中美貿易戰 深度 評論

制裁中興背後的晶片戰場:後進廠商有可能彎道超車嗎?

種種跡象顯示,美國這波包括中興事件在內的技術出口限制主張,核心除了劍指「中國製造2025」外,最重要的或許是圍堵中國5G技術的進程。中國等後進國家的廠商要在技術上「彎道超車」,需要什麼契機,同時會面對什麼困難?


圖為半導體製造廠員工對矽晶圓進行質量檢查。 攝:Krisztian Bocsi/Bloomberg via Getty Images
圖為半導體製造廠員工對矽晶圓進行質量檢查。 攝:Krisztian Bocsi/Bloomberg via Getty Images

隨着中美在貿易、技術問題上多番交鋒,種種跡象顯示,美國這波包括中興事件在內的技術出口限制主張,核心除了劍指「中國製造2025」外,最重要的或許是圍堵中國5G技術的進程。5月初,美國商務部長羅斯在記者發布會上便已明示,5G技術是特朗普(川普)政府的優先發展事項。雖然近期中興事件有解決之勢,但美中兩國在5G這個戰場上的紛爭,看來並不會就此停息。

要準確掌握這波技術出口限制的意義,我們必須對通訊以及晶片產業有基本的理解,才不至於鬧出「世界上最牛的晶片製造商在中國」這種笑話(註一)。本次系列文章分為上下兩篇,上篇會以廠商的角度,以兩個技術升級的案例討論新進廠商如何發展獨特的競爭優勢,在全球市場價值鏈(註二)當中取得關鍵地位,進而達到「彎道超車」。而下篇主要以國家為中心,討論後進國家(latecoming states)如何扶植國內產業追趕先進國;更重要的是,藉由過往的經驗,可以看到國家引導發展的極限,並能評估中國在晶片產業後來趕上的可能性。

從一手包辦到分工合作:台灣廠商打出的格局

首先,任何電子產品從電腦、手機到Wi-Fi路由器等等,當中都有大量的晶片。在一個晶片上,則有數億個半導體元件,而藉由這些元件,計算機可以做出複雜的運算與輸出。當商用晶片產業在1970年代發軔之時,大多是以整合元件製造商(Integrated Device Manufacturer,IDM)的樣貌出現。也就是說,晶片公司包辦了設計到成品製出的過程,而電腦或是電器產品製造商再去購買設計好的晶片,自行組裝出售給消費者。

那時候進場的晶片廠商,現在大多是一方之霸,例如德州儀器(Texas Instruments)、英特爾(Intel)。而隨着IBM與蘋果相繼做出個人電腦,後進國家紛紛想要進入這個成長迅速的電子產品產業。其中,南韓由三星電子領軍,垂直式整合國內資源,打造出與Intel等國際領先大廠相比擬的IDM,以及與蘋果相抗衡的三星手機。

黎班:華為開發的標準通常也只會通行於中國國內,或頂多輸出至其他開發中國家,不可能說服其他技術大國採用中國創立的標準。

黎班:雖然近期中興事件有解決之勢,但美中兩國在5G這個戰場上的紛爭,看來並不會就此停息。攝:Lluis Gene/AFP/Getty Images

相對的,台灣的工業技術研究院(工研院)結合外資技術轉移後,創設了台灣積體電路製造公司(TSMC,台積電)與聯華電子(UMC,聯電),開始將晶片製作拆分成不同的階段。從此時開始,台灣各間公司專注在晶片製造的不同階段,例如台積電、聯電專注在晶片生產,矽品、日月光專注在外殼封裝,而從聯電拆分出來的聯發科(Mediatek)、聯詠(Novatek)則專注在設計。台灣隊的進場,徹底改變了全球晶片產業的格局。台積電、聯電等全然專注在晶片打樣與製作的公司,催生了無廠半導體公司(Fabless)。

所謂的無廠半導體公司,就是整間公司只專注在晶片設計,將生產過程分拆並交由代工廠處理。而隨着市場的擴張以及晶片越來越被廣泛使用在各種產品,無廠半導體公司也出現了不同的策略。例如聯發科、高通(Qualcomm)與博通(Broadcomm)專注在通訊設備晶片設計、聯詠與輝達(Nvidia)專注在繪圖晶片的設計,甚至有無廠半導體公司例如ARM,做出模組化的晶片架構,並將架構授權其他晶片設計公司,讓它們在ARM晶片的基礎上建構各家廠商自身的晶片。

