「晶片換疫苗」之說怎麼來的?3 張圖看懂全球半導體供應鏈!用「做披薩」解釋給你聽

「晶片換疫苗」之說怎麼來的?3 張圖看懂全球半導體供應鏈!用「做披薩」解釋給你聽

經理人 Managertoday
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台灣在全球半導體產業鏈上舉足輕重,德國、美國、韓國等都在關注,當「護國神山」台積電向中央提出申請洽購疫苗時,外界紛紛傳出「用晶片換疫苗」的風聲。
去年新冠肺炎爆發以來,全球晶片短缺潮至今已滿一年且持續當中,短期內恐難以看到緩解跡象。另一方面,疫情亦促使消費性電子產品需求迅速增長,嚴重擠壓其他產業的晶片需求,讓各行各業開始搶食晶片產能。 mdi-chevron-right-circle 延伸閱讀 全球半導體短缺背後的原因,竟可以用「紙尿布」來解釋!何謂「長鞭效應」? 由於台灣在全球半導體產業鏈上舉足輕重,所以當「護國神山」台積電(TSMC)低調向中央提出申請洽購 500 萬劑疫苗時,外界紛紛傳出「用晶片換疫苗」的風聲。為何是用晶片換疫苗,而不是其他東西?台灣在全球晶片市場這麼重要?本文將逐步解析全球半導體供應鏈,帶讀者認識晶片製造過程及其運作模式,理解為何會有「晶片換疫苗」的說法。 半導體供應鏈的 2 大特性 1. 高度仰賴專業分工 全球半導體製造模式大致可以分為兩種: 1. 專業分工模式:將晶片製造由全球進行專業分工,大致可以分為上游(IC 設計)、中游(IC 製造)、下游(IC 封裝)。 2. 整合元件製造模式(IDM,Integrated Device Manufacturer):亦即包辦設計、製造、封裝到銷售的全部流程,需要雄厚的資本才能支撐此營運模式,如:英特爾 (Intel)、和三星 (Samsung)。 全球半導體製造模式大致可以分為兩種:「專業分工模式」以及「整合元件製造模式」。(點圖可放大) 整理·繪圖 / 張寬渝 早期的半導體公司多是整合元件製造商 (Integrated Device Manufacturer, IDM),從 IC 設計、製造、封裝、測試到銷售都一手包辦,如:英特爾(Intel)、德州儀器 (TI)、摩托羅拉(Motorola)、三星(Samsung)、菲利普(Philips)、東芝(Toshiba),以及國內的華邦、旺宏等。 然而,由於晶片設計和製作愈來愈複雜、投資成本愈來愈高,單獨一家半導體公司,往往無法負擔整條產業鏈上游到下游高額的研發與製作費用。因此,到了 1980 年代末期,半導體產業逐漸走向「專業分工」的模式,有些公司專門做 IC 設計,再交由其他公司做晶圓代工製造,以及封裝測試,被譽為「護國神山」的台積電,就是在這樣的機緣下誕生,不斷專精於晶圓製造領域、精進技術,如今成為全球最高市值半導體公司。 2. 產能過度集中某些地區,容易造成斷鏈風險 根據 BCG 於 2020 年所做的調查顯示,全球 IC 設計主力集中美國,約占全球 IC 設計總營收的 50% ;製造方面,70% 的晶圓產能、80% 的封測產能集中於東亞(中國、台灣、日本、南韓)。 如此「高度集中於單一地區」的特性,顯現出供應鏈的脆弱與風險。換句話說,若某個地區出了問題(如:自然災害、政治摩擦、停工影響),全球半導體生產恐停擺。 因此,世界各國紛紛開始自建產業鏈,朝向在地製造發展,以降低地緣風險。 台灣有何優勢?上、中、下游全包,足以牽一髮而動全身 而身為全球頂尖半導體產業聚落的台灣,最大的優勢便在於擁有完整的半導體供應鏈,包括上游 IC 設計、中游晶圓代工與下游封測,都在世界上占有一席之地,這也成為這場晶片大戰中極為重要的角色,甚至成為國際談判的籌碼。 根據 BCG 統計,台灣晶圓代工市占合計超過 60%,穩居全球第一;封測全球市占率超過 30%,同樣位居世界第一;IC 設計則以 21.7% 的市占率,緊追美國、位居第二 。高階晶片的製造(10奈米以下)更有 92% 集中在台灣,牽動全球 4900 億美元的半導體產值。 晶片製造分工有多細? 2 張圖秒懂,流程就像「做披薩」 首先,利用還原、純化的方法,獲得高純度的「矽」,經處理後得到「矽晶棒」,再經過切割後得到一片片圓形的「矽晶圓」薄片。接著,晶圓代工廠(如台積電、聯電)取得晶圓後,再依照客戶的需求,根據 IC 設計廠(如:聯發科)所提供的設計圖,做出尚未測試、裁切、封裝的晶片半成品,再交由封裝測試廠(如:日月光 )進行最後的晶片測試、裁切和封裝,才得到我們常見的「晶片」。 晶片的製作過程非常繁複,且全球分工非常細。(點圖可放大) 整理·繪圖 / 張寬渝 如果把晶片的製造過程想像成製作出一片美味的披薩(晶片),會更好理解。 首先我們會需要原料麵粉(矽砂材料)來製作餅皮,再慢慢提煉揉成麵團(矽晶棒),但因為麵團太大,所以需要將麵團切割成許多小麵團,並桿成一片片的餅皮(晶圓片),接著根據主廚(上游 IC 設計商)提供的食譜(電路圖),把其他配料加上去(刻上電路設計圖),就完成了一大片披薩(變成晶片半成品)。但這片披薩太大了,不容易食用,於是送到下游人員(IC封裝)再切割成數片扇形披薩(裁切),再用紙盒分別包裝(封裝),一個個大小適當又美味扇形披薩(晶片)就完成了。 把晶片的製造過程想像成製作出一片美味的披薩(晶片),會更好理解。(點圖可放大) 整理·繪圖 / 張寬渝 編註:我們常聽到的 6 吋、8 吋與 12 吋晶圓廠,其單位指的就是「矽晶圓」的直徑大小,所謂的 「8 吋晶圓廠」,就是其設備是處理 8 吋矽晶圓的積體電路的製造廠。隨著技術的推展,積體電路製造所用的晶圓大小,也從 4 吋、6 吋、 8 吋到 12 吋,不斷地增大。單位愈大表示其技術愈先進,因為在每個晶圓上可以產出的晶片也就越多,其產品也就愈具有競爭優勢。 參考資料:經濟日報、BCG、數位時代、聯合新聞網、inside