從製造到平台:台積電的合作共生

沈榮欽、莊皓鈞
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圖片來源:達志影像/美聯社

2024年,隨著AI晶片需求爆發,這年成為了台積電成立以來收獲最為豐碩的一年。7月4日,台積電股價首度站上千元大關,以1,005元收盤,市值來到新台幣26兆元。但在發生疫情期間晶片短缺以及地緣政治讓世界主要國家開始重視晶片對國家競爭力及國防安全的影響之前,台積電很少成為西方主流媒體的焦點。

台積電商業模式轉向平台模式才是其里程碑

在大眾眼中,像Google、Amazon、Facebook這樣,以小博大,翻轉產業的創業故事,反倒更為令人神往。但事實上,全球市值排行前十大公司中,包含微軟、蘋果、輝達、Alphabet、亞馬遜、Meta等有超過半數是是台積電的客戶,而在其背後支撐這些服務算力的正是台積電所生產的晶片。對台積電而言,在2007年將其商業模式轉向為平台模式,發展以創新為導向的生態系,是台積電發展的重要里程碑。

事後來看,不難看出平台商業模式對台積電的重要性,但是當時台積電不僅製程技術落後英特爾,而且市值也只有英特爾的三分之一,為什麼台積電能夠藉由這種商業模式脫穎而出?如果這種做法真的是關鍵成功因素的話,為什麼競爭對手不加以模仿?

更深一層而言,這裡也牽涉到一般對於台積電成功因素的迷思,認為台積電的成功是台灣年輕工程師「賣肝」的結果,這種說法固然有其原因,但是為什麼年輕工程師同樣「賣肝」的三星卻無法取得同樣成就?另一種常見的說法則是將之歸因於台積電專業晶圓代工模式的成功:三星和英特爾因為本身涉及設計,所以無法取得客戶的信任。且不論英特爾過去認為設計與製造的垂直整合是其競爭優勢來源,這種說法的言下之意似乎認為,如果三星和英特爾將半導體製造與設計分離,就可以取得和台積電同樣的成就。真的是這樣嗎?

如果英特爾在2012年沒有拒絕黃仁勳為輝達代工GPU,甚至根據其建議,努力爭取為蘋果、高通與德州儀器代工晶片,英特爾是否會在市場擴大之後,因應客戶要求,而將製造獨立出來,那麼英特爾的命運是否會因此截然不同?或者,縱使英特爾未將半導體製造獨立出來,是否可以模仿台積電建立平台商業模式,利用其當時優於台積電的製程技術,與台積電競爭而保持領先?三星是否也能夠用同樣的方式「從模仿到創新」?

企業的策略與其擁有的資源和能力有關,不可幻想

多數評論忽略的是,企業的策略通常與其所擁有的資源和能力有關,而不是僅是領導者視野與謀略的產物。這裡的陷阱是太多人將企業的成功與否比擬為領導者之間的策略賽局:聰明的領導者具有非比尋常的視野,能夠比對手洞燭機先、制定優秀的策略先發制人等等,企業就能因此獲得成功。

問題的關鍵在於光是以領導者的才智,說明其制定的商業模式如何優秀,不足以解釋企業的成功,因為至少還必須解釋為何企業有足夠的資源和能力比競爭對手更好地實踐該商業模式。例如Scott Newbert等人曾經研究半導體產業成立初始50年間全球獨立的半導體新創公司,發現平均而言,採用「技術推動」策略的半導體公司比強調「需求拉動」策略的公司績效更佳。

既然這樣,為什麼不所有公司都採用技術推動策略?原來他們發現半導體企業的資源和其公司策略有關:有些公司以管理能力著稱,有些則強調技術能力。以管理能力著稱的半導體公司在成立時多強調市場,採用需求拉動策略,而以技術能力為基礎的公司多強調技術推動策略,因為這是最能夠利用其資源、發揮其能力的做法。沒有資源與能力為基礎的策略如同空中樓閣,十分危險。