無廠半導體公司的興起,也帶起了各種電子設計自動化(EDA)的公司。這些公司不設計晶片,但他們提供各種設計晶片所需要的軟體,以及從程式語言轉化成電路的解決方案。相應的,在硬體上還有各種設備商提供設備,讓晶片設計圖可以直接打在晶片上。

我們可以看到,隨着產業規模的擴大,半導體的價值鏈也越拉越長,每個環節都有技術上領先的公司。而這幾年來,我們甚至可以看到傳統的IDM公司為了更專注於設計而將公司拆分,例如超微(AMD)將晶片製造部門獨立成專注代工的格羅方德(GLOBALFOUNDRIES)後,自己成為無廠半導體公司。必須要注意的是,不論是無廠半導體或是半導體代工廠都是技術門檻非常高的產業,在半導體產業鏈當中,從設計到製造、封裝都有大量的專利在保護既有的廠商。

代工廠與領導廠商的權力關係

除了晶片製造的上游外,電子產業的另外一個端點,是直接面對消費者的品牌商,例如蘋果,還有為品牌廠代工組裝的原始設備製造商(Original Equipment Manufacturer,OEM)。這類公司非常多,而且一開始大多是以壓低成本以及大量接單來獲得利潤。在筆記型電腦(筆電)產業中有廣達、仁寶,而在手機產業則有富士康。

為何有些廠商的盈利以及在產業鏈中的權力會成長,而有些則會降低?這個問題一直都是組織研究以及管理學研究的重心。「全球價值鏈」這個框架提供了一個不錯的切入點。

簡單來說,全球價值鏈研究關注的是廠商與廠商之間的關係,而分析的起點通常是以全球下單的品牌、零售商或是擁有高技術、高資本門檻的生產商。這些領導廠商為了尋找較低的成本,會在全球範圍內尋找代工廠。而代工廠與領導廠商之間的權力動態大體上由幾個變項所決定:產品的複雜程度、產品可模組化程度以及廠商的製作能力。

如果代工廠能力高且產品不複雜的話,領導廠商與代工廠之間的關係會傾向由價格決定的市場交易關係,但如果產品複雜而且難以模組化生產的話,代工廠與廠商之間便需要更緊密的連結來完成產品。而這個分析框架更重要的是「動態性」,也就是說廠商之間的關係會隨着技術演進、新市場的開發等等而產生改變。

在電子產業當中,我們可以看到兩個有趣的例子,第一個是筆電代工廠在產業鏈當中逐漸取得比品牌廠更大的權力,第二個是無廠半導體公司在通訊產業當中領先整合元件製造商(IDM公司)。

筆電產業故事:代工廠為何可以超車?

1980年代,當IBM跟東芝做出商用筆電的時候,筆電產業鏈當中的主導廠商是誰尚未非常明確。首先出現的是直接面對消費者的品牌廠,這些品牌廠包含了最早做出了個人電腦的IBM以及其他美日廠商例如Dell、NEC等。在最初期,筆電是一個整合型的商品,也就是說整台筆電沒辦法模組化、區塊化的生產,必須由主導的電腦公司掌控所有的設計與組裝(這也是80年代時蘋果電腦的策略)。不過,Intel公司在此時開始生產模組化的中央處理器(CPU),也就是說,Intel並不只為了某一間電腦廠商生產它所需要的處理器,其做的中央處理器可以在每一台電腦上通用,而中央處理器坐落的主機板上再有其他晶片組連接音效、繪圖等晶片。

約莫在1990年代中期,筆電產業的廠商關係大概是,Intel這間晶片設計廠與電腦廠商合作,根據功能、市場區隔等等策略設計筆電,設計好的筆電則交給台灣的代工廠生產、組裝。這是典型的OEM模式,此時出名的台灣代工廠包括了廣達、仁寶等公司。這個時期,筆電品牌由於害怕技術與知識流出,對於代工廠的選擇通常比較小心,不會把生產委託給同時幫太多廠商代工的公司(假設一家公司接了Dell的單,此時東芝可能就不會下單了)。

然而,川上桃子的研究指出,90年代中後期開始,Intel為了確保自己生產的晶片不會被少數筆電品牌廠壟斷銷售管道,而開始將中央處理器以及晶片組模組化,以降低開發筆電的技術門檻,讓後進國有能力自行進入筆電市場。這個策略讓筆電廠商的利潤越來越低,而且越來越仰賴OEM公司。

