台湾IC设计产业之技术系统分析
台湾交大ic设计文章

一. 前言到目前為止,我們已經學會使用電路圖描述邏輯電路,以及如何編譯它們, 模擬它們,最後再將它們下載到XS40電路板上.看起來它們好像跟您預期的一樣.但是當我們在編譯與模擬設計檔案時,很容易就忘記了,事實上電子元件有其自己的特性.這個章節會討論與分析一些邏輯電路的電子元件特性.如果了解這些簡易的電子元件特性,就可以了解所設計的電路為什麼有時候並不能如原本預期地運作了.二. I/O之特性-indeterminate state一個簡易的標準輸出反相器如下圖(a)所示.它是由兩個電晶體所組成的, 其中:Th電晶體是被連接在反相器的輸出接腳與+5V電源供應器之間;Tl電晶體則是連接在反相器的輸出接腳與接地端之間.如果我們將反相器的輸入端接地(形同輸入0,如下圖(b)),電晶體 Tl 就變成off,而電晶體Th就轉變成on.此時 Tl 表現像是一個打開(open)的開關,而Th則是緊閉 (close)的開關.結果在輸出接腳端到+5V的電源供應端之間就會產生一條低電阻的路徑.這樣子就會將輸出端接腳的電壓升高到+5V.(形同輸出1)當輸入端被固定在+5V時(形同輸入1,如下圖(c)),則產生與之前相反的動作;電晶體Th就變成off,而電晶體Tl 則轉變成on. 也就是Th表現像是一個打開(open)的開關,而Tl則是緊閉(close)的開關.結果在輸出接腳端到接地端產生一條低電阻的路徑. 這樣子就會將輸出端接腳的電壓拖曳到+0V.(形同輸出0)假如我們輸入的電壓值介於+5V到+0V之間的話會發生什麼樣的情況呢? 在這種情況之下,Tl 和Th兩個電晶體就會出現相互角力的情形,一方面Tl嘗試要將輸出端電壓拖曳到+0V,同時另一方面Th也嘗試著要把輸出端電壓升高到+5V.結果輸出端的電壓將會在+5V的電源供應端與接地端之間,處於不明確的狀態.這個問題的關鍵在於,當輸入多靠近+5V或是+0V 時,我們才能判別此輸入屬於+5V或是+0V呢?這就得依據電晶體Tl 和Th細部電子元件的特性來決定.對於TTL的電子元件特性而言,一個有意義的低電壓邏輯是介於0V到0.8V之間,有意義的高電壓邏輯是介於2.0V到5.0V之間.對於 CMOS的電子元件特性而言,電壓分佈的範圍就不太一樣,對於CMOS的電子元件特性而言,一個有意義的低電壓邏輯是介於0V到1.0V之間,有意義的高電壓邏輯是介於3.5V到5.0V之間.如果我們沒有連接任何訊號到輸入端,那麼電路的狀態將會是不確定的, 因為沒有實質的電壓輸入驅動電晶體,所以此時的電晶體可以是on或是off. 所以,其相對應的輸出端電壓也就可以介於0V到5V之間的任何電壓值.如此一來,就會造成了電路處於不明確的狀態.為了避免上述的情況發生,有些IC在每個輸入端到+5V的電源供應器間多加了一個提昇電阻(pull-up resistor),如下圖(a)所示.當輸入端沒有連接任何訊號時,提昇電阻R,就會將輸入端的電晶體提昇到+5V.p此提昇電阻通常具有很大的電阻值(大於10K).所以,當您想要將輸入電壓降低到接地值(0V),你就不需要提供那麼高的電壓去做這件事了.(如果想用一個電阻小的提昇電阻,那麼當您要將輸入拉到低電壓時,在+5V到接地端之間一定會產生很大的電流,所以不適用) 輸出電路也能被修改成擁有不同的電子元件特性.所謂的標準輸出端,就如同我們之前已經看到的,可以經由低電阻關閉電晶體,使得輸出電壓提昇到 +5V或是降低成+0V.然而,並不是所有的輸出都必須遵守標準輸出端的定義; 在某些的應用裡,您可能只希望輸出端輸出到+0V,而永遠不要提昇到+5V.這時候就必須用到像下圖(b)所示的開放式消耗性輸出(open-drain output).開放式消耗性輸出(open-drain output),當輸入是高電壓時,輸出就會經由電晶體T拉低至接地端.但l是當輸入被拉至低電壓的時候, 輸出端並不會被拉至+5V(雖然+5V屬於標準輸出的電壓值).因為T已經不h見了,而且T轉變成off,所以輸出端既沒有被連接到l+5V ,也沒有接到接地端.所以,此時它就處於不明確的狀態.當然,您也可以在輸出端到+5V之間加一個外部電阻器,如此也能達到與上面同樣的效果.開放式消耗性輸出的應用是與提昇電阻一起執行接線AND(wired-AND)運算,如下圖所示.如果兩個開放式消耗性輸出直接連接在一起,其中一個的輸出是低電壓的話,則其輸出結果將會是低電壓的輸出.如果兩個輸出都是不明確狀態的話,則線接AND的輸出就會藉由提昇電阻而被提昇至+5V.您不要嘗試著去建構出一個有標準輸出的線接AND,那是因為,一個邏輯閘的輸出也許會試著去藉由它的T將線接AND的節點拉至低電壓,l而在此同時,其它的邏輯閘試著要藉由T使接線AND的h節點提昇成高電壓.如此一來在線接AND節點上的輸出電壓就變成不明確的,而且將會有很大的電流在流動著,這樣也許會燒壞其中的一兩個邏輯閘.