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(zhuān)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(zhuān)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(mén)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(hù)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(mén)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(mén)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(zhuān)職設(shè)計(jì)的 Fabless 公司出現(xiàn)，專(zhuān)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(mǎn)足整機(jī)客戶(hù)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(hù)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(mén)設(shè)計(jì)門(mén)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(zhuān)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(shū)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(zhuān)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)模混合信號(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(mǎi)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(mén)級(jí)發(fā)展到今天的數(shù)十億門(mén)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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(chēng)之為“虛擬整合”的運(yùn)營(yíng)模式。其最重要的一點(diǎn)就是：專(zhuān)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?xún)r(jià)比的產(chǎn)品買(mǎi)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(hù)導(dǎo)向階段、專(zhuān)業(yè)分工階段）中，各種類(lèi)型的公司一直相互存在，時(shí)至今日，各種類(lèi)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(hù)（購(gòu)買(mǎi)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(zhuān)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(hù)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。