Intel大量推出模組化晶片的另一個後果是,品牌廠越來越不需要做晶片之間的系統整合,也就是說,品牌廠的技術越來越不值錢。品牌廠為了控制成本而開始不顧代工廠的重疊性,大量把訂單給幾個能力較為高的代工廠。這讓台灣代工廠獲得了高速成長的機會,到2000年時,台灣筆電代工全球市佔率已經超過50%。大量不同種類的訂單讓台灣代工廠不只擁有組裝電腦的技術,也開始提供物流、裝配等服務,也就是從單純的OEM變成了統包方案供應商(Turnkey supplier)。

黎班:Intel在尋求掌控筆電價值鏈的過程中,後進國的代工廠成功地在技術門檻降低後,以規模以及組裝、物流技術成功超越既有的筆電品牌廠。

黎班:Intel在尋求掌控筆電價值鏈的過程中,後進國的代工廠成功地在技術門檻降低後,以規模以及組裝、物流技術成功超越既有的筆電品牌廠。攝:Ryan Pyle/Corbis via Getty Images

到了2000年代,隨着台灣代工廠的坐大,Intel也開始與台灣代工廠合作新的筆電設計,而又由於台灣代工廠不只收到一家筆電品牌廠的單,所以代工廠就成為了各家不同品牌的技術、資訊交換點,台灣廠商在此時也獲得了技術升級的機會。代工廠由於擁有不同國家、不同規格的筆電訂單,而對於整個筆電市場的動態有着比起品牌廠更高的敏銳度,再加上Intel策略性的合作,台灣筆電代工廠在2000年代中期後,開始自行設計筆電並且為品牌廠提供未來的市場策略。也就是說,我們買到手的一些筆電,從設計到製造可能都是廣達或是仁寶一手包辦的,品牌廠只負責行銷以及售後服務。到這時候,我們可以說台灣代工廠成功地轉型成了設備設計商(Original Design Manufacturer,ODM),最後成為一條龍的電子製造服務廠,而這些「代工廠」的技術與附加價值也都超越了品牌廠。

抽象一點來說,筆電代工廠的故事就是Intel在尋求掌控筆電價值鏈的過程中,後進國的代工廠成功地在技術門檻降低後,以規模以及組裝、物流技術成功超越既有的筆電品牌廠。這故事也類似於台積電的崛起,就是在產業規模爆發性成長的過程中,由於主導廠商間的競爭而讓代工廠成為得利漁翁,成功地累積技術,進而超車。

通訊與晶片產業合流:稱霸3G的高通,與4G的戰國時代

第二個我們可以看的故事,是無線電通訊技術研發公司高通的崛起。1985年,高通由電子通訊的著名教授所成立,從設立開始就專注在通訊技術的研發。通訊設備不像計算機般只需要優化計算能力,通訊設備的重點在於要如何有效率、準確地將資料在不同的設備之間傳遞。所以除了通訊設備內的資料處理外,更重要的是設備之間的通訊協定與標準,不同廠商之間的標準與協定如果不一致的話,就會造成設備間無法溝通。用人際溝通來比喻的話,溝通必須仰賴參與者運用同樣的語言、類似的語速以及可以互相聽到的音量等等條件,這些條件在通訊設備中,就是通訊協定與標準。而好的標準,可以較為節省能源與頻寬(在同樣的頻寬中可以傳遞更多訊息)。

我們熟知的3G、4G等等,其實不是單一的技術規格而是技術標準,也就是說3G網路可以實現3M/S這樣的下載速度,而可以達到這樣速度的技術規格組合起來就是3G標準。1G、2G是摩托羅拉以及諾基亞的天下,他們採用的通訊技術規格被幾乎全世界的廠商所採用。

高通一直鑽研的技術是分碼複存技術(CDMA),這技術的重點是將語音轉換成一組又一組的數位封包後發送。高通在這技術發展的過程當中布下了非常多的專利,從外圍不重要的技術到核心技術通通申請專利,讓其他廠商發展CDMA技術時無法繞過。而高通在2000年左右開始跟南韓合作,用高通開發的CDMA2000規格作為電信業者的標準。在南韓證明可以非常有效率地實現3G標準後,這個標準便藉由高通主導的「第三代合作夥伴計劃2」(3GPP2)推廣到世界。為了繞開高通的專利布局,許多電信業者也投入W-CDMA這個標準,但採用這個標準仍然需要給付高通不少專利授權金。

