半導體產業有關的垂直整合與垂直分工的實證研究

在電腦與半導體產業的早期時代，大型的整合品牌製造商(Integrated Device Manufacturer，IDM)，例如 AT&T 與 IBM，將資本投資在一系列活動之中提供電 子系統產品給市場，例如產品設計、半導體與零組件製造、行銷、業務與通路佈置，

將 整 個 產 業 鏈 垂 直 整 合 起 來 ， 以 銷 售 或 者 租 賃 的 方 式 提 供 服 務(Braun and MacDonald, 1978)。在 1950 年代晚期，一些製造設備貿易商進入美國市場，開始分 蝕整合元件製造商的部分市場份額。在1960 年代初期，專業化的半導體設備業者 開始在產業中成長。在1970 到 1980 年代，美國的 IDM 企業是產品設計與製造的 重要來源。到了1980 到 1990 年代，日本與歐洲的 IDM 企業開始提供製程與產品 技術給台灣和新加坡的晶圓代工業者(Foundry)。在 1990 年代晚期，IDM 廠商開始 與 Foundry 建立產能契約關係，IDM 一方面提供製程技術授權給 Foundry 做製程 開發與研究，另一方面從中得到保證性的晶圓數量。

在這段時間半導體產業的產品設計與製程創新的強相關性(Pisano, 1997)，使得 領導廠商將產品與製程開發全部納入自家企業業務範疇，倚賴企業本身的專業能 力與隱性知識(Tacit Knowhow)。這些高度垂直整合所有產業鏈活動的企業不僅設 計製造系統產品的硬體，也設計了系統產品運作所需要的軟體與韌體。在半導體晶 片的開發，也從電子自動化軟體(Electronic Design Automation, EDA)、軟體整合、

硬體規格設計、晶片開發、晶片製造、產品測試等環節全部列入企業活動之中。從 1980 年代開始，產業開始出先標準規格，將電子資料的傳遞介面標準化，使得晶 片設計所需的資料格式有了基本共通定義與規範，從而促進了EDA 產業的興起¹¹。 這個發展加速了許多只負責產品設計的無晶圓晶片設計業者(Fabless)的誕生，並且 依賴純晶圓代工業者(Foundry)的製程服務完成晶片製造。這些 Fabless 業者以更創 新的產品技術與更少的產品開發時間滿足了當時快速成長的新興產業，特別是電 腦與通訊產業。

純晶圓代工業者(Foundry)專精於晶片製造業務，將半導體的材料、設備、與特 殊製程的知識整合在單一的晶圓代工服務範疇中。同樣地受惠於產業電子資料的 標準化，Foundry 得以將標準化格式的電子資料(即 Fabless 交付給 Foundry 的晶片

設計資料)不斷優化製程良率的改善與產品規格的突破(例如晶片必須達到某個產

品要求的運作頻率)，將 Fabless 交付的晶片設計資料轉為半導體製程處理後的最終 可實現的晶片實體資料，並完成晶片的提供。Fabless 與 Foundry 的專業分工，使 得更多的Fabless 因此加入晶片設計領域，使得產業中出現提供不同晶片設計領域 的專業 Fabless 廠商。同時 Foundry 的客戶的多元性與規模化成長需求，也促使 Foundry 次產業得以大幅成長。

自從1985 年開始的這一波半導體產業在產品設計與製程開發垂直分工趨勢的 成長，反應了與市場和技術相關的因素。在市場面的因素下，半導體產業的早期快

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用領域使用半導體元件的可能性，同時也提供了更多的垂直分工廠商加入半導體 產業。Foundry 逐步提高的資本支出也降低垂直分工體系的被取代性，因為固定資 本的高投入會促使 Foundry 接受高需求量的晶片投入製造用來提高產能利用率，

使得Fabless 得以降低平均晶片成本。隨著應用領域的需求快速變化與成長，產品 開發的週期越趨縮短，產品生命週期的不確定性，更加凸顯Fabless 與 Foundry 分 工體系的協調度與機動性相對於整合元件製造商(IDM)的優勢。

垂直分工在半導體產業的發展也受惠於幾項技術因素。首先是製程開發的主 流 技 術 確 立 在 標 準 化 的 互 補 金 屬 氧 化 半 導 體(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)元件。這個技術的確立使得半導體製程工程師的技術得以分 工專業化，從定義清楚的製程參數設計與理論演繹，到製程良率提升的知識累積，

讓Foundry 的製程開發得到專業性的發展(Macher, Mowery, and Hodges, 1999)。第 二個技術因素是電子設計自動化軟體(EDA)的誕生。EDA 公司當時提供晶片設計 藍圖規劃與晶片參數模擬軟體，使產品工程師可以在晶片位置做出來之前驗證晶 片的功能性與電氣特性，是否符合產品規格定義。EDA 的軟體自動化與標準製程 資料庫(Standard Cell Library)的搭配也讓 Fabless 設計出更加複雜的晶片功能。最 後一項使半導體垂直分工體系加速確立的技術因素是矽智財(Silicon Intellectual Property)業者的出現。這些提供矽智財的新進業者將標準化的特殊晶片功能先設計 成可被重複使用的智慧財產(IP，Intellectual Property)，以技術授權的方式提供給 Fabless，目的在於減少 Fabless 開發晶片的風險、時間與成本。這進一步拓展了半 導體垂直分工體系的多元性，如上所述，包括了Fabless、Foundry、EDA、矽智財 業者。與此同時，在半導體產業中，仍然有一些企業保留設計與製造的業務，以 IDM (Integrated Device Manufacturers)稱之。這些 IDM 的策略選擇在於其晶片要求 在設計與製造的高度耦合特性(Tightly Coupled)，特別是在先進製程的開發上，例 如動態隨機記憶體公司(Dynamic Random Access Memory, DRAM) (Macher, 2003)。