三. I/O之特性-tristate buffer 及其應用另一種型態的輸出則是三態(tristate)輸出.一個三態輸出可以驅動輸出到+5V或接地端,但是它也可以是不明確狀態.與開放式消耗性輸出不同的是,開放式消耗性輸出只能驅動到接地端或是不明確狀態,卻不能驅動到+5V.底下圖示是一個三態輸出的電路.它加入了兩個致能(Enable)輸入控制的新電晶體T.當此致能輸入被提g就會表現的像關閉(close)的開昇到+5V時,電晶體Tg關一樣,然後此邏輯閘就被致能了(即是,輸出端可以被驅動成+5V或是接地端).當致能輸入線被拉至到接地端時,然而,此時兩個電晶體T都是open,而且使得輸出端g到+5V間的電源供應端或接地端完全被切斷了,如此一來,輸出就被抑制,所以輸出端變成了不明確狀態.三態輸出器有啥功能呢?多個三態多工器可以被連接到另一個邏輯閘的同一個輸入端,而且致能線可以被用來避免輸出端與輸出端之間的干擾.當一個輸出正驅動著輸入端時,其他的輸出端都會被抑制,以至於它們處於不明確狀態而且不能干擾第一個輸出的結果.之後,藉由抑制第一個輸出端並致能第二個輸出端,第二個輸出端可以在不被其他輸出端干擾的情況下傳送訊號.如此一來,輸入端就可以接收到只有一個輸出端所送出的訊號.當您要建立多接腳匯流排(multidrop buses)時,將會使用這樣的技術.舉個例子,個人電腦裡面的記憶體匯流排,允許微處理器去接收從一個大數目的記憶體晶片所送來的資訊.它們都有三態輸出器,所有的記憶體晶片輸出都可以被連接到同一個匯流排,因為這樣就可以會只有特定的晶片可以傳送資訊到微處理機.所以,它們將不會互相干擾,因為同一個時間內,只有一個輸出會被致能.四. I/O之特性-fanout 之考量而之前的這些設計,在應用不當時,會帶來什麼樣子的麻煩呢?很明顯地,如果你使用開放式消耗性輸出器,而且不提供一個提昇的電阻器, 你就不能期望輸出會被提昇到+5V.或者是,如果您使用三態輸出器而不去致能它,您將不能期望輸出+5V或是接地值.但是,還有其它更微妙的問題.假設您有一個單一輸出的邏輯閘,此閘被許多其他的邏輯閘當作是輸入端所驅動(如下圖右側).更明確地說,假設這些其他的輸入每個都有10K 的提昇電阻.現在,您的輸出可以藉由T而被拉低至接l本身就具備電阻值(意即,它不是個完全理地端,但是Tl的ON-電阻值為100歐母.這個100歐想的導體).假設,Tl母的電阻值將會試著將蜃IA之電壓拉至接地端,而此時,提昇電壓也正試著要將節點A之電壓提昇至+5V.所以,就形成了一個電壓分配器 (voltage divider).而問題是,在提昇電阻使得節點A的電壓高於0.8V 之前,有多少個輸入可以被連接到輸出端?(對於TTL在低電壓時的最高限制為0.8V)而這個問題的答案就是解下圖左側的式子.這個式子解出來N=19.所以,這表示您可以從一個單一的輸出端去驅動另外19個其他邏輯閘的輸入.這是您邏輯閘輸出端所容許最多扇出 (fanout)的數目.如果試著驅動更多的邏輯閘將會導致因為抵觸電子元件的特性而不能正常的運作.(注意,驅動輸入端使其在高電壓式沒問題的,因為提昇電阻會幫助T使得輸出端提h昇為+5V.)五. Circuit Delay驅動其它19個邏輯閘看起來好像是件小事,所以,您也許會覺得扇出(fanout)的數目並不是很重要.然而,仍然還有許多的要素需要去考慮的,其中一項是有關傳送訊號時候的延遲.在電路上的每個節點都有電容(capacitance).在此節點電壓還沒到達+5V或接地值,電容的動作分別地就好像是個即將要被加滿水的一個空水桶,或是要將一個滿水桶慢慢將水倒出來.在XS40或XS95電路板上有您所想要的電容,例如像電源過濾電容(power filtering capacitor).除了電源過濾電容外,當然還有像寄生電容(parasitic capacitance),寄生電容是由電路特性的幾何學與電磁學的基本定理而產生的.而許多的問題往往都是這些寄生電容所導致的.假設,您正嘗試著藉由單一的輸出端將十九個輸入的電壓降到接地值.再假設,每個輸入端的電容值為10pF(10pF=10-13 F).所以,全部就有19X10=190pF的電容值,藉由電阻值為100歐姆的T要將此190pF的電容l充電.要將所有的電容充電完畢,並將所有的輸入端的電壓降成接地值,總共要花100歐姆X190pF=19ns(ns:奈秒,相當於10 -9.這個時間的近似值大約是電壓衰退時間的兩倍到三倍之間,所以這個值是介於38與57ns之間.假設最壞的狀況,讓延遲時間,T為57ns.即五百七d十億分之一秒,也許您可以說這個值小到根本可以不用去理它.然而讓我們去考慮一個200-MHZ的個人電腦.它每計算一個新的指令只需要花 1/(200X106 sec=5ns.所以在這短短的57ns的延遲時間裡面 ,個人電腦就已經可以執行大約13個完全的指令運算.這經驗告訴我們: 對於高速的電路而言,我們必須要限制它們的扇出數量.