台積電如何成為世界半導體心臟？揭秘護國神山屹立不搖的關鍵，美國、日本都望其項背

台積電做為一家純晶圓代工製造廠，為無晶圓廠晶片設計公司提供了可靠的製造產能。更重要的是，台積電由一位了解產業遊戲規則、曾任職美國半導體主流企業的資深經理人經營，唯一的問題是技術落後。台積電成立時，其製程技術大約比產業領先的垂直整合製造商落後了兩個製程節點，還無法為無晶圓廠晶片設計公司的創新產品提供服務。因此，台積電必須從撿拾垂直整合製造商的「剩菜」開始，而不是和無晶圓廠晶片設計公司結盟。當時大多數的美國無晶圓廠晶片設計公司都是委託日本的半導體製造商代工，因日本的製造品質和良率享有盛名。

純晶圓代工廠的威力！台積電如何成為世界的兵工廠？

雖然業績欠佳，但台積電致力於技術學習。在成立約四到五年後，即1991至1992年間，台積電與市場領先者之間的技術差距已縮小至一個製程節點，此後無晶圓廠晶片設計公司的訂單即逐漸湧入。創業維艱，1987年至1992年，對台積電最終的成功來說，是既辛苦又關鍵的階段，在這段艱難的歲月中，工研院和飛利浦的技術根基和經營團隊的人脈網絡是公司重要的資產。

台積電最早、也是最重要的「剩菜」訂單來自英特爾，它委託台積電代工製造MCU 80C51晶片，採用1.5微米製程。曾繁城從電子所的VLSI計畫一起移轉台積電，在公司創立初期擔任生產和研發主任，他回憶道：「在1987年年底左右，英特爾的新任執行長安迪．葛洛夫（Andy Grove）拜訪台積電，Morris（張忠謀）要求我針對我們的6吋晶圓生產線以及1.5微米製程技術進行簡報。為了給客人留下深刻的印象，我強調我們的生產線良率超過80％。然而Andy似乎並不在乎良率多少，他只問我們在製造過程中是否遇到任何『意外的災難』，我說沒有。後來我了解到，英特爾在開發相同製程時曾碰到過一些災難性的問題。」

經過葛洛夫的認可之後，英特爾於1988年2月開始向台積電下代工訂單，每月訂購兩千片至三千片晶圓。英特爾於1982年首次採用1.5微米製程節點，開始量產其80286處理器，到了1988年，英特爾處理器即將過渡到0.8和1.0微米的製程節點，因此英特爾這張訂單，代表了它對其非核心產品的微控制器（MCU）所採取的第二來源採購策略，使用的是成熟技術。英特爾對其主力產品CPU則採用單一採購來源策略，全部自行生產，並無委外代工。 （相關報導： 半導體龍頭聲請破產！債務纏身，「合作夥伴衰踩雷，慘賠516億元」產業恐面臨寒冬 ｜ 更多文章 ）

在下訂單之前，英特爾曾要求台積電特別為它們建立一條與英特爾完全相同的生產線，以實踐英特爾著名的「完全複製（copy exact）」模式，但被曾繁城拒絕。曾繁城堅持，台積電應該設計自己的生產線，並選擇自己的設備來為多個客戶服務。但是，曾繁城同意按照英特爾生產線的標準程序進行生產控制，例如通過從生產過程中不同地方（當時約有20個點）收集數據，進行統計製程管控（statistical processing control），做為製造數據分析和生產最佳化的基礎。這一項努力使得台積電獲得了英特爾的認證，成為合格的代工製造廠。曾繁城表示，英特爾的訂單對台積電的營收貢獻並不大，但對台積電在產業界的聲譽卻是巨大的助力，當時英特爾在產業中，被認定是製造典範。

獲得英特爾的認證後，台積電隨後贏得了其他垂直整合製造商的訂單，包括超微半導體，該公司先前都是委託日本東芝代工。英特爾後來還與台積電簽訂了製造晶片組的合約，但只委託所謂的「南橋」部分，英特爾保留了「北橋」晶片組由內部生產。「南橋」連接CPU與電腦外部設備，如硬碟、USB等，從事低速數據傳輸；而「北橋」則連接CPU與電腦內部晶片，必須進行高速數據傳輸。「南橋」晶片組通常採用比CPU落後一到兩代的製程技術，這與台積電當時的技術能力契合。

