为什么说半导体行业将发生巨变？

台积电总裁魏哲家曾提及，原本卖给客户售价六、七百美元的AI 芯片，台积电要花二十万美元买入安装该芯片的系统使用。芯片厂与系统厂商间的关系正历经重要转变，过去的卖方与买方的界线正在融变。未来的芯片产业链会如何演进？

近三十年，垂直分工稳居整个半导体产业链的主流典范，设计归设计，制造是制造，封测做封测。传统上垂直整合的电子产业因而切割分立，影响所及，芯片设计公司站到台前，成为半导体业重要区间，而如台积电等专业制造业者更顺势崛起而登顶。

但近年来，半导体产业链的前半段出现裂缝。主流分工模式下的芯片设计业者与身居芯片买方的系统厂商间楚河汉界出现松动，破融重组。

传统上，系统公司买来芯片设计公司开发的芯片，整合成为手机、电脑、工业用设备、汽车等系统产品，销售给消费者或企业市场。这个半导体产业链以至整个电子产业的分工模式，造就了业内行家所称的无晶圆厂（fabless）芯片公司业务模式，也直接为产业链下游制造端的专业晶圆制造业者创造出巨大发展空间。台湾半导体业因势利导，掌握了这世纪性的机会跃起。

但半导体产业链上游的设计端近来悄悄地渐生变化。原来是芯片使用者的大型资讯电子厂商越来越不愿只做单纯的买家。一步步，他们开始自建芯片开发团队，积极开发自有芯片，交由专业晶圆代工业者生产，自行使用。

「系统公司变成芯片公司，芯片公司变成系统公司，」 芯片设计工具领导厂商 Cadence 的执行长 Anirudh Devgan 去年在该公司的用户会议时提及。Cadence 目前有四成五的客户是正在针对自己内部需求开发定制型芯片的厂商。

检视大型系统厂商与芯片供应商关系时，这个现象尤其明显。看看苹果、Google、Meta 脸书、亚马逊、以至 Tesla，还有中国的阿里巴巴、百度以及手机业者，都在芯片端开始或深度、或试探性的布局。而如 NVidia、AMD 等芯片厂商近年更是积极投入高性能运算（HPC）领域中的重要应用，建团队、以自己芯片为核心并融合软硬件以推出系统平台。

苹果是其中最耀眼的例子。苹果自早年购并芯片设计公司 P.A. Semi 后，尽管一直向外界购用处理器芯片，也在内部平行维持自有处理器开发计划。不仅其后 iPhone 手机等采用自家的 A 系列处理器，在疫情年间也将 Mac 计算机使用的处理器芯片自 Intel 全盘改用自行开发的 ARM 架构 M 系列处理器，迅速成为苹果整个 Mac 计算机系列的重要卖点。

苹果之外，Google、亚马逊、Meta 脸书等网络、社群大型业者，也都为了各自的云端、服务器、元宇宙等等应用的需要，自行针对各自的重点技术开发自用的专用处理器与配套芯片，并交由台积电等专业制造业者生产。近来AI人工智能酿成风潮，更促动这些企业加把劲开发自己的专用芯片。

AI 热潮不仅席卷信息电子网络产业，也引发包括汽车等其它各产业的高度投入。以 Tesla 为例，它多年持续自行开发车用处理器等芯片，仅供自用，现在也将与自动驾驶等应用高度相关的 AI 云端系统列为战略性的优先项目，开发专用的 Dojo 高性能芯片。

Tesla 就是个鲜活的例子，说明今日汽车产业与芯片产业间的高度依存。根据 UBS 公布的研究报告，一台 Tesla 平价车款 Model 3，总计使用几近1700美元的芯片，是传统内燃机汽车使用芯片成本的四倍。其中所包含电动车必用的电池驱动系统以及可选择配备的第二级自动驾驶系统有关的芯片成本，分别达到五、六百多美元区间（见图）。也因此，在疫情期间供应链断链，逼得汽车厂无法出货，或是只能交出暂时将部分功能削减的车款。

晚近，电子设计自动化工具业者将云端、机器学习、AI 纳编以加强功能的趋势，更拉开大型与小型业者间的差距。位居全球 EDA 电子设计自动化工具系统前三大业者的西门子，在七月初 DAC 设计自动化会展期间宣布推出整合 AI 与云端的芯片设计工具。西门子 EDA 副总裁 Amit Gupta 根据他在设计自动化业内多年经验指出，芯片开发商使用结合云端的开发工具，与一般企业为了跨地域、跨组织而上云端的动机不同。芯片设计越来越复杂，设计、验证所需用到的运算能力益发庞大，上云端可汇集更大的运算能力，满足高端设计所需。对相对容易加入云端能力的大型系统商，如此演变加大了它们的竞争优势。

另一方面，由终端市场观察，系统厂商面对的竞争越发剧烈。不仅平均售价必须下降，消费者与企业要求具备的功能越发复杂；全球市场又必须快速交货，产品世代演进只能加速，不可减速。不管是手机、服务器、或是电动车，终端厂商无法一直等待芯片供应商日益放慢的世代交替。

多重面向多股力量交相影响下，也难怪资源丰沛的大型系统厂商会因外在情势的变化在外购与自建团队开发芯片间思考如何选择。因此，在每年需求十亿台的手机等需求量大消费电子产品市场，或是如年需求千万台的云端资料中心的服务器、一亿辆汽车等附加价值高的应用领域，有能力自行开发、投片的系统厂商都已另辟蹊径，弃用以过去 Intel 为代表的通用型中央处理器，针对各自具战略性价值的特定应用，开发特殊应用的专用芯片，为系统业者创造更稳固的竞争优势。

在高端芯片领域出现的价值链破口不可能是短期的偶发现象。这股芯片厂商与系统厂商互跨的潮流必然持续。大视野观察半导体业，如此演变让EDA 芯片设计验证系统工具厂商有更宽广市场空间，也给台积电等顶尖的晶圆制造厂、以及手握系统厂所需特殊制程的芯片制造商更大的成长空间，而一般的芯片设计公司则不得不因此在产品与市场战略作出应对。

此时此刻，难道我们正在见证半导体产业的垂直整合风潮再起？言之过早。半导体业价值链的专业分工不可能就此打破，但是经此巨变，芯片开发能力显然已成为是否跨身成为重量级厂商、以及厂商是否能掌握策略性自主能力的重要衡量标准之一。