在研發、設計、生產、封測、通路五大半導體產銷流程中，研發、設計所需的時間比以往多出50%以上，一個新產品的上市，背后還有長達12~18個月的Debugging等工作。為了使客戶更有效率的推出新產品，上游EDA公司除提供完整的產品線之外，也開始布局更多的軟件投資，而與云端服務業者的合作，也成了加速、效率化的捷徑。

對晶圓制造業者而言，80~90%的稼動率是常態，85~95%的良率都是基本的要求。但這些大規模的生產設備，所需要的相關投資已經成為天價，可以理解為何進入7nm世代之后，只有臺積電、三星電子(Samsung Electronics)與英特爾(Intel)有具體的投資計劃。

我們已經可以預測，到了比7nm更先進的工藝之后，供應端與需求端同時寡頭化將成為產業的關鍵趨勢。屆時，上游的設備、材料廠，如何與少數的買家協商最佳方案，也必然會是產業界津津樂道的話題。

至于封測廠商則可能面對更大的挑戰。大約有30%的資本支出將用在封測流程上，但封測業者如何驗證自己的價值，將是個非常困難的挑戰。從10年前開始，封測業者對于后續的投資便采取相對保守的措施，導致臺積電自行布局封測事業。

最后端的營銷通路，企業憂心的不是半導體技術，而是背后大規模的金融操作，會不會面臨新的挑戰。

全球六大晶圓代工業者工藝演進

半導體價值鏈的關鍵變革

1983年，韓國三星決定投入存儲器的發展行列，打破日本業者獨占的局面，埋下今日三星主導全球存儲器產業的種子。1987年，臺積電成立，并以獨特的晶圓代工模式，吹皺了全球半導體產業的整池春水。

1980年代，是日本第一的年代，美國半導體產業的實力無可比擬，沒有人料到三星、臺積電竟然成為全球三家角逐7nm以下最高階工藝的主導者。

三星、臺積電改變全球生態的原因各異，只是時空環境、產業條件不同，1980年代是工業時代的末期，誰能掌握投資資源，加上正確的企業定位與決心，就有可能翻云覆雨，成為一方之霸！

經過幾年沉潛、積累，三星與臺積電都在1990年代中期進入「井噴」階段。1993年，掌舵的三星董事長李健熙召開法蘭克福會議，宣示「生產不良品的人就是罪犯」，三星必須以全球頂級企業自許的企業方針，改變了三星的自我定位與策略方針。

三星開始以全球第一為目標，存儲器便是攻堅的核心事業部，再搭上PC在1990年代中期快速擴張的成長商機，三星終于成就了存儲器產業的霸業，并將原本領先的日商擠到市場的角落。

臺積電雖然從一開始就能站穩腳根，但真正成為世界級的公司，也在1990年代中期之后。手機、PC廠商的上游零件業者，逐年成為臺積電的座上賓。1990年代時，臺積電的主力客戶是二線的NVIDIA、ATI等繪圖芯片供應商，并非2000年以后的蘋果(Apple)、高通(Qualcomm)與聯發科。

而在21世紀的第一個10年，國內的海思、展訊或之后的挖礦機等業者，根本不在臺積電的雷達范圍之內。隨著產業條件的變革，三星、臺積電都能與時俱進，并在市場上呼風喚雨。

IC設計費用暴增縮短工時成關鍵

臺積電、三星都宣稱要在2020年建構3nm的代工能力，但據研究機構IBS估計，屆時每顆IC的設計費用至少5億美元起跳，如果高達15億美元的天價也不令人意外，而其中以GPU成本耗費至巨。

IBS指出，28nm平面型的IC設計平均費用為5,130萬美元，使用FinFET技術的7nm，則是需要2億9,780萬美元，設計費用幾乎多了6倍，因為背后所需要的IP、檢測等費用，都是跟著水漲船高。因此，設計公司必須選擇具有高超技術的晶圓代工廠，但晶圓代工費用也是令很多企業頭痛不已。

臺積電宣布2019第2季將進行5nm的風險生產，也將成為全球第一個量產5nm的企業，而三星則宣稱將在3nm工藝中使用GAAE(Gate-All-Around-Early)技術，三星并以MBCFET(Multi Bridge Channel FET)為這項技術命名。