您不只必須要考慮由扇出數目多寡所造成的延遲時間.而且,邏輯閘本身也具有內建(built-in)的延遲.當邏輯閘的輸入改變時,其相對應的輸出不會立即改變.而這延遲時間主要是由IC內的寄生電容所引起的. 從輸入改變開始計算到輸出也改變為止的這段延遲時間,稱為傳遞延遲 (propagation delay)或是邏輯閘延遲(gate delay).邏輯閘延遲通常有下列兩種型態:tPHL:從輸入改變開始,到輸出從+5V降到接地值為止的延遲時間(傳遞由高電壓->低電壓)tPLH:從輸入改變開始,到輸出從接地值升到+5V為止的延遲時間(傳遞由低電壓->高電壓)通常PHL 與tPLH並沒有太大的不同,所以我們將它們兩個結合起來變成一個單一的邏輯閘延遲參數tpd.在XC95108 CPLD家族晶片裡,tpd的範圍是從7.5ns到20ns, 根據您所使用的晶片價格,一般越快的就越貴.如果是對XC4005XL FPGA 做時脈模擬,就變得比較複雜些,因為延遲時間的長短是依賴在邏輯閘如何地被映射到LUT所決定的.例如,如果有個邏輯閘可以被映射到一個單一的F或G LUT,輸入後只需要1.6ns得延遲時間,就可以在CLB的輸出端得到結果(這是根據XC4005XL FPGA 的時脈規格).但是,如果邏輯函數比較複雜,而且需要用到H LUT去結合F與G LUP的輸出,則傳遞延遲就會增加到2.7ns.綜合這兩個情況的延遲時間,都比XC95108的延遲時間還要少, 這是因為它們忽略了從輸入端經由I/O接腳傳遞到輸出端的延遲.延遲會造成怎樣的後果呢?下圖為一個3位元的漣波進位加法器 (ripple-carry adder)內,指出一條進位訊號的可能路徑.值得注意的是,進位訊號由最低有效位元到最高有效位元一直以漣波方式進位,從這個加法器的每個階段取出兩個邏輯閘延遲來觀察.假設,每個AND-OR 電路是被放置在單一的巨集格裡.因此,對於XC95108 CPLD而言,經過此 3位元加法器的最大延遲為3X20=60ns(但對於XC4005XL FPGA而言為3X2.3=9.6ns).繼而延伸下去,對於32位元的漣波進位加法器,最大的延遲為32X20=640ns(對於XC4005XL FPGA而言為32X4.7=150.4ns).所以 32位元的漣波進位加法器,可以在每秒執行大約1,500,000個加法運算(對於XC4005XL FPGA而言為每秒6,650,000個加法運算).這筆個人電腦的微處理機慢了許多.那麼為什麼電腦的加法器會那麼快呢?其中的一個答案就是使用進位前瞻電路(carry-lookahead circuit). 進位前瞻電路用平行的方式,同時計算數個進位位元.所以之前在漣波加法器的串聯式延遲,在此就可以被省略了.它的方法如下所示:進位前瞻加法器的最大延遲是多少呢?它只需要一個邏輯閘延遲的時間,就能把所有位元的Gi 與Pi同時計算出來. 然後,再兩個邏輯閘延遲的時間,就可以將Ci 的積項之和的等式計算出來(AND閘用去一個邏輯閘延遲時間以及OR閘用去另外一個). 所以,經過三個邏輯閘延遲的時間之後,就能將此加法器最後的進位計算出來.然而,要等全部進位位元相加起來,得到每個加法位元Si才算是完成了整個加法運算.所以,總共要四個邏輯閘延遲的時間,才能完成整個加法運算.假設我們持續地重複之前推倒出來的等式,利用前瞻加法器建構一個 32位元的加法器時,此32位元的進位前瞻加法器所需的最大延遲時間一樣還是只需要四個邏輯閘延遲時間而已.而建構這樣的加法氣又需要多少邏輯閘呢?答案是只需要少數即可.(但是比漣波的方式多)對於進位位元Ci ,一個XOR閘必須用來計算Pi,而在第i+2的AND閘必須與OR閘放在一起.(前題是,您可以找到能夠處理很大數目輸入的AND閘與OR閘.)所以每個進位位元需要i+4個邏輯閘.所以 ,用來處理N位元加法器,所使用到的全部邏輯閘數目是:N(N-1)/2 + 4N底下列出32位元漣波進位加法器和32位元進位前瞻加法器的比較.可以發現,若要速度快,付出的代價就是需要更多更複雜的邏輯閘來換取減少延遲時間.32位元進位前瞻全加器使用了大量的邏輯閘電路,所以進位前瞻全加器通常是使用4或8位元的邏輯單元來完成.每個區塊輸出的進位值再載入到下一個區塊中,然後再將進位前瞻加法器與漣波加法器的設計方法結合起來.如果8位元的進位前瞻加法器被用在32位元的加法器中,則此加法器最大的邏輯閘延遲為:( 32bits / 8bits ) X 3 + 1 = 13 gate delays以及在這加法電路所用到的邏輯閘數目為:( 32 bits / 8bits ) X [ 8 X ( 8 - 1 ) / 2 + 4 X 8 ] gates = 240 gates。
台湾IC工业的发展和现状

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工 厂