對台積電而言,成功從來不是一蹴可幾,而是逐漸累積的過程。初始創業時最重要的活動是依客戶需求及其所提供的規格進行生產製造,但在1980年代,台灣科技產業仍剛剛萌芽,製造半導體晶片本身亦屬於高度技術密集的工作,不容易說服客戶下單。

台積電雖然製程技術落後,但是在製造上有良率優勢,問題在於台積電缺乏能夠取得訂單的管理能力。台積電是基於工研院一系列的積體電路計畫奠基了生產技術及生產良率,並以最初政府協助投資的第一座6吋晶圓廠,取得英特爾的信任下單後,才開始建立國際級的生產流程及制度。接著陸續有飛利浦、德儀、摩托羅拉等國際半導體大廠下單,而開啟了為IDM(整合元件製造)公司代工的業務。正如張忠謀所言,他成立台積電時,技術已非其所長,他帶給台積電的並非技術優勢,而是市場與管理能力。

張忠謀表示,台積電最初是以「生存下來」為目標

從市場機會來看,張忠謀預見的是無晶圓廠的IC設計公司、IDM公司及有IC設計能力系統廠商的需求。但事實上,當時晶圓代工屬於市場利基,雖然在台灣有少量的IC代工需求,但IC設計公司在90年代之後才興起,而有IC設計能力的系統廠商,如蘋果,則到了20幾年後才出現。張忠謀晚年受訪時承認,最早台積電是以「生存下來」為目標,後來台積電的成長遠超過他的預期,如同英特爾創辦人摩爾(Gordon Moore)承認英特爾的成就遠超過他的預期。

關鍵是這種商業模式正好適合台積電良率的優勢。在創業初期,台積電所承接的主要還是國際大廠所釋出價值較低的成熟製程的生產工作。但此類活動價值較低,若無法持續提高生產良率,此商業模式將不具可行性。張忠謀在他的自傳中提及,英特爾同時委託的另一家公司,便因成本過高而放棄接單。此時台積電還未能掌握先進製程的開發能力,只能做為跟隨者依循並試著追趕客戶提出的技術標準及技術藍圖,專注於提高生產良率與降低生產成本。

雖然事後證明商業模式可行,但在當時要說服各方投資人投資,是極其困難的事。相對於軟體業,半導體的初期所需投入資本驚人的高,甚至需要動用國家資源。以Facebook為例,Facebook的初始網站只花了15,000美元,2004年獲得的第一筆來自知名創投家Peter Thiel的天使基金不過50萬美元。但台積電成立之前,由政府投入的VLSI(超大型積體電路)計畫經費已高達新台幣29億8千萬元,台積電成立時募集的總資本更高達1億4,500萬美元(最初提案版本更高,五年內需要投資2億4,350萬美元)。

台積電必須降低各方認知的不確定性,才能確保專業代工的執行

當時,國家已經同意投資48.3%股權,但即使有國家背書,以及一座6吋的晶圓廠,仍不足以確保台積電的生存。一個好的商業模式,除了要說明技術可行性、市場需求及商業可行性(如投資報酬率與損益兩平點),更重要的是在價值主張上,必須能有效降低各方利害關係人認知的不確定性,才能確保專業代工的相關活動順利整合執行(從製程技術開發到產品量產),甚至能與合作夥伴建立合作機制及產業規範。

雖然,我們常從創業家的路演(Roadshow)中聽聞成功投資的各種軼事,或是闡述好的商業模式對於創業成功的重要性,但事實上,商業模式的實踐,要有資源與能力配合。一般來說,深受大眾及媒體喜愛的創業故事,往往是創業家經歷重重的人生挫折後,昇華為造福大眾的決心,轉化為商業模式的養分。

這樣的故事會吸引人,主要是由於具備敘事上的真實性(narrative fidelity)並能與潛在利害關係人的期望、利益和所關心的議題產生共鳴。能說服投資人及客戶的故事,要能說明其價值主張的市場性及真實性,因此,必須同時考量有那些必要的關鍵的活動、自身的資源與能力、如何整合與執行這些活動,以及如何與不同的合作夥伴建立合作機制來平衡利益、重組資源及創造價值。

