矽說台灣:台灣半導體產業傳奇

by byronyen

1.1966年全球第一個加工出口區在高雄成立(現稱前鎮科技產業園區),同年美商GME(3位快捷半導體員工所成立)申請進入加工出口區,即高雄電子,從事電子計算機、電子琴晶片的裝配和測試,是台灣第一家關於半導體的工廠。之後飛利浦(建元電子)、德儀陸續來台設廠。外資封裝測試廠的進駐,也讓國內業者嗅到商機,陸續在加工出口區設立了封測廠,如1971年成立的華泰電子、1973年成立的菱生精密等。


2.台灣資訊電子產業,其源頭可概分為兩大體系:(1)施振榮帶領的宏碁、緯創,及宏碁二代施崇棠所創立的華碩、李焜耀的明基;(2)是從1972年所成立的三愛電子所後續發展出的包括廣達、英業達、金寶、仁寶等NB廠商。環宇和三愛,都是以生產電子計算機(IC下游的組裝業者)發跡的,施振榮最早即在環宇工作。台灣後來能成為全球重要的筆電生產基地,與很早便投入生產計算機有關。


3.蔣經國推動十項建設後指示行政院秘書長費驊研究台灣後續可發展的工業,費驊於是邀請在美國RCA的上海交大同學潘文淵返國討論。1974年於懷寧街的「小欣欣豆漿店」,潘建議發展積體電路為核心,並引進技術從事2年前才問世的電子錶IC製造,獲當時經濟部長孫運璿首肯。1976年工研院與RCA簽約,並派遣工程師赴美受訓,前後30多人。


同年台灣首座積體電路示範工廠在工研院破土興建,隔年完工。開始以7.5微米製程、每週可生產300片3吋晶圓。註(1):晶圓廠內的潔淨程度以每立方英呎內的灰塵數當標準,例如Class 100的無塵室(clean room)指每立方英呎內的,小灰塵(大於0.5μm粒徑的particle)數量低於100顆。註(2):晶圓大小以直徑來衡量,例如12吋晶圓也就是直徑30cm的晶圓片。從一片空白晶圓片進入晶圓廠,到送出來準備封測,約費時2個月。


4.1975年Carver Mead(最早將IC線路比做城市街道圖)與Lynn Conway已預見日趨複雜的IC結構,將讓IC設計成為問題。他們提出了包括電腦輔助系統設計、模組化設計等方法。Conway於MIT任教時,即運用上述方式讓學生學習設計IC,再將學生的設計以「多晶片晶圓」(Multi-chip wafer,不同IC設計線路共用一套光罩,以分攤成本)的方式,委託業者製造,使每位學生都拿到自己設計的成品。他們兩於1980年合作出版「超大型積體電路導論」(Introduction to VLSI Systems),在他們出書前只有接受完整電子電路與製程訓練的工程師才能設計IC。該書出版後陸續成為許多學校的教科書,IC設計人才開始湧現。


5.聯電的成立:1980年聯電由工研院示範工廠移轉所成立,當時民間投資意願低落,最後官股(交通銀行、中華開發、光華投資、工研院電子所、創新移轉)佔了了7成,其餘股東包括華新麗華、聲寶、東元、華泰電子。由於光華投資、中華開發、華新麗華等股東名稱裡都有個華字,於是取名「聯華電子」。聯電首任董事長為方賢齊、總經理杜俊元,當時年僅33歲的曹興誠(1947-)在聯電成立不久由工研院轉到聯電擔任副總,接著在杜俊元離職後升任總經理。


華新麗華本業是電線電纜,但靠聯電創始股東賺了錢。1987年華新麗華把聯電的股票賣掉,成立了華邦電子,之後又在1998年成立了瀚宇彩晶。華泰電子創辦人杜俊元也在1987年成立了矽統科技。


6.矽品精密與聯電互相扶持:原任職菱生的蔡祺文與幾位同事有意自行創業,聯電的宣明智還介紹了交大同學林文伯家族給蔡祺文等技術團隊,雙方資金和技術一拍即合,1984年創立矽品精密。當時聯電還只是個生產遊戲卡、IC卡的小廠,需要封測廠產能的支援,但首選菱生忙著為美日等國外客戶服務,沒有多餘產能可分以給聯電,聯電只好給矽品機會(當時曹興誠還對宣明智質疑說這個路邊攤行嗎)。結果聯電與矽品建立起最早期的策略夥伴關係一起成長。