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1987
IC
的 发展 和 现状
台积电是什么意思

台积电是什么意思台积电(TSMC)是全球第三大晶圆代工企业,也是全球最大的 IC设计公司,被称为“世界第一芯片代工厂”。
其总部设在美国加州的硅谷。
台积电是一个高科技公司,其生产过程由几家独立、专注的晶圆代工厂生产,这些企业均以晶圆代工为核心业务,并采用先进工艺设备为客户提供定制化服务。
台积电在制造环节中大量使用美国供应商提供的芯片级设备和材料。
目前其已经拥有全球最先进的7纳米工艺制程设备和先进的半导体加工设备。
台积电目前已经成为全球最大、全球第二大、领先于竞争对手三星(Samsung)、联发科(Mellanox)等芯片设计公司领先的晶圆代工厂商第一批采用台积电提供芯片级工艺量产服务,这也是其保持市场领导者地位的核心技术之一。
一、台积电主要的产品台积电的主要产品包括芯片、系统及终端产品。
手机芯片、汽车电子芯片、笔记本、电脑芯片、显示器及液晶电视芯片、平板电脑芯片等。
由于芯片的应用范围非常广泛,所以被称为「超大规模芯片」。
据不完全统计目前市面上80%以上使用的芯片都是基于芯片级制造而成。
但是随着工艺制程技术日益成熟,对半导体材料、元器件和结构(晶体管)提出了越来越高的要求。
这些需求不仅包括高性能、低功耗、高性能和更高功率密度等基本要求,还包括体积小、功耗低、尺寸小、功耗低等诸多特点。
芯片主要包括: CPU、 GPU、内存、闪存、存储器、模拟 IC、视频处理芯片架构。
其中以 CPU为最主要产品种类,以占芯片成本72%为主,其次为存储芯片、 IC IC、GPU、内存控制器、智能手机等终端 CPU及 GPU等。
主要技术如下:制程技术:纳米技术、芯片结构技术、微纳制造技术、功率半导体技术、高集成技术等;芯片封装主要有以下几种: PCB封装;3 nm;2 nm; FinFET (金属-半导体); HBM (Hyperled Boost Manager);Hi-Fi芯片; HiFi芯片;蓝牙无线芯片等其他形式。
中国台湾地区集成电路产业

中国台湾地区集成电路产业中国台湾地区集成电路产业是全世界知名的高科技产业之一,拥有全球最大的芯片代工基地。
在中国台湾地区,集成电路产业是国民经济的支柱产业之一,为该地区的经济发展做出了巨大贡献。
中国台湾地区集成电路产业的兴起始于20世纪80年代,当时台湾政府开始推动电子产业的发展。
当时,台湾企业主要从事电子零部件和电子组装业务。
随着技术的不断提升和市场的变化,一些企业开始将目光投向集成电路产业。
从而逐渐形成了以台积电、联发科等企业为代表的集成电路产业集群。
中国台湾地区的集成电路产业当前分为制造、设计和封测三个主要领域。
其中,芯片制造是最为重要的一环节,台湾地区拥有全球最大的芯片代工产业。
此外,中国台湾地区的芯片设计能力也得到了高度的认可,该地区的企业在移动通讯、互联网、智能物联网等领域均有不俗的表现。
封测是集成电路产业中的一个重要环节,主要负责芯片的封装和测试等工作。
中国台湾地区的封测产业在国际上也有一定的影响力,其企业的产品质量和生产效率受到了客户的高度评价。
总体来说,中国台湾地区集成电路产业在国际市场上有着较强的竞争力和影响力。
该地区的电子制造水平、人才储备和研发水平均处于行业领先地位。
同时,中国台湾地区的政策环境和市场开放程度也有利于该地区集成电路产业的发展。
未来,随着信息技术的不断创新和应用,中国台湾地区集成电路产业将会面临更加激烈的市场竞争。
为了保持领先地位,中国台湾地区的企业需要继续加强技术研发和人才引进,拓展国际市场份额,增强自身的可持续发展能力。
同时,政府和企业也需要通过政策支持和合作创新等措施,共同促进集成电路产业的发展,为台湾地区的经济稳定和长远发展做出更大贡献。
中国台湾半导体集成电路制造工艺技术现状与发展趋势

中国台湾半导体集成电路制造工艺技术现状与发展趋势摘要:半导体集成电路是台湾最有竞争力的产业,在经历了大半个世纪的发展之后,已经形成了一个以芯片代工厂为主,包括设计、制造、封装和测试的比较完备的产业链与支持环境,工业技术的来源日益多元化,技术水准也在不断提高。
台湾区域半导体集成电路制造在未来的发展中,将继续以技术水平的提升为主,并在新一代先进工艺上取得新的突破。
关键词:半导体集成电路;制造现状;发展趋势引言以集成电路为中心的半导体产业,既是台湾最有竞争力的行业,又是海峡两岸经济贸易与工业合作的焦点。
对台湾半导体集成电路制造状况与特征进行剖析,并对其未来走向进行预测,不但可加深对台湾半导体集成电路制造的了解,更可促进两岸产业的交流与发展。
一、发展概况台湾半导体集成电路制造于60年代中叶开始有了发展,初期由外国公司控制的封装工业开始,逐步向工业的中上游发展,到80年代末期,已初步建立起一条由上游设计、中游生产、下游封装测试组成的完整的产业链。