在蘋果於2007年推出了第一代iPhone之後,可以瀏覽網頁成為智慧型手機的基本要求,這時高通的獲利又再度大幅擴展,首先是高通的老本行──晶片設計,試想想,3G的通訊晶片有誰可以做得比制定這個標準的公司更好?另一個優勢是授權金,即便手機不是配備高通設計的晶片,只要手機晶片碰觸到3G通訊的話,高通就會跟製造商索取專利授權金。也就是在這樣兩頭賺的狀況下,高通成功地超越了Intel,成為市場上最炙手可熱的晶片公司。

提到高通在通訊晶片上的成功,就不得不提ARM這個架構以及公司。大家應該可以想見,電子產品的運算中心是中央處理器,而個人電腦的中央處理器從80年代以來就是被Intel所壟斷,而Intel基於複雜指令集(CISC)所開發的x86架構,也成為業界的唯一標準。在電腦處理器領域,只要使用這個架構就可能踩到Intel的專利。(註三)

然而,手機、平板、汽車導航等嵌入式設備由於運算複雜程度以及節能的需求,並不採用Intel的架構,而大多數採用精簡指令集(RISC)這個架構。而將這個架構發展得最為完整的公司,就是ARM。ARM在90年代初期從愛康電腦(Acorn)中獨立出來後,由蘋果電腦投資開發有別於Intel的中央處理器,而當蘋果面臨倒閉危機的時候,ARM的高股價讓蘋果免於破產。直到2000年代,ARM發展出了一種有別於Intel的商業模式,ARM基本上不會為客戶設計整個晶片組,而是提供晶片基礎架構的專利授權,並與客戶合作開發所需晶片,這種獲利方式被稱為IP核授權(IP core)。在2000年代興起的晶片設計公司,例如高通與聯發科,基本上都是採用ARM架構為基礎做設計。

高通看似在3G協定以及晶片上都大獲全勝,並準備以同樣的方式進軍4G,希望可以在4G協定上也躺着賺,不料此時殺出了一個強力的競爭對手──Intel與WiMAX。WiMAX是Intel與台灣政府、廠商合作開發,符合4G標準的技術規格。它採用了OFDM這個被應用於Wi-Fi的通訊技術,實現了4G標準並且繞過了高通的專利。

可是與此同時,不想再被IT廠商壓着打的電信商亦開始合作主導新的4G標準的制定,也就是在既有的硬體設備的基礎上,開發兼容CDMA(高通強項)與OFDM規格的LTE(就是手機上看到的那個LTE)。LTE的優勢在於,它既繞過了高通的核心專利,而且不像WiMAX需要全面更換硬體,只需要將主機升級即可。更重要的是,實現LTE規格的專利散落在各個廠商手裏,沒有哪一家可以像高通在3G時那樣獨大。LTE的出現也逼得Intel放棄WiMAX還有高通放棄繼續靠通訊協定稱霸4G的布局,4G(以及未來的5G)專利目前來說是百家爭鳴,沒有哪家獨大到可以跟其他廠商收取高額的授權金。

簡單來說,高通的崛起是在新的技術標準制定後,藉由早早埋下的專利地雷控制了價值鏈,高通能崛起依賴的不只是晶片設計而是通訊協定。通訊協定對於既有的晶片產業來說是個全新的玩意,它並不在既有晶片廠的布局範圍內。我們也可以看到,Intel這十年來在行動裝置的晶片上屢屢吃悶虧,能與高通一爭高下的反而是被Intel逼出電腦晶片設計的聯發科。聯發科在中國白牌手機(山寨機)中賺了很大一筆,Intel做高階手機晶片做不過高通,在中低階端又不比聯發科便宜,再加上三星與蘋果兩個手機大廠都採用ARM架構自行研發晶片,原本的電腦晶片王者在通訊設備上完全佔不到便宜。

黎班:我們必須對通訊以及晶片產業有基本的理解,才不至於鬧出「世界上最牛的晶片製造商在中國」這種笑話。

黎班:Intel做高階手機晶片做不過高通,在中低階端又不比聯發科便宜,再加上三星與蘋果兩個手機大廠都採用ARM架構自行研發晶片,原本的電腦晶片王者在通訊設備上完全佔不到便宜。攝:Patrick T. Fallon/Bloomberg via Getty Images

