【解密台積電1】台積電如何成為半導體之王?2 方向一探究竟!
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【解密台積電1】台積電如何成為半導體之王?2 方向一探究竟!

2021 年 4 月 17 日

 
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我們越來越依賴半導體了。這是基於一個不變的趨勢 – 「網路速度只會越來越快」,從以前的 3G、4G,到最近的 5G,未來還會有 6G、7G 等。當網路速度越來越快,需要處理的資料量就越來越大,就需要更先進的晶片,也因此延伸出物聯網、雲端、智慧電網等新應用。延伸出這些新科技的同時也就需要更多的半導體。

既然半導體有這麼大的前景,掌握半導體也意味著在國際上有更大的談判籌碼。例如最近爆發的國際車用晶片荒,各國政府向台灣求援的現象一樣。但半導體卻不是新科技,它經過了數十年的演變才演化至今,讓我們來看看半導體的發展簡史。

先從技術演進,看半導體發展簡史

半導體因下游的需求大、應用廣泛,生產技術程序複雜、產品種類多、技術更新速度快、投資風險高等特點,使得半導體產業鏈從「垂直整合」轉向「垂直分工」模式,並經歷了生產重心的位置轉移。由美國到日本,再到台灣和韓國。

1954 年德州儀器(Texax Instrument)開發出第一顆商用矽晶電晶體,貝爾實驗室也研發出氧化、光罩、蝕刻等製程技術,開始了半導體商業化發展

1950年代時半導體產業為垂直整合的模式,主要由有半導體需求的系統廠商主導,因技術與資金有限,還沒有專業的製造廠建立。

1970 年代記憶體技術不斷發展,日本積極進軍半導體市場,半導體的技術重心移轉到日本。半導體產業因技術移轉和需求,出現整合元件製造商(IDM),即負責從設計、製造到封裝測試所有流程。日本著名廠商如Sony、東芝,美國則有Intel、德州儀器、恩智浦等。

1980 年代以後,記憶體和微處理器的快速發展使單一晶片的電晶體數以倍數增長,幾乎依循 Gordon Moore 在 1965 年所提出 「每 18 個月積體電路的元件數目會倍增」的「摩爾定律」。

半導體產業在 1990 年代後朝向特殊應用 IC 及 其他多種產品快速開發階段,由於技術門檻越來越高,許多IDM業者為追求較低投資規模紛紛轉向Fabless的營運模式,成為半導體設計公司,例如2007年恩智浦宣布將90奈米的晶片製造外包給台積電;2015年AMD調整業務範圍並成立格羅方德,將封裝廠出售;2016年意法半導體關閉3家美國的工廠等。

1980 年代末期起,亞太地區新興許多半導體生產國,1990 年代以韓國與台灣為主要製程代工產地,1990 年代末期又加入中國大陸與新加坡等國的業者,到 20 世紀末亞太地區生產值已佔四分之一,並預估持續增加。隨著韓國的三星、海力士等大廠興起,以及台積電成立後開啟了晶圓代工模式,半導體產業漸發展為垂直代工模式,由無廠的晶圓設計公司(Fabless)、傳統的IDM廠、與製程代工廠(Foundry)和封裝廠(OSAT)組成。

2 個原因,從「費半指數」看半導體發展!

費半指數,全名為「費城半導體指數」(PHLX Semiconductor Index,SOX),是美國的一隻指數,那為什麽要用費半指數看半導體業發展呢?主要有 2 個原因:

  1. 全球半導體核心技術提供業者仍然集中於美國
  2. 費半指數涵蓋半導體業上中下游公司

費城半導體指數涵蓋半導體設計、設備、製造、材料、晶片製造與 IC 設計等,在美國具代表性的公司,如:Intel、AMD、Xilinx 等,可以視為衡量全球半導體業景氣程度的重要指標。

從費半指數看半導體業發展的 3 大階段

從費半的成份股市值變動,可以推估半導體業,自費半指數推出的近 30 年以來的市場需求變化,觀察半導體產業發展,而這 30 年來的半導體業發展,基本上可以歸納為下面 3 大階段:

第一階段

網際網路技術在此階段開始發展,半導體技術的進步動力主要來自於筆記型電腦和網際網路技術如Windows、寬頻。隨著2000年網路泡沫化,費半指數曾出現大幅下跌。該階段網際網路技術剛出現,因此還沒有業者有壟斷產業的現象,主要代表性企業為三星、Intel及德州儀器。

第二階段

歷經2008年的金融海嘯後,半導體行業開始全力發展。通訊技術快速成長,由行動網際網路技術(3G和4G)加上智慧型手機市場迅速擴張所帶動,全球半導體的產值達到3,000億美元以上。在這階段,Andriod與高通達成技術結盟,半導體的設計、晶圓製造、設備與材料都出現壟斷性公司。

第三階段

摩爾定律持續運作,技術的壁壘越來越高,在這階段的費半指數持續創新高。由於5G與AI強大技術動能,以及物聯網技術、可穿戴設備的市場加乘下,全球半導體產值已達到4,000億美元。未來隨著AI、物聯網、區塊鏈等新興技術對高速運算的需求持續增大,半導體市場的產值可能仍持續增長。

由此可知,半導體是經過了數十年的演化才有今日的樣貌,那現代的半導體須經過哪些製程呢?產業鏈又包含了哪些環節?
請接著看>>【解密台積電2】看懂 半導體 產業鏈 : IC 設計、 IC 製造、 IC 封測

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