fā)科(MTK)、聯(lián)詠(Novatek)等;設(shè)計(jì)服務(wù)公司有創(chuàng)意電子(GUC)、智原(Faraday)等;IP提供商有力旺(eMemory)發(fā)展至今，中國(guó)臺(tái)灣晶圓代工(Foundry)占有全球75%的份額，僅僅臺(tái)積電就占有超過(guò)50%的份額;封測(cè)代工(OSAT)也占有50%以上的市場(chǎng)份額，日月光控股(包括日月光和矽品精密)占有全球超過(guò)30%的份額。

現(xiàn)在來(lái)看中國(guó)內(nèi)地的情況。中國(guó)內(nèi)地在集成電路領(lǐng)域較具規(guī)模的是以上海為核心的長(zhǎng)三角地區(qū)。晶圓代工(Foundry)領(lǐng)域有中芯國(guó)際、華虹集團(tuán)、華潤(rùn)上華等;封測(cè)代工(OSAT)領(lǐng)域有長(zhǎng)電科技、通富微電、華天昆山、晶方半導(dǎo)體等;設(shè)計(jì)公司有紫光展銳、格科微、兆芯等;設(shè)計(jì)服務(wù)公司有芯原;設(shè)備有中微半導(dǎo)體、上海微電子等;材料有安集、新陽(yáng)等;EDA工具有廣立微、芯和等。根據(jù)芯思想研究院的調(diào)研數(shù)據(jù)，長(zhǎng)三角地區(qū)占有中國(guó)內(nèi)地51%的規(guī)模;晶圓代工領(lǐng)域占有中國(guó)內(nèi)地本土晶圓代工的85%;封測(cè)代工領(lǐng)域占有中國(guó)本土封測(cè)代工的80%。

集群、虛擬垂直、整合已經(jīng)成為集成電路產(chǎn)業(yè)的大勢(shì)所趨。單打獨(dú)斗的模式必將被淘汰，相互合作才有未來(lái)