超車的契機:新模組、新協定

從電腦組裝到通訊晶片,我們都可以看到新進廠商成功超越既有的廠商,而在價值鏈上取得主導地位。在電腦組裝產業上,是佔據價值鏈不同位置的廠商(Intel以及筆電品牌廠)在競爭主導地位時,為新進的筆電組裝廠開啟了學習以及升級的機會。而在通訊晶片上,新的技術與標準規格讓新的廠商佔據了價值鏈上的主導地位。用價值鏈的分析框架來說,不論是Intel的晶片組或是ARM的架構都是新的模組。模組化產品對於廠商而言,最大的好處是可以不用為了不同客戶的需求而特製化生產,而在客戶不再下單時也可以微調,並馬上轉移客戶,進而改變生產商與客戶之間的權力關係。

新的模組化生產也可以讓其他廠商在生產鏈中有介入的機會,原本整合式生產都必須要看主導廠商的需求以及臉色,但在模組化生產之後,產品被切割成一塊塊模組,新進廠商可以專注在新的模組上面,進而在價值鏈上佔據更有利的位置。

除此之外,掌握規格標準的廠商可以針對對手提出大量專利侵權訴訟,這樣的公司更是容易在價值鏈上取得主導地位。Intel的中央處理器晶片組定義了主機板的規格,而高通在90年代鴨子划水研發的CDMA2000也定義了3G的規格,這是廠商取得價值鏈上主導地位的利基(niche)。不過,技術標準的制定除了技術本身的效率外,還有許多要素決定,例如在WiMAX與LTE的競爭中,就因為既有廠商的利益關係使然,讓比較沒有效率的LTE勝出;而又例如在3G的標準中,高通在南韓的成功也成功說服大部分電信業者採用CDMA2000。

簡言之,要能在全球規格標準上競爭,除了技術的優越、本國市場的大小之外,還有廠商在國際市場上的說服能力,這牽涉到不只是技術的好壞,更重要的是廠商是否願意遵守國際市場上的遊戲規則。技術先進國家不容易輕易與華為合作試用新的通訊技術,除了因為華為技術可能真的不如其他廠商外,中國政府在地緣政治上的野心、對於資安的不重視、對於專利規則的無視等,都讓其他國家對採用華為的技術標準有較大疑慮。因此,華為開發的標準暫時也只通行於中國國內,或頂多輸出至其他開發中國家,難以說服其他技術大國採用中國創立的標準,這也成為了中資企業要彎道超車的一大局限。

下篇

(黎班,在學院間流浪的寫字人)

註一:姑且不論台積電所在的新竹是不是中國的一部分,台積電在IT價值鏈當中的位置就跟這次美國的技術出口限制沒什麼直接關係,中國媒體應該要主張聯發科是中國的才能挽回顏面。

註二:全球價值鏈(global value chain)是社會學家Gary Gereffi在全球商品鏈的基礎上開展的分析架構。全球商品鏈(global commodity chain)關注的是1980年代中期後,以美國為首的零售、製造業開始在全球範圍內尋找供應商,而由於美國市場強大的購買力而讓買家有辦法藉由品管、技術標準等等控制商品鏈;與前述買家主導產品鏈相對的,是技術高度複雜的製造業(以汽車、飛機等精密產品為典型),這類產業由於要求特殊規格以及零件之間的高度契合性,很容易成為以一家上游廠商為主的生產者主導產品鏈。

全球價值鏈則是在生產者主導與買家主導這兩個端點間,區分不同的廠商關係。例如模組化生產的關係、高度相互依賴關係等等。決定廠商間關係的除了廠商的能力外,還有零件的複雜程度以及可被規格化程度。零件的複雜程度越高,單一廠商整合的成本就越高,此時,供應商的能力以及產品的規格化就很重要了。在供應商能力強,可規格化程度越高的情形下,供應商與採購者之間的權力關係就會越平等,而如果沒辦法規格化的話,兩個廠商就會形成較為複雜的合作、依賴關係。但如果供應商能力弱的話,採購者就會有更強的控制力,讓兩者的關係類似於子母公司。

註三:在個人電腦中央處理器產業,唯一可以與Intel對抗的是IBM策略性扶植的超微半導體(AMD)。

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