張忠謀提出「專業晶圓代工」服務是由於準確看到IDM公司為了增加先進製程產品、提高獲利所釋出的成熟製程產能,同時他能以第一座實際的6吋晶圓廠說服英特爾下單。但除了市場性及執行力,一個好的價值主張還需具備策略獨特性及競爭優勢。

台積電的獨特性在於不與客戶競爭以及顧客至上的服務

台積電的獨特性在於不與客戶競爭以及顧客至上的服務,這使得台積電成為了產業的賦能者而得以生存。而其競爭優勢則在於高良率所帶來的低成本優勢。更重要的是,價值主張最好還能在產業層次上建立正當性,也就是要能說明企業在所屬產業的角色及存在的理由。對於一個缺乏產業正當性及先進技術的企業,強調「競爭」對其發展較不利,台積電在不具先進技術的條件上,提出以「服務為主」、為同業賦能的代工商業模式,良好地定義台積電在半導體產業鏈上,「協助」IDM企業提高利潤以及降低IC設計公司進入門檻的角色,有利於其取得現有大廠的信任。這種做法除了能避免與既有企業直接競爭,甚至能說服更多的合作夥伴加入,一同提供客戶更好的服務,或共創新的價值。

國家發展論者認為,開發中國家的「國家」角色之一在於彌補在地企業家精神的不足,藉由國家率先行動背書,進而誘發出在地企業家跟進。不過當時雖然台灣政府做為台積電的主要投資者並為其背書,囿於當時台灣普遍對半導體產業不熟悉,貿然投入風險過高,難以獲得在地產業或其他企業家的支持。雖有少數投資來自本土企業家,但多數不久後便出脫持股。儘管本地企業家對投資台積電興趣缺缺,但是此投資案卻剛好與外資飛利浦公司的全球產業鏈政策契合,而成功吸引到飛利浦公司成為主要的非官方投資者。

台灣在經歷1960-1970年代舉世前茅的外資佔GDP比重後,外資佔比逐漸下降,台灣政府希望轉往高科技產業發展,於是在1980年設立新竹科學園區。當時飛利浦已是一家跨國集團公司,旗下有家電、半導體、光電及醫療事業部,並開始進行全球佈局。

投資台積電符合飛利浦將台灣視為東亞橋頭堡的全球佈局

最早飛利浦看重亞洲低廉的人力成本,從台灣的加工出口區開始,有計畫地將生產基地移往台灣,之後更大舉對電阻、映像管等電子業投資,支持台灣政府往技術密集產業發展的產業升級政策。投資台積電正好符合飛利浦當時將台灣視為東亞橋頭堡、擴大東亞佔比的全球佈局。雙方合約中曾經載明,飛利浦可以增加股權到51%,因為在其全球佈局中,投資台積電是一步活棋,其邏輯如同實質選擇權(real option):如果台積電績效良好,可進一步將台積電納為旗下半導體衛星公司。張忠謀對此保持高度警戒,希望維持台積電獨立地位;在1991年台積電籌備上市時,經張忠謀遊說,股票公開發行及員工認股對於吸收人才之重要性,飛利浦始同意放棄這項條款。

超乎飛利浦預期的是,台積電的低建廠成本及高良率,使其生產成本比飛利浦自有的晶圓廠更低。而且台積電不僅獲得飛利浦投資,並付給飛利浦權利金取得技術授權,藉由飛利浦與其他國際半導體大廠的交叉授權,避免了台積電進入國際市場時被歐美大廠控告侵權的可能。台積電就此進入全球價值鏈,成為一個天生全球化(Born Global)的企業,透過其商業模式逐漸影響全球半導體產業的分工格局。

不過專業代工模式的意義不僅在於改變全球半導體產業的分工格局,促成無晶圓廠設計公司的興起,台積電內部如何適應代工模式,並發展出相對應的能力,更是發展關鍵。90年代之後,半導體發展為一個高度專業分工且亟需協作的產業,製程能力之外,佈線的合理性、可行性、設計對封裝的需求、光罩設計、缺一不可,而不同節點的製程還需搭配不同的EDA及曝光機系統。一項設計要實現價值,這些製程技術的互補品缺一不可,加上技術迭代速度快,為了達成產品快速上市,企業之間的相互依賴程度極高。