7.四班二輪制:聯電推動了四班二輪制代替了原本的三班制,所謂的四班二輪制,就是把生產線分成4組人,每天由其中的2組人,分日夜兩班,各工作12小時。連續工作2天後,可以連休2天,換另外2組人值班。這樣的輪班方式,不分周末假日,所以產出較原來的三班制(日班、小夜班、大夜班,每班工作8小時、每週工作6天)更多。


8.聯電的晶圓專工模式:1984年海歸派在竹科分別成立了國善(莊仁川與吳欽智)、華智(歐植林)、美國茂矽(陳正宇)等3家半導體公司,都想蓋自己的晶圓廠,也都找上交銀協助出資。當時曹興誠曾提出讓3家公司的晶片設計,都拿到聯電製造的計畫(曹興誠後來稱這想法為晶圓專工)。但當時經濟部長徐立德將聯電的增資計畫書請當時仍在美國的張忠謀過目,張覺得不可行。因為張認為客製的服務除了製造外還要會設計,而聯電當時才剛成立設計部門。


到了1995年,美國IC設計公司大量上市,手握充沛現金卻苦無產能(拿不到台積電產能)。曹興誠到美國和這些有許多現金卻拿不到產能的IC設計公司談合作、合夥蓋晶圓廠。聯電把10餘家公司拉進來當股東,分別成立了聯誠、聯瑞、聯嘉等3家公司(均為8吋廠)。聯電集團除了提供合資夥伴產能外,還有餘裕為其他客戶代工。然發展到後來,同集團的幾家代工廠間,難免發生客戶重疊與價格競爭的情形,個別公司的研發資源也無法互通,必須重複投入製程開發。


於是1999年曹興誠推動五合一(聯電、聯誠、聯瑞、聯嘉、合泰電子),接著把IC設計部門分割出去,陸續成立聯陽、聯發科、聯詠、聯傑、聯笙與盛群(合併合泰所衍生),並逐漸降低持股比例,好讓與聯字輩IC設計公司競爭的業者,放心與聯電做生意。


9.台積電成立:1985年張忠謀回台擔任工研院院長,並兼任聯電董事長。但國善、華智、茂矽等3家公司產能的問題仍未解決。曹興誠「在美國設計、在台灣製造」的提議,在IDM公司兼營代工的諸多限制下:如景氣好的時候,IDM業者的自有產品會排擠代工客戶的產能、客戶對產品設計保密的考量等,未能成真。最後張忠謀決定成立專業晶圓代工公司台積電,本身不設計IC、只為客戶製造晶圓。


國際半導體業者如德儀、英特爾對台積電模式均不感興趣,最後荷蘭飛利浦公司決定入股(27.5%)、開發基金佔48.3%,剩餘股份則由神通、台聚、台塑投資,1987年台積電正式成立。


10.IBM於1986年授權台灣業者生產個人電腦,台灣很快成為PC與周邊的生產王國。這時台灣的IC產業已有基礎(尤其1980年竹科成立),於是兩大高科技族群:資訊和IC結合。1987年台灣解禁,業者開始赴大陸投資成衣、食品等行業,半導體公司尤其是IC設計公司如雨後春筍的冒出來。


翁大銘的華隆集團於1987年成立華隆微電子(IDM,和養豬的嘉畜合資成立晶圓廠),華邦電子也在同年成立。工研院電子所的黃洲杰、郭正忠等人離職並找到杜俊元投資,於1987年成立了矽統科技,幾年後杜俊元網羅到英特爾的劉曉明,開始專注在晶片組、繪圖晶片上,原來在矽統消費性IC的黃洲杰等人於是離開另成立了凌陽科技。瑞昱半導體也在1987年成立,是由7位工程師由電子所轉到聯電之後離職後成立的。也在同年,施振榮將國善創辦人吳欽智找回宏碁的電腦晶片設計事業,幾年後獨立成為揚智科技。


11.台灣的DRAM產業:張忠謀曾用學習曲線說明DRAM的經營模式:當某公司的某世代DRAM累績銷售量增加一倍時,它的單位成本就會降低30%。這代表當那家公司率先進入DRAM的下個世代時,只要累積的銷售量倍增,就可以在市場上藉著操控降價的速度,擠壓跟隨者的獲利空間而佔盡優勢。反觀速度落後的業者,自然落於學習曲線的下風。當領導業者發動降價,這些落後的業者馬上面臨售價低於成本的煎熬,也就是業者常說的「賣一顆、賠一顆」。但如果還想在產業繼續玩下去,就得硬著頭皮繼續生產,好讓自己快一點過渡到學習曲線的下一階段,至少成本下降的速度和領先者拉近,可依少虧一點。