90年代中后期,半导体集成电路制造在台湾得到了迅速的发展。
2014年,半导体集成电路制造的产值将达到2万亿元,年平均增长率为7.20%。
2015-2019期间,台湾半导体集成电路制造的成长率显著下降,除了2016、2018年的成长率分别高于6%、8.18%、6.40%,其他三年的成长率都在3%以下。
在2020年,由于新型冠状病毒的爆发,对通讯和电子等产品的强烈需求,导致了世界范围内对半导体的需求剧增。
台湾是世界范围内最主要的半导体集成电路制造基地,其集成电路工业的产值增幅高达百分之二十点九,其产值突破了三万亿人民币。
台湾半导体集成电路制造在世界范围内已占有相当大的比重。
近几年来,台湾半导体集成电路制造的收入在世界上都是位居第二,而芯片制造行业与集成电路封测产业更是稳居世界之首。
联发科技股份有限公司是世界上最大的半导体集成电路设计企业,在2020年实现了109.29亿美金的营收;台湾积体电路制造股份有限公司(台积电)是半导体集成电路制造的领军企业,2020年营收达467.5亿美金,是世界上最大的集成电路制造厂商,其二代7纳米 EUV技术已经成功商业化,于2019年3月批量生产,5纳米技术也在2020年开始大规模生产。
技术定位与技术策略群组之研究--以台湾半导体封装产业为例】

技术定位与技术策略群组之研究以台湾半导体封装产业为例学生:林东益指导教授:赖奎魁博士国立云林科技大学企业企业管理硕士班壹、前言在一般的策略规划过程中为辨识竞争者之分析的信息搜集,以往皆由产业之行销面如营业额、获利率等及企业经营面如成长率、规模、组织文化等之讯息,来收集汇整资料提供策略规划之参考,相对以技术方面及策略群组之观点,来进行相关信息收集及其相关性探讨之研究很少,故因而引发本研究对于IC封装产业之竞争者分析,以及技术定位分析,进而得到产业之策略群组之状况,以提供封装公司有效决策之参考信息。
是故策略群组分析的目的,乃是将整个产业区分成数个策略型态不同的群组,然后探讨各个策略群组间行为特性与策略之差异,提供另一种了解产业竞争结构的方法。
企业可由策略群组分析以了解其在整个产业所处的竞争位置,进而提供企业于从事策略选择时之参考,以追求较佳之经营绩效。
自从Hunt(1972),首先提出策略群组的观念后,国外投入策略群组的研究不在少数,国内甚多学者也对许多产业做过策略群组之相关研究,例如王俊杰(1997)、江幸鸿(2000)等,但针对国内IC封装产业进行有关技术定位与策略群组分析之研究甚少,因此乃引发本研究对于IC封装产业之技术定位与策略群组相关性之研究。
封装业是高科技产业之一环,高科技产业之特性在于技术演化之速度快,订单及营运收入的取得依赖技术能力之比重高,因此投入技术研发之资源颇大,所以针对技术变化快速及营运依赖性如此高之状况下,封装产业在进行竞争策略规划时,在认清公司所处之竞争环境下,公司首先应了解技术定位于产业中那一位阶,投入何种技术领域,以及公司之发展方向欲往那一位阶之封装群组移动,以配合公司自身能力与禀赋,拟定合适的策略,减少公司资源浪费及提升竞争力,显然是对一向重视经营绩效之封装公司一大值得探讨的课题。
贰、研究目的IC封装是属于服务性质之代工产业,所获取的利润是制造及服务的代工费。
所以,争取到订单之竞争优势除了价格、品质、交期、服务等因素外,封装技术层次的先进性以及符合客户需求亦是获利关键因素,因此各个公司应注重技术定位,并订定正确的竞争策略显然是封装产业之重要的课题。
两岸IC产业发展的比较分析——基于后发优势的视角

两岸 IC产业发展的比较分析
———基于后发优势的视角
陈 茜
[摘 要]通过梳理台湾逻辑 IC产业实现后发优势、存储 IC产业落入后发优势陷阱的重要因素,证
实了后发优势需要在一定的限制条件下才能成立。通过比较分析大陆培育 IC产业面临的严峻、复杂 环境,总结出集约发展、企业家及知识产权、政策引导等从台湾 IC产业发展中获得的重要启示。归 纳两岸 IC产业合作的三种模式,即垂直分工、直接投资与两岸合作,并对未来趋势进行研判。
一、后发优势与后发优势陷阱并存的台湾 IC产业发展历程
IC主要分为存储 C、逻辑 IC、模拟 IC、微原件等四大类。其中,逻辑 IC和存储 IC是最为 重要的组成部分。台湾在 1970-1990时期先后培育逻辑 IC制造业和存储 IC制造业,但二者的 发展轨迹却截然不同。