舉例來說,為了提高產能及加速上市時間,1993年時,AMD曾把0.5微米製程中重要的製程模組(Process Module):鎢塞(Tungsten Plug)及化學機械研磨(CMP)技術,無償技轉給台積電使用。2024年高盛證券的《人工智慧(AI)長期投資策略》報告則是指出,AI晶片不足的瓶頸不是在先進製程的產能,而是在先進封裝製程CoWoS不足。從這些例子可以得知,半導體業,先進製程技術的發展固然重要,但互補技術的發展以及產品開發上的協作,更是影響客戶的產品能不能順利上市的關鍵。

專業代工模式使得台積電得以將所有精力專注於製造

專業代工模式使得台積電不必像英特爾這類IDM公司一樣,需要花費大量心力,涵括設計、行銷、銷售、售後服務等價值活動,而得以將所有精力專注於製造,特別是這些價值活動往往分配在不同國家,也需面對不同客戶的複雜性。但是在另一方面,台積電也不像傳統電子產業的代工模式,較著重於精進製造技術。

由於專業代工模式更需要有高度的技術協作開發,台積電以專業服務為導向的商業模式,更強調能與客戶緊密合作,並有足夠的學習能力,從解決技術問題中共同創新。舉例來說,2010年時,Apple對台積電提出的需求是2014年需要20奈米製程,當時台積電已完成28奈米製程,而下一個技術節點是16奈米,因此對台積電而言20奈米的開發可以說是Apple專屬的客製化服務,與此同時,三星則是直接開發16奈米製程,並在此一節點搶先台積電量產取得Apple訂單,但由於Apple的競合關係,最終Apple仍在台積電16奈米製程量產後轉而向台積電下單。而這個過程也促使台積電在開發製程上採取了新的做法,同時開發下一個半節點和下一個節點,以同時因應客戶不同的需求。

到了90年代,IC設計產業興起後,客製化產品的需求大增,2000年台積電營收中已有6成來自IC設計公司(無晶圓廠公司),為了更有效率地服務這些客戶開發新產品,台積電於1996年提出客戶「虛擬晶圓廠」的願景,並於2001年推出「e-foundry」平台。透過台積公司的e-Foundry平台,IC設計工程師可以24小時線上即時下單、追蹤產品進度、檢查運送細節及了解其他相關後勤資訊。

此外,客戶還可以在平台上取得有關產品良率分析(yield analysis)、訂單執行情況(order status)、生產及出貨資料(backlog)、晶片測試資料(wafer sort)、晶片品質(quality assurance)、統計製程管制資料(statistical process control)以及製程可靠度(process reliability)資料等工程製造相關細節。

台積電貼心、便利的服務奠基了「開放創新平台」的雛形

除此之外,台積電還為客戶提供參考設計流程(Reference Design Flow)、矽晶片驗證的軟體參數(silicon-validated technology files)、資料庫元件(library components),同時也與電子設計自動化(EDA)業者Synopsys及Avanti合作,推出DesignSphere? Access服務,讓客戶可以透過網路在線上完成從產品構思至晶片驗證的所有程序(Concept-Through-Silicon Capability)。

在服務客戶的過程中,台積電發現他的客戶中在開發產品的過程中有許多技術或知識是重複的,包括IC設計輔助工具、製程技術與矽智財知識等,透過知識共享,將能進一步為客戶節省開發時間及成本,為此,台積電發展出「設計服務平台組織」(DTP,Design & Technology Platform),提供設計標準及不具商業機密的「基礎型矽智財」(Foundation IP)給客戶,以利客戶縮短開發產品的時間。這些基礎建設奠基了台積電「開放創新平台」(Open Innovation Platform,OIP)的雛形。