台灣第一批DRAM公司,也就是上述的國善、華智、茂矽等3家公司,當時台灣沒有DRAM製造工廠,所以只好委託韓國與日本廠商代工。1991年茂矽合併華智,並合建了一座6吋廠。1989年宏碁成立德碁半導體(宏碁持股74%、德儀持股26%)。


1990年工研院投入次微米計劃(意思是小於1微米,目的在擺脫日、韓、美的控制,技術自主),並延攬在美國的盧志遠回台加入工研院。而盧志遠弟弟、在IBM工作的盧超群(溝槽式DRAM架構發明人,「半導體業馬英九」)則從IBM找了趙瑚、毛敘、陳冠中、丁達剛等四位留美華人回台創立鈺創科技。但2年後趙瑚、毛敘因理念不合離開團隊成立台晶,幾年後又帶著技術團隊離開成立晶豪。


幾年後次微米計畫最後發展出8吋晶圓次微米製程以及DRAM技術,於是打算和台積電、聯電一樣衍生民間公司。外商美光、日本三菱(瑞薩的前身)、德國西門子(英飛凌的前身)都表達了合作意願,但最後招標條件設為國人,後來黃崇仁成立力晶,向三菱取得DRAM技術;西門子也和茂矽合作。工研院次微米計畫的移轉最後以台積電為首的10家公司團隊得標,並取名為世界先進。


台灣除茂矽、德碁外,世界先進、力晶、南亞科、華邦電等公司,都是在1994、95年進入DRAM行業,但包括茂矽、德碁(1999年賣給台積電)、世界先進、力晶(現力積電)均轉型晶圓代工、南亞科與華邦電由標準型DRAM轉型為利基型DRAM。


12.台灣的IC設計產業:台灣早期IC設計主要為消費性應用(例如第一家IC設計公司太欣半導體從事電子錶計時器IC、電視遊戲IC),在IBM授權台灣業者生產個人電腦後,矽統、威盛、揚智等晶片組設計公司紛紛出現。威盛最早由日裔工程師在矽谷創立(Via Chip Technology),但晶片組競爭激烈面臨倒閉,王雪紅遂買下Via,改組為威盛並搬回台灣。1998年英特爾將支援Pentium II晶片組授權給威盛,使威盛成為當時全球僅次於英特爾的晶片組廠商,也穩坐台股股王。1990年代末期,威盛跨入CPU領域,接連併購國家半導體旗下的新瑞仕處理器事業、IDT的處理器事業,2000年發表首款CPU產品。然後來原本戰友後來互告侵權,官司從晶片組打到CPU,2005年雙方和解,威盛支付權利金,英特爾則授權威盛製造CPU與晶片組。


1995年聯電轉型晶圓代工,故陸續分割獨立出5家IC設計公司:聯陽、聯傑、聯發科、聯詠、聯笙等。其中聯發科是原來聯電的多媒體小組,首先跨入CD-ROM IC,接著進入CD-RW IC,再跨入DVD IC。蔡明介回顧聯發科進入CD-ROM晶片市場時,已經是產品快速成長期,但聯發科率先整合晶片,從3顆併成2顆、再併成1顆,再加上學習曲線:累積出貨量倍增時,產品成本下降三成,使售價有競爭力,兩者加成效果讓聯發科最後攻下超過一半的市場。


13.矽智財(SIP,Silicon Intellectual Property)與設計服務業:1992年石克強(妻為台灣惠普董事長何薇玲)回到台灣,遊說設計服務的商機,獲聯電支持,並將IP及NRE(Non-recurring engineering)部門分割,成立智原科技,也是亞洲第一家ASIC設計服務廠商,提供ASIC服務與矽智財(IP)授權服務。智原本身擁有許多已經在聯電驗證完成的設計元件和模組,公司根據客戶訂定的IC規格,幫助客戶設計特殊用途IC,並統包製造、封裝、測試等後續製程服務,節省客戶與各別廠商接洽的花費。台灣從早期的巨有、智原,到現在有創意(石克強離開智原後,與鈺創盧超群、清大教授林永隆等,於1998年創立創意電子,2003年台積電投資創意成為最大股東)、源捷、科雅、虹晶、世紀創新等多家設計服務公司。

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