(一) 台湾逻辑 IC产业成功的内外条件 台湾逻辑 IC产业起步于 1975年,经过 20年的发展成为了世界半导体重要的组成部分。它 的成功取决于以下几方面条件: 首先,世界政治形势有利于台湾发展 IC产业。美国由于越南战争耗费巨大,对台湾的援助 由直接无偿的资金援助改为间接有偿的贷款。为了铺设后美援时代的资金管道,台湾于 1966年 建立高雄加工出口区。仅仅五年内,通用仪器、德州仪器、日立、三菱、飞利浦等相继在台湾设 厂从事 IC封装、测试,成为台湾培育 IC产业的前奏。1975年,越南战争失败后,以美国为首 的资本主义国家加强了对社会主义国家的技术封锁。凭借得天独厚的战略地位、剑拔弩张的两岸 关系,以及对 “巴统” 和 《瓦圣那协议》 的迎合,台湾获取了先进技术转移的极大便利。③ 从 1975年开始,台湾当 局 集 结 在 美 国 高 科 技 企 业 及 大 学 的 华 人 专 家 成 立 了 电 子 技 术 顾 问 委 员 会 (简称:TAC),从美国招募 IC专家协助逻辑 IC工厂的建设,大量进口发展逻辑 IC产业所需的 高新设备,实地探访通用仪器、HughesAircraft、美国无线电公司 (以下简称 RCA) 等 IC企业并 商榷 IC技术的转移、人才培训等。 其次,台湾抓住了逻辑 IC产业分工模式转变的机遇。少量多样是逻辑 IC的特质,通常是针 对特定系统需求而设计,通用 性 不 强。1980年 代 初, 为 充 分 发 挥 产 品 规 划 及 电 路 设 计 的 优 势, 越来越多的工程师及相关团队脱离垂直一体化的 IC企业 (以下简称 IDM),成立独立的设计企 业,引发产业分工模式的变化。最初,这些设计企业将制造工程外包给 IDM。然而,由于代工业 务并非 IDM企业的主要业务,所提供的服务无法完全满足设计企业的需求,且 IDM企业本身的 设计部门与之具有竞争关系,后者的技术与创意难以得到保护。产业界逐渐形成了对 “中央厨 房” 式专业代工的客观需求。④以台积电为代表的台湾 IC厂家成功把握住了这一机遇,借助晶圆 代工嵌入全球 IC产业价值链。此后,IC设计与制造分离成为主流趋势。与此同时,海外华人在 美国的事业遭遇瓶颈,向上晋升困难。台湾利用 “硅谷研发、台湾制造” 的模式,成功吸引他 们返回台湾,实现个人事业与整体产业的双赢。
台湾芯片行业报告

台湾芯片行业报告台湾作为全球知名的半导体产业基地,其芯片行业一直以来都备受瞩目。
随着科技的不断发展和全球芯片市场的不断扩大,台湾芯片行业也面临着新的机遇和挑战。
本报告将从台湾芯片行业的现状、发展趋势、竞争优势和未来展望等方面进行全面分析。
一、现状分析。
1.1 产业规模。
台湾芯片行业是台湾半导体产业的核心部分,也是台湾制造业的支柱产业之一。
据统计,台湾芯片行业在全球半导体市场中占据着重要地位,其产值占全球半导体市场份额的比重一直居高不下。
1.2 技术水平。
台湾芯片行业在制程工艺、封装测试、设计能力等方面具备较强的技术实力,尤其在先进制程工艺方面处于国际领先地位。
台湾芯片企业在芯片设计、制造和封装测试等方面均具备较强的竞争力。
1.3 产业结构。
台湾芯片行业包括芯片设计、制造和封装测试等多个环节,形成了完整的产业链条。
其中,台积电、联电、南茂等一批知名企业在全球半导体市场中占据着重要地位,成为台湾芯片行业的领军企业。
二、发展趋势。
2.1 全球市场需求增长。
随着人工智能、物联网、5G等新兴技术的快速发展,全球对芯片的需求不断增加。
台湾芯片行业将迎来新的发展机遇,市场需求的增长将推动台湾芯片行业的持续发展。
2.2 技术创新驱动。
台湾芯片行业将加大对技术创新的投入,加快研发新一代芯片产品。
在先进制程工艺、芯片设计和封装测试等领域不断取得突破,提升产业竞争力。
2.3 国际合作加强。
台湾芯片行业将积极加强与国际合作,拓展海外市场。
与全球领先的芯片企业开展合作,共同推动全球半导体产业的发展。
三、竞争优势。
3.1 制程工艺领先。
台湾芯片行业在先进制程工艺方面具备领先优势,能够满足全球市场对高性能芯片的需求。
3.2 产业链完整。
台湾芯片行业形成了完整的产业链条,包括芯片设计、制造和封装测试等多个环节,具备较强的产业配套能力。
3.3 人才优势。
台湾拥有丰富的半导体人才资源,包括芯片设计、制造工艺、封装测试等领域的专业人才,为台湾芯片行业的发展提供了有力支持。
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台湾IC设计产业之技术系统分析前言从全球半导体产业的相关巾英文研究成果可以发现,过去研究所累积的主要成果,多是针对整体半导体产业,较少有研究专门针对产业供应链上的各单元进行个别分析与上游设计模式探讨。
这个现象在国外文献中更加明显,其最大原因在于,新兴IC设计产业并不是一个具有全球性的产业,目前世界主要的新兴工C设计产业枣落均集中于东亚,且其中有20%的产值集中于台湾。
因此,对国外产业分析或学术研究者而言,IC设计产业的发展特性与营运模式显然并寻卜其关注之焦点,多数研究议题仅集中于厂为何芯片设计外移至亚洲』(EmSt,2004),而没有机会见到更深入精辟的产业分析或企业个案;换言之,针对IC产业上游的发展特性,目前西方研究焦点仅集中于趋势分析,而尚未进入产业或个别企业层级之探讨。