在新的模式下,台積電能協助IC設計公司和IP供應商的媒合,同時確保IC設計公司使用IC設計輔助工具時能與台積電的製程技術相容。透過OIP,台積電快速縮短與客戶的溝通成本,最終協助客戶達成「第一次投片即生產成功」。根據台積電年報,16奈米FinFET強效版製程技術量產後,在2015-2016年期間,總計接獲超過90個客戶產品投片,其中大部分都是第一次投片即生產成功。其市場應用,更包含了行動裝置、伺服器及繪圖晶片等產品。至2021年經晶片驗證完成的IP與元件資料庫,矽智財組合已超過3.5萬個,當台積電在「開放創新平台」所累積的知識資產越多時,客戶將越依賴此一平台,形成一個促進產業發展的正向循環。

台積電轉變為創新平台時,其主要活動也從線性的代工服務轉為多方協作

彼得杜拉克曾說:「預測未來最好的方法就是去創造未來」。台積電的商業模式從專業代工服務轉變為創新平台時,其主要活動也從線性的代工服務關係轉為多方協作關係,2007年台積電慶祝二十週年時,張忠謀就指出,IC設計公司和晶圓代工廠的合作會從「接力合作的模式,變成從設計到生產的全程合作。」。從服務思惟出發,台積電透過OIP與其他企業合作的過程中,雙方互動的過程中,共同學習到如何整合資源以創造新資源的能力,並提供彼此更好的服務,同時也能減少新產品開發過程中可能發生的錯誤。

這個動態發展的過程,不但創新增加,提高了資源的效用,整體生態系的運作也更有效率,從而形成一種正向循環,增加生態系的資源密度及系統活力。台積電以服務協助「客戶成功」,解決客戶問題的同時也創造新的價值,並依此配置資源發展技術藍圖,不但創造新的半導體產業樣貌,也降低未來的不確定性。

不過,競爭優勢是相對的,台積電的成功,也和對手的犯錯有關。直到2014年時,英特爾還以14奈米的製程技術領先台積電與三星的20奈米技術,但是因為在過於雄心的10奈米計畫犯錯,一再延宕反而讓製程技術循序漸進的台積電與三星反超,而小幅落後。三星雖然與台積電在先進製程技術上亦步亦趨,但是良率不如台積電,難以獲得客戶青睞,而在市場上失利。

如今英特爾落難,很多人將之歸咎於太晚將設計與製造分開,不過從台積電創新平台的經驗中我們得知,光是將製造獨立出來,恐怕未必確保英特爾的競爭力。除非英特爾同樣發展出類似的平台創新能力,否則很難與台積電競爭,但這種能力正是英特爾目前欠缺的。

長期技術領先者通常對自我技術累積越深、越自信,反而更容易依賴既有模式,抗拒變革與內部文化僵化,長期能力反而導致核心僵固性,難以轉變為以客戶服務為主的創新平台生態系。台積電轉型多年在此累積的能力與經驗,已經成為晶圓代工後進者的一大進入障礙。

值得注意的是,台積電雖然成功地在晶片產業延伸其「專業服務」的能力,發展設計服務業務,建立一個創新生態系,但當它在2009年試圖將其專業晶片生產的製程能力延伸到太陽能或LED產業,並深信其製造上的學習能力能比競爭者快,而得以複製其在晶片產業中從追趕到超越的成長路徑時,卻不如預期。

台積電要複製成功經驗到其他產業,也非易事

造成此結果的原因甚多,但一般認為,台積電退出太陽能產業的原因在於太陽能產業技術門檻不高,也缺乏像摩爾定律一樣可長期延續發展的技術賽道而使得追趕空間不足,加上中國企業在政府大力補助下大量擴產、削價競爭,使得此產業的吸引力快速消退。台積電退出LED產業則是因先行者早已佈下專利障礙及加上台積電行銷能力不足,而不得不黯然退出。即使老練如台積電,要複製半導體製造的成功經驗到其他產業,也不是一件容易的事

沈榮欽,作家。法國INSEAD博士,對市場與企業組織感興趣。

莊皓鈞,政治大學科技管理博士,對創業議題有濃厚興趣,本來想進學術圈,卻意外地踏入不同產業新創公司,但仍持續做研究,希望能將個人的學術素養及科學精神推廣至產業。

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