從半導體看世界

第一章 半導體業大勢
人類進步到了現在，電子設備已經成為生活中不可或缺的要件，電話、電視、電腦、手機等早已是現代生活的必需品，這些設備都是用電子器件做成的，而電子器件中最重要的部分就是半導體元件。在人類歷史上，社會的進步可以用當時使用的器件來代表。從遠古的石器時代，到銅器時代和鐵器時代，時至今日，以矽為主的電子業已經成為現代經濟中最為主要的產業，人類社會因而進入一個新的時代，也就是矽的時代。
現代的科技和軍事裝備都離不開電子設備，因此半導體元件對於國家的富強程度和軍事力量，都有著絕對的重要性。冷戰時期，蘇聯的鋼鐵產量、軍隊人數和核子武器數量，都曾經一度領先美國，但是在半導體業上，卻一直落後美國一大截，連帶使它的電子工業和軟體產業也都落後於美國。蘇聯經濟因此沒有能追上美國，最後終於在1991年解體。
半導體業是從美國開始的，美國也一直執半導體業的牛耳。到了1980年代，日本的工商業進步很快，對美國也形成了重大的威脅。從1986到1992年，日本一躍身成了世界上最大的半導體生產國。原本美國對日本其他產業的威脅，基於自由貿易的原則，至少在表面上還勉強予以容忍，但是對於半導體業就絕對不肯妥協了，硬是強迫日本在1986年簽訂半導體協議，限制日本進口美國的半導體產品數量，以及要求美國產品在日本占有一定數額的市場。後來隨著日本泡沫經濟的破滅，美國的半導體業在1993年又捲土重來，重新奪回了世界第一的寶座，而且一直維持到現在。
在日本，有人把半導體元件比喻成工業社會的稻米，是近代社會一日不可或缺的。在國防方面，現代的武器中都有大量的電子元件，若是沒有足夠的電子工業基礎，在今天的戰爭中只有挨打的份。這在1991年的海灣戰役、1999年的南斯拉夫事件、2001年開始的阿富汗戰爭、和2003年開始的伊拉克戰爭中，都已經明顯的表現出來了。在台灣，半導體工業是新竹科學園區的主要支柱，今天台灣能夠在國際上擁有一定的知名度和重要性，半導體業功不可沒。
【小標】世界經濟中心的轉變
筆者在1999年出版了一本《半導體的故事》，把半導體業開創發展的歷史，敘述到1990年代的末期。最近這十多年，半導體業又有了許多變化。美國半導體業的營運方向有了重大改變，逐漸改以設計為主，也有了許多新的公司。歐洲和日本的半導體業都經過了許多重組，韓國與台灣半導體業的重要性則更為增加，大陸與印度也各自在不同的領域向半導體進軍。更為重要的是，整個世界發生了重大的蛻化，那就是世界經濟的重心由西方向東方轉移。
中國大陸在1978年開始改革開放，到2010年變成全球第二大的經濟體；東歐國家也陸續脫離了共產主義陣營，蘇聯則在1991年解體，印度在1991年也開始在經濟政策上改弦更張。這些共產國家和印度的經濟，在過去是高度封閉的，現在都積極的開始參與了世界經濟，換句話說，整個世界好像突然增加了30億個新參與者。
2008年的金融海嘯，使美國和歐洲的發達國家陷入經濟恐慌，甚至對過去一直認為是無可置疑的經濟論述產生了懷疑。這些新的發展會讓世界各國的關係產生什麼樣的變化？會給半導體業帶來什麼樣的衝擊？台灣乃至整個大中華區域的半導體業，在這個新的經濟環境中，應該要怎麼樣應對？半導體業會給世界各國的經濟帶來什麼樣的影響？整個全球的經濟情勢，今後會是什麼樣的走向？這就是我們在本書中所要關心的問題。
【大標】半導體業大趨勢
在討論世界的經濟情況之前，讓我們先看一下近年來半導體業的大勢趨向。
【小標】半導體業的規模
根據半導體產業分析公司iSuppli的統計，全球半導體市場在2007年達到2725.77億美元，但是2008年的金融海嘯，讓當年的半導體市場下降了5.2%%，成為2583.04億美元。2009年，繼續下滑了11.7%%，成為2301.94億美元。到了2010年，隨著景氣復甦，半導體業終於有所回升，全球半導體的營收有3074.70億美元，成長了32.1%。2011年全球半導體的營收如果以iSuppli公司的數據為例，有3113.6億美元，只成長了1.3%。
美國另一家做產業分析的顧能諮詢公司（Gartner）公布的資料顯示，2011年全球半導體產業的營收達到3068.43億美元，比2010年增加了54億美元，增長了1.8%。直接與半導體業有關的工作者，全世界大約有1千萬人。包括半導體業在內，整個的電子資訊業的產值大約有1.6兆美元左右。
另外一家與美國半導體產業協會（Semiconductor Industry Association, SIA）有協作關係的半導體產業分析機構──世界半導體貿易統計公司（World Semiconductor Trade Statistics, WSTS），它所報導的數據如下：2010年全球半導體營收2983.15億美元，成長率為31.8%，但2011年全球半導體營收只增長到2995.21億美元，成長率只有0.4%，請參見表1。
由於各個諮詢單位的資料來源不同，方法有異，這些機構的統計數字稍有出入，但是大致上還算接近。