因此,当IC设计产业逐渐成为区域性研究议题时,台湾针对此产业的本土论述将显得更为重要:若进一步回到亚洲的相关产业研究时可以发现,目前多数针对工C设计产业的研究均来自于中国大陆与台湾,此现象也相对反映出工C设计产业的发展现况。
仔细深入探讨产业报告研究内容后更可以发现,小国人陆的相关研究成果大多集小在如何提升产业整体竞争力,例如,技术深耕与两岸合作等模式探讨,这也反映中国大陆目前开始发展工C 设计产业所关注的焦点。
另外,台湾针对IC设计产业的探讨则相较多元与丰富,除了有很多深具规模的产业分析报告与投资研究外,学术界也会利用各种产业或财务分析工具,针对具极大实证样本的台湾IC设计产业进行各面向研究,这些研究多半集中于企业层级之分析。
所以,回归本文之研究背景,即可发现工C设计产业的兴起,主要来自于终端产品的多元与复杂化,例如,手机与3G手机的兴起,因而造成上游品片设计的分众化,使得许多新兴设计公司都能在特定的产品应用上,发挥个别公司的技术优势,抢占特定但大量的小市场;此趋势说明,其实工C设计产业的产品分类是极为复杂的,不同类型品片所运用的设计流程与营运模式,甚至发展策略,均可能有极大差异,所需搭配的技术系统亦将大相径庭。
同时,由于工C设计产业属技术高度密集的产业,因此,过去理论所提出之技术系统(teChnOlOgiCal SyStem)概念(CarlSSOn,1 997),便适合用来分析不同IC技术产品发展差异的系统架构,藉此并可探讨台湾相关技术系统建置上可加以补强之处,辅以台湾具有众多工C设计产业公司的地利之便,进行产业实证研究,探究不同技术类别之工C设计厂商所适合的支持性技术系统架构。
具体而言,本研究主要日的在于执行产业实证研究,探讨不同IC设计厂商模式所需的技术系统构面差异所在。
工C设计服务产业介绍IC设计产业或IC设计营运模式最早见于学术研究之记载,多系出自全球lC产业的发展历程与全球分工分析上,随着1 990年代后,民生电子产品类别的多样化,针对lC规格与产品的需求亦更为多元,欧、姜、C等国的IDM品片大厂之产能逐渐无法应付市场的需求,同时,多样化的产品规格亦提高其设计复杂度与营运成本,此…产业态势造成半导体产业供应链的分割,产业上游逐渐出现许多针对特定利基型产品而生的!C设计公司,并包括与其相关的周边服务业,例如硅智财IP公司,EDA设计软件服务业、IC设计服务公司与相关知识密集服务业等(Mathews&Cho,2000;Smedlund&70ivonen,2007;Yang&Shyu,2009)‘此趋势说明,其实IC设计‘产业的产品分类是极为复杂的,不同类型芯片所运用的设计流程与营运模式,甚至发展策略,均石J能有极大差异,所需搭配的技术系统亦将大相径庭,例如图1所示之分类表,至少包括内存lC、微组件(Microcomponent)、模拟IC与逻辑IC等四大差异甚大的分类‘执行作法技术系统的概念首先见抄Hughes(1984)对西方社会电气化的研究,该研究强调技术的互补性和依赖性;Carlsson与Stankiewitz(1991)则最早有系统地定义此概念,在其最初的研究中,将技术系统定义为针对.特定产业且在*机构性基础建设与技术生产、扩散与使用各活动相关的一动态互动网络,其组成因子包括经济能耐、资源群聚效应与制度方面基础建设‘因此,根据CarIsson与Stankl.e'a.itZ之定义,技术系统与国家创新系统之差异在于强调技术的扩散与应用,而寻L技术的创新发明或㈩现:技术系统并无地理上的边界,而足以同…技术的扩散来定义系统边界,较具动态性;另外,技术系统系针对特定技术或产业,而寻L一国整体科技政策的规划。
之后,Carlsson(1997)在针对瑞典四种产业的技术系统研究中,进一步将技术系统的分析构面分为知识本质和扩散机制(naturc Or knowledge and spillOver mechanism)、技术接收能力(recel‘Ver competence),网络连结性(connectiVity)及多元化创新机制(Variet),Creation rnechanisn、)等四构面,用以探讨产业相关技术与知识的形成过程及原冈,以及技术与知识的扩散与应用,其详细分析要素可进一步定义如表1。
值得一提的是,在国内研究中,洪世章(1997,]999)亦曾提出技术系统之定义,该定义系用以探讨技术与产业发展脉络,结合相关理论如主流设计、技术轨迹、技术典范与技术领域,此概念结合进化观点与组织社会学的路径依赖架构,探讨历史与制度因素对创新的影响;相关研究可看出,技术创新将受到产业技术轨迹演化的规范限制。
相较于Carlsson所提出的技术系统概念较重于空间观的系统架构,洪世章所提定义则偏向技术演进发展的时间观概念‘木研究将采取技术系统来说明不同]C设计技术问的实务差异,这些分类构面将运用于本研究针对IC设计产业不同产品类别的分类研究中,以探讨不同产品类别所适用的技术系统差异,IC设计产业技术简介模拟IC是用来处理声音及影像等连续性的波肜资科转换,低复杂性、应用面积大、整合性低、流通性高是此类产品的特色,通常用来做为通讯IC、电源管理与处理及安全监测等的组件。