各工藝半導體設計費用

FinFET的技術雖然可以讓三個不同面向的電流流通，GAAE技術卻可以在各個不同的角度、面向都可以達到電流流通，進一步提高效能。三星這項技術是與IBM、GlobalFoundries一起開發，但由于牽涉到蒸鍍等各種多元的技術、設備，巨額費用可想而知，估計現在會對這些技術有興趣的公司，不外乎高通、NVIDIA與蘋果而已。

上游EDA業者也受沖擊

過去類似亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)、Google這些云端服務大廠，一直嘗試說服各家企業將自己的運算功能、存儲設備放在由他們提供的云端系統上。這兩年企業端的消費者開始買單，「云端運算」不再只是口號，甚至不再是個議題，而是已經開弓的箭，再無回頭的可能。關鍵是這個大趨勢現在、未來對各個產業的影響，以及企業如何因應。

以微軟的Azure云端服務平臺為例，過去IC設計業者從EDA業者取得的各種設計工具，在自家的計算機系統上運算，不免要面對運算資源、速度的壓力，而存儲各種演算成果、信息，也必然面對一樣的侷限性。

事實上，IC設計業運用的工具越來越復雜，從前端的規格設定開始，包括Block design、Synthesis、Formal verification、Simulation，以及后端的Place and route、Static timing analysis、Physical verification、Tape-out，各大云端服務平臺的業者，都嘗試讓IC設計公司將EDA設計工具，透過云端系統得到最大的效率。

使用這些服務的企業，可以運用云端上已經備妥的各種運算資源，以On-premise的模式，高度彈性的使用最佳、最大的運算能力。這樣的服務架構，可以讓原本的設計流程加速。而及早上市這件事，對IC設計機構代表著更高的利潤、更低的成本，而這也可能是整個流程中，最具有價值的部分之一。

例如，前端Synthesis的流程，可以與Verification或Validation的流程平行處理。后端設計上可以使用EDA設計工具，以邏輯設計同步合圖(Mapping)的模式，可以與晶圓工藝完全吻合，以避免可能出現的偏差。

其他包括STA(Static Timing Analysis)、DFT(Design for test)等Validation的工具，在設計規則的確認(Design rules check)、LVS(Layout versus schematic)測試這些多元、重復不斷的動作，牽涉到大量Data set之間的互動，其實也都只是為了確保制造時的精確度而已。

這些動作如果能夠透過云端的架構，由功能更強大的數據中心來處理，不僅對于IC設計公司而言是成本、效率上的一大解脫，但也可能是未來非常關鍵的競爭模式。

此外，類似DFM(Design for manufacturing)的流程，通常有好幾千個Cores，也非常適合云端服務的平行處理架構，可以讓過去要花上好幾天的運算流程，縮短到幾個小時。我們可以期待，如果專利授權沒有太大的問題，這些EDA使用流程上的改善，將會是這個產業流程的創新與革命。

核心與存儲器用比大幅改善

如今，完備的基礎建設讓云端上的大量運算成為可能，企業可以優化計算機資源，可以利用虛擬的設備，在Linux/Windows的技術基礎上進行，微軟甚至說，核心(Core)與存儲器(Memory)之間的用比可以從以往的1：2，大幅改善為1：30。

現在連臺積電都與微軟Azure、AWS兩大云端服務公司合作，微軟Azure E系列Core與Memory的用比可達1：8。Azure M系列在Timing Analysis與Physical verification的流程上，則可以128 Cores對比3.8TB RAM，這些都可讓設備投資得到很好的回報。

在存儲設備上，Azure Storage提供多重存儲模式的選擇，例如名為「Blob」的服務系統，可以存儲大量非結構性的數據或檔案，也可以提供NFS的使用情境，這種方式既可以是單純的云端服務，也可以在線線下隨意選擇不同的作業環境。

針對Verification的流程，可能產生上百萬個非常小(4~16K)的臨時性檔案，Azure Avere也可以提供NFS的支援，而為了使所有的網絡通信環境無所窒礙，世界級的網絡巨擘都在布局海底電纜、光纖網絡，讓運算遲延(Latency)的現象降到最低。

這些新建的數據中心與基礎網絡，將隨著5G應用的擴大而同步推展，相關的需求也將水漲船高。