芯耀
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1950 年代，隨著德州儀器和仙童半導(dǎo)體發(fā)明集成電路后，隨著硅平面技術(shù)的發(fā)展，1960 年代雙極和 MOS 電路的出現(xiàn)，標(biāo)志著由于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，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新興的集成電路產(chǎn)業(yè)。
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)（System on Board）到芯片級(jí)系統(tǒng)（System on Chip）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：軍用及航空航天公司
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（Fairchild Semiconductor）、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職設(shè)計(jì)的 Fabless 公司出現(xiàn)，專業(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，直接利用邏輯門設(shè)計(jì)門陣列（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 Lynn Conway 和 Carver Mead 合著的《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導(dǎo)論 Introduction to VLSI Systems》在 1980 年出版。書中提出了通過(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（IEEE Medal of Honor）。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) Jerry Sanders 對(duì)此表示懷疑，曾發(fā)出“Real men have fabs”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 LSI Logic。
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)（Silicon Intellectual Property，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 LSI Logic 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 視頻解碼器和 3D 圖形引擎），應(yīng)該是第一代基于 SIP 核完成 SoC 設(shè)計(jì)的最早產(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 LSI Logic 為索尼（Sony）的集成了一個(gè) 32 位 RISC 微處理器、JPEG 視頻解碼器和 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)?；旌闲盘?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（Time to Market）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)門級(jí)發(fā)展到今天的數(shù)十億門級(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 Fab Lite。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 Fab Lite，有的變身 Fabless。在 Fabless 剛萌芽時(shí)，AMD 創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng) Jerry Sanders 對(duì)此表示懷疑，曾發(fā)出“Real men have fabs”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）和專利（patents）的沖擊（onslaught）。杜邦（DuPont）、陶氏化學(xué)（Dow Chemical）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)（Dell Computer）進(jìn)一步發(fā)展了。創(chuàng)始人邁克爾·戴爾（Michael Dell）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)建了一種稱之為“虛擬整合”的運(yùn)營(yíng)模式。其最重要的一點(diǎn)就是：專注于自己最擅長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，把不擅長(zhǎng)的環(huán)節(jié)交給行業(yè)中做得最好的人去做，然后通過(guò)采購(gòu)把最具性價(jià)比的產(chǎn)品買回來(lái)，自己做最后的整合。
實(shí)際上，戴爾模式最重要的是超一流的速度（Speed）、絕佳的體驗(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、專業(yè)分工階段）中，各種類型的公司一直相互存在，時(shí)至今日，各種類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（Clustered Virtual Vertical Integration，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)揮到最大，實(shí)現(xiàn)最佳競(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（Out Sourced Assembly and Testing，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)大陸的情況。中國(guó)大陸在集成電路領(lǐng)域最具規(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)大陸 51%的規(guī)模；晶圓代工領(lǐng)域占有中國(guó)大陸本土晶圓代工的 85%；封測(cè)代工領(lǐng)域占有中國(guó)本土封測(cè)代工的 80%。
小結(jié)
而隨著“異質(zhì)集成”、“Chiplet”成為集成電路產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，新的商業(yè)模式必將出現(xiàn)?，F(xiàn)在，單打獨(dú)斗的模式已經(jīng)勢(shì)微，集群、虛擬垂直、整合已經(jīng)是大勢(shì)所趨。