為技術領先的垂直整合製造商代工，強化了台積電的技術基礎，為真正的晶圓代工模式做好了準備。早期的無晶圓廠晶片設計公司客戶包括：Altera、ISSI、ATI，以及幾乎所有台灣的無晶圓廠晶片設計公司，都是台積電的客戶。儘管有來自聯電和新加坡的特許半導體的競爭，自晶圓代工成為一個產業以來，台積電一直是該產業中領先的服務提供者。2004年，台積電占晶圓代工市場的47%，幾乎達到一半，到2023年市占率更達到了61%。2004年台積電所服務的約300個客戶中，無晶圓廠晶片設計公司占大多數，垂直整合製造商則是次要的客戶，逆轉了早期的客戶組成。

從2004年台積電年報可知，它的主要無晶圓廠晶片設計公司客戶包括了：阿爾特拉、ATI、博通、邁威爾（Marvell）、輝達、高通和威盛電子。主要的垂直整合客戶則包括：亞德諾半導體、飛思卡爾（Freescale）、飛利浦和德州儀器。其中值得注意的是，威盛電子是唯一一家進入前十大晶片設計公司名單的台灣公司，其餘均為美國晶片設計公司。在所有客戶中，沒有一個客戶占台積電總營收10％以上。

輝達創辦人兼執行長黃仁勳，將「純晶圓代工模式」視為一種平台模式。他曾評論道：「平台並不製造自己的產品，只幫別人製造產品。一個成功的平台，具有四個關鍵要素：技術、產能、定價和交貨承諾。二十年前（實際上是1997年），當我與張忠謀在新竹見面時，我從談話中得到的重要訊息是『誠信和信賴』。我當時認為這是老生常談，但他卻是認真的。誠信和信賴是台積電的核心價值，做為一個平台，如果你不能贏得他人的信賴，你就無法為他們建立一個生態系統。」輝達自成立以來，一直依賴台積電為其製造顯示卡。如今，輝達成為全球最有價值的無晶圓廠晶片設計公司，輝達的成功彰顯了晶圓代工模式的力量。

2004年的客戶清單也體現了台積電自1987年創業以來，半導體產業演進的軌跡。阿爾特拉和威盛電子代表個人電腦的附加元件和晶片組，ATI和輝達代表個人電腦的顯示卡，博通和邁威爾代表基於個人電腦的網路通信，高通則代表無線通訊和手機。自從個人電腦發明以來，台積電為半導體產業的創新提供了一個平台，早期大多數的創新都是針對個人電腦應用，直到2000年代無線通訊崛起後，個人電腦的角色才逐漸式微。 （相關報導： 半導體龍頭聲請破產！債務纏身，「合作夥伴衰踩雷，慘賠516億元」產業恐面臨寒冬 ｜ 更多文章 ）

個人電腦的應用提供了台積電成立後的二十年成長基礎，這些應用都是透過英特爾所發明和主導的微處理器來實現。正如台積電前研發長孫元成所說：「在個人電腦時代，我們專注於晶片組、FPGA、顯示卡。當基於個人電腦的網路通訊開始擴散時，我們製造NPU（network processing unit）；當無線通訊出現時，我們為無線手機製造低功耗、低漏電的CMOS和RF（射頻）晶片；然後是智慧型手機的應用處理器（application processor）。除了英特爾的x86微處理器之外，我們基本上製造了所有為數位革命提供燃料的產品。」

這段話說明了除了英特爾之外，台積電可能是數位革命中最重要的兵工廠。如果沒有台積電，許多數位創新就可能無法實現。以無線通訊為例，英特爾忽視了其重要性，直到為時已晚，才企圖介入這個市場。而無線通訊的拓荒者高通，自1990年代末期以來一直是台積電的重要客戶。