表1.1 近年全球半導體市場的營收與成長率。
機構 2007 2008 2009 2010 成長率 2011 成長率
iSuppli 2725.77 2583.04 2301.94 3074.70 32.1% 3113.6 1.3%
Gartner 2695.42 2551.34 2286.72 3014.58 30.9% 3068.43 1.8%
WSTS 2556 2486 2263 2983.15 31.8% 2995.21 0.4%
（摘自本書第一章）

第一章 半導體業大勢
人類進步到了現在，電子設備已經成為生活中不可或缺的要件，電話、電視、電腦、手機等早已是現代生活的必需品，這些設備都是用電子器件做成的，而電子器件中最重要的部分就是半導體元件。在人類歷史上，社會的進步可以用當時使用的器件來代表。從遠古的石器時代，到銅器時代和鐵器時代，時至今日，以矽為主的電子業已經成為現代經濟中最為主要的產業，人類社會因而進入一個新的時代，也就是矽的時代。
現代的科技和軍事裝備都離不開電子設備，因此半導體元件對於國家的富強程度和軍事力量，都有著絕對的重要性。...

四十年半導體，五百年歷史興衰



自從1970年代進入半導體這個領域以來，已經匆匆過去四十年了。在這四十年裡面，半導體晶片從我接觸過的1寸晶圓，變成了現在的12寸；元件尺寸從當時的幾個微米，變成現在難以想像的奈米，縮小了好幾百倍；台灣的產業環境從當時根本不能做任何半導體器件，到現在變成世界上最大的晶圓生產地。而環顧我們的四周，從當時還是處於強人政治之下、海峽隨時可能爆發戰火，到現在兩岸直航、自由行啟動；人民的生活從勉強可以溫飽，到現在與發達國家已經相去無幾。半導體科技與周圍的環境實在變化太多了，除了為我們的國家和同胞感到慶幸之外，由於半導體業在台灣社會的變遷中扮演了重要的角色，也讓我感到這中間蘊藏了許多不平凡的故事。
【小標】21世紀的船堅砲利
再度回國在清華大學任教後不久，我就一直在想著希望能為自己成長的地方寫一些與半導體有關的書籍，做為學子們的參考，於是先寫了一本教科書《固態電子學》。後來覺得應該為社會大眾介紹半導體，於是又寫了一本敘述半導體發展歷史的《半導體的故事》，其間也翻譯了一本國外學者所寫的半導體科普書籍《IC如何創新》。但是我總覺得還有一個更大的故事沒有說出來，那就是高科技產業與我們國家民族命運之間的故事。
我們這一代人生於患難，好不容易在比較平穩的環境中長大。我們學到的歷史告訴我們，中國就是在科技不發達的情況下，被外人的船堅砲利打到只能簽不平等條約，這個以血淚換來的教訓就是「落後是要挨打的」。國家的興衰要看經濟實力的強弱，而經濟實力的強弱要看科技力量的高下。以半導體為代表的高科技，就是今天21世紀的船堅砲利。
中國在歷史上曾經是全世界長期位居第一的經濟大國，甚至在鴉片戰爭的前夕，我們的經濟總量還占世界的三分之一左右。但是由於科技的落後導致了經濟不振和軍事落伍，科技的興衰因而左右了國家民族的命運。我一直希望能夠有機會，把以半導體為代表的高科技與世界經濟的發展、以及國家民族的命運聯繫起來，這就是《從半導體看世界》這本書的緣起。台灣在過去數十年中經濟的蓬勃發展，大陸在改革開放後三十多年的改頭換面，都是震盪人心的大事。而整個世界更處於經濟中心東移、五百年不遇的大轉變時刻。在這驚濤駭浪的經濟起伏中，半導體正扮演著關鍵性的角色。
【小標】半導體與世界
本書第一章首先介紹整個半導體業的大勢，包括半導體業的規模、半導體業的區分、半導體器件的種類等，也列出了全球最大的半導體公司。第二章介紹世界半導體業發展的歷史，從美國貝爾實驗室發明電晶體，到電晶體的原理、積體電路和微處理器的出現，以及半導體工藝的進步、半導體業可能的前景等。從第三章到第十章，我們分別介紹在世界半導體界有著一定地位的各國半導體業。美國是半導體業的創始國，中間雖然在1980年代經歷過日本的挑戰，但是在度過危機之後，現在又恢復成了世界半導體最為領先的國家，但是美國半導體業近年來有重設計而輕製造的趨勢。日本的半導體業在1980年代由於擅長製造DRAM，從1986年到1992年的營收超越美國而居世界第一位，但是自從1991年泡沫經濟破滅之後，一路走下坡，不過，日本半導體業目前仍然位居世界第二位，實力仍然不可小窺。
接著我們再介紹歐洲、韓國、台灣、大陸、俄羅斯和印度的半導體業。歐洲的半導體業雖然不如美、日，但是仍然有三家規模相當大的公司。韓國和台灣半導體業的成就遠遠超過了它們土地和人口的規模，為東亞經濟發展模式，做出了良好的示範。中國大陸在改革開放之後，也在半導體方面急起直追，力圖與世界接軌，龐大的半導體市場，現在已經超過世界的四成。如果能夠按照經濟規律辦事，將來前景可期。俄羅斯在