由于类此IC拥有耐高压、耐大电流的能力,因此其具有相当广泛的应用领域,目前普遍应用于资讯、通讯或消费性产品方面,未来应用市场将持续成长,预计时延伸至工业用市场、医疗、汽车、测试及量测产业等。
驱动1C在市场中主要以LCD与LEDI两者为大宗,以下将分述两者的技术、厂商动态及市场等情况。
LCD驱动IC为液品显示器的基础零件之…,其成本比重占LCD中次高者,驱动IC的主要功能为输出需要的电压至像素,以控制液晶分子的扭转程度;LED驱动IC 则是电源管理IC的一种应用,LED的亮度表现与顺向电流大小成正比关系,因此控制电流准确度,将影响LED的发光稳定性。
随着LED的广泛应用,LED驱动IC的市场潜力及成长性广受重视,NANI)闪存控制IC的广义定义为,可具有内建或外插入NAND快闪记忆体应用的控制IC,因此,在应用产品上有系统产品内建NAND闪存,如MP3、单体成品,如随身碟和记忆卡,或者两者兼具的系统产品,如手机。
虽然NAND闪存控制IC包含内建系统产品应用或外插入单体成品,但因产品成熟与技术的进步,大部分内建系统产品应用的NAND闪存控制IC都被整并入系统单.品片。
因此,NAND闪存控制1C主要是在单体成品的USB 随身碟与记忆卡,以及未来具有爆炸性成长的固态硬碟产品应用。
NAND闪存控制IC的应用领域可分为下列几类:随身碟产品应用、记忆卡产品应用、固态硬盘产品应用‘界定研究对象在台湾IC设计产业分类研究部分,本研究将依据一般产业分析与市场投资分析的分类架构,依据产品与lC设计流程之不同,并考虑台湾产业现况与主要代表性厂商的类别,将台湾1C设计厂商区分为六大类,此六人类之定义与代表性产品暨领导厂商可参见表2‘受限于时间与经费限制,本研究仅选取三家领导厂商做为研究对象(参见表3) 。
领导厂商除兼顾其代表性外,领导厂商所公开的次级资料亦较为充足且具备可信度,同时由于此三家领导厂创业至今,均已经历至少5年的时间,所发展的创业模式与策略群组,亦较具可观察性及完整度。
接着,本研究将采取质化研究方法,针对台湾lC设计各类领导厂商进行个案访谈和内容分析法,以期依据编码之概念,归纳出数据搜集与访谈后三大类厂商技术系统的发展特性与主要差异。
资料整理过程与研究信效度为了因应多方来源信息所提供的复杂文仆数据,例如寻L结构性访谈、透过演;请,文献、杂志、电子报等,本研究采三阶段进行,依序为数据搜集、数据整理与结果分析,试图归纳下同IC设计技术问的5特色/,以及产业成功的L差异性』,:破从访谈的过程中,整理/七不同技术系统㈧成功脉络与分析。
资料整理过程共行三阶段,详细说明则下:资料搜集此阶段分为雨步骤:首先,使用多方的资料来源,搜集关于下同IC设计技术系统的文件资料,共搜集30页文件,最后整理为半结构访谈问卷;接苦,研究者依据,仁结构访谈问卷与开放式执行访谈,与受访者进行重复确认和搜集新资料的反复动作,尽量客观化地搜集资料来源,以加强质性研究的内在效度,达到研究的真实性与可信度。
资料整理为避免先人为上的上观意识,本研究建;乞‘个初步的编码框架,用以分类搜集数据,在此步骤本研究试图拆解资料到技术系统的r四大类别』当中,并进行分类找出与技术系统的厂四人类别J、r特色/和厂差异』相关的搜集资料,成果为表4,表5,表6的草稿。
山于被选取与分类的搜集数据,都与技术系统的L四大类别』有显性或隐性的因果论述,因此,运用数据推论与数据累积交互参照,以厘清资料的因果关系,进一步引导资料搜集的深化与研究推论的细致化。
7一(此资料搜集过程中,为提高研究成果的信度,即提升一致性与可靠度,本研究也根据草稿重复访谈领导厂商或同产业专家,最后制表为表4、表5和表6‘结果分析根据表4、表5、表6与其它搜集资料,本研究为了促使研究成果(繁琐复杂的表4、表5、表6)与技术系统的知识更具有亲近性,也便于读者贴近科技产业的技术系统本质,本研究根据产业分析理论的内容(如产业结构、市场与技术生命周期及竞争策略等) ,将表4、表5及表6转化为应用性较高的结果分析(参见表7) ,以增加外在效度,并于最后提出结论、建议与管理意涵。
访谈结果本文根据表3的技术系统概念,针凿./类此,躯动及摔制!(,设计产业,进行非结构性访谈,透过演讲、文献、杂志、电广报等多方来源搜集信息,进而分析、筛选r、同的数据来源,减少冈使用单一特殊方法而产生偏误的让/能性,以达:角验证之目的。
根据卜述资料挫理过程所示,研究成果如表4,表5,表6及表7所示‘结论与建议根据技术系统为架构,透过产业实谴访谈,木研究呈现不同,C技术系统的[特色J与L 差异7 ,如表4、夫5及表6所示,接着,本文经山Y:同IC技术产业的交义比较,节录夫4、友5及表6的J,:同『特色』与关键r芹异j,将结果转化为以产业分析理论为基础的表7,用以呈现另一角度的观点,临化不同!(,设计[技术系统J的异问之处。