早期高通採取一項策略，即透過向基地台設備商和手機製造商銷售功能強大、但價格實惠的半導體晶片，來推廣其無線通訊系統的CDMA（code division multiple access）專利技術，這些晶片促進了CDMA 通訊網路的投資，以及相關手機的製造，高通則從系統中所涵蓋的專利收取授權費。在高通的背後，如果沒有一個強大且成本低廉的晶圓代工廠來為它製造晶片，這種商業模式就無法發揮作用。

高通公司成立於1985年，並於1990年代初開始推廣其發明的CDMA蜂巢式無線通訊網路技術，它創建了多種ASIC晶片，方便基地台和手機製造商採用CDMA技術。1993年，高通把這些ASIC整合到一個單晶片中，稱為MSM（mobile station modem，移動通訊站數據機），以簡化最終產品的設計。該晶片委託IBM以0.8微米製程製造。MSM晶片受到好評，並首先被韓國手機製造商採用，包括樂喜金星、海力士、三星和Maxon等品牌，高通隨後也推出了自己的手機CD－7000，將MSM與英特爾微處理器結合使用。

為了進一步推廣CDMA技術，高通認為有必要將其MSM基頻晶片組與微處理器進一步整合。它與英特爾進行了談判，並獲得了英特爾的同意，在晶片中嵌入一顆英特爾特製的微處理器來支援MSM，這項合作一直持續到1997年。那時英特爾拒絕提供一顆新的微處理器，以搭配高通升級MSM的需要，儘管MSM在市場上相當成功。然而，無論MSM晶片有多受歡迎，從產量或單價的角度來看，要與英特爾的核心CPU競爭企業內部資源，仍是困難的，當時英特爾也沒有成為晶圓代工廠的想法。錯失了為高通打造通訊應用微處理器的機會，英特爾失去第一次行動通訊來敲門的商機。 （相關報導： 半導體龍頭聲請破產！債務纏身，「合作夥伴衰踩雷，慘賠516億元」產業恐面臨寒冬 ｜ 更多文章 ）

被英特爾拒絕後，高通轉向安謀（ARM）授權技術，自行開發處理器，並與台積電簽約委託製造。1998年2月，台積電向高通交付了第一款基於ARM核心處理器的MSM晶片組，採用0.35微米製程，這是台積電第一次踏入處理器的領域。由於這款晶片的成功，高通決定專注手機晶片的設計與銷售，放棄手機製造，並於2000年將其手機製造部門出售給日本公司京瓷（Kyocera）。到了2002年，高通的MSM晶片的出貨量已累積到2.4億片。在高通2002年的年報中有如下的揭露：「QCT部門（高通的CDMA技術部門，負責銷售微晶片）外包所有晶片製造和組裝，以及大部分晶片測試工作，我們依賴少數有限的第三方來執行這項任務，其中有些部分只有單一來源，而我們與此單一來源並沒有長期合約。」此一單一來源，指的就是台積電。這一聲明顯示即使高通了解單一供應源的風險，也無能為力，因為高階製程的產能不易獲得，直到2005年三星加入晶圓代工行列，高通才有了第二供應源。

雖然高通對「複數供應源」的商業策略非常認真，然而與台積電的合作關係一直穩固。台積電專精的CMOS電晶體因其低功耗的優勢，非常適合移動晶片，而高通晶片被認為是台積電從1998年開始，開發0.18微米節點以下的低功耗、低漏電製程技術的主要載具。自第三代通訊時代以來，CDMA技術成為主流技術，高通也成為全球領先的無晶圓廠晶片設計公司，也是台積電多年來的頂級客戶。2007年智慧型手機問世後，蘋果也加入無晶圓廠晶片設計陣營。蘋果的加入，也肇因於英特爾拒絕為其提供處理器，這是英特爾第二次錯失行動晶片的商機。英特爾在CPU太過成功，才會兩次無視行動革命到來的信號。成功是失敗之母，再回首，已百年身。

誠如孫元成說的，所有英特爾不做的，台積電都可以做。高通和蘋果都透過台積電的平台，取得自己需要的手機晶片，完全按照自己的理想圖設計，無須和英特爾這種大牌供應商商量或妥協。這些晶片開啟了行動通訊的新時代，也把台積電拱上一個新高點。雖然高通和蘋果的晶片，有許多功能重疊、相互競爭之處，但在同一個平台上製造，毫無窒礙，也沒有洩漏商業機密的疑慮，顯現純晶圓代工廠的信賴平台的強大威力。

純晶圓代工廠不與客戶競爭，但客戶卻可能與客戶競爭。英特爾是台積電最早的客戶之一，台積電對英特爾奉若神明，絕不挑戰英特爾。但隨著x86微處理器的另一家主要生產商超微半導體，從2019年起成為台積電的客戶，開始委託台積電製造Ryzen－3000系列微處理器，與英特爾x86系列競爭市場，不挑戰英特爾的立場，就此崩潰了。在此之前，2009年超微將其製造廠分割獨立，成為格羅方德，承接晶圓代工業務，與台積電競爭；超微母公司則變身為一家晶片設計公司。切割當初，超微承諾將長期採購格羅方德的服務，但後來因為格羅方德技術落後，超微決定毀約賠款，轉向台積電下單。這項決定，使超微在處理器市場的競爭力快速提升，2009年超微在x86中央處理器的市場占有率是12.2％，到2023年時，市占率提升到31.1％，充分顯示台積電的價值。2020年，蘋果公司也決定結束與英特爾的長期合作，為蘋果電腦自行設計CPU，並委託台積電製造。

台積電在10奈米製程節點以下的進步，推動了新一波半導體產品創新，以應對人工智慧和雲端服務等高效能運算（HPC）的需求。2021年，英特爾宣布將建立一個晶圓代工製造部門來與台積電競爭，顯示出即使強大如英特爾，也意識到完全垂直整合的商業模式無法持續，因為研發和製造須達到的規模經濟門檻愈來愈高。這一項決定，等於宣示了晶片設計和製造的分離，已經成為半導體產業的常態。

英特爾因為在新製程技術開發碰到一些困難，無法及時支應新世代處理器生產的需求，為避免市場繼續被超微侵蝕，自2024年起也委託台積電代工製造處理器Lunar Lake。台積電欣然接受，並忠誠執行任務，老客戶超微和蘋果，也沒有抗議的聲音，顯示台積電的信賴平台，對所有晶片設計業者，都是開放的。從此時起，台積電已經成為所有邏輯晶片的「鑄件廠」，不分主流產品或支流產品，萬流歸宗，完全落實了米德—康威的願景。一個發想於矽谷的產業烏托邦，四十年後，終於在遠處海外邊陲的一個島嶼上，獲得實現。

作者介紹｜史欽泰

台大電機系學士、美國史丹佛大學管理科學碩士、美國普林斯頓大學電機博士。曾任工研院電子所所長、工研院院長、工研院董事長、清華大學科技管理學院院長及張忠謀講座教授、資訊工業策進會董事長，現為清大榮譽教授。

陳添枝

畢業於台灣大學電機系、美國賓州州立大學經濟學博士。 自1985年起擔任中華經濟研究院副研究員，長期為政府提供政策建言，後轉任台大經濟系教授。2008年擔任經建會主委， 2016年擔任國發會主委，將理論化為政策。現為台灣大學經濟系名譽教授、清華大學台北政經學院研究員。

吳淑敏

清華大學中語系、交通大學傳播所碩士。二十六年工研院生涯，歷鍊科技傳播、科技史、網路創新、科技藝術，參與工研院創意中心的成立，推動創意台灣的產業願景十餘年。著有《消失的1945：台灣拓南少年史》、《自由：12個關鍵決策》、《十里天下：史欽泰和他的開創時代》、《胡定華創新行傳》等書，並與故宮博物院合作，創作科技藝術《行氣》。

本文經授權轉載自天下文化《從邊緣到核心：台灣半導體如何成為世界的心臟》（原標題：從邊緣到核心：台灣半導體如何成為世界的心臟）​
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責任編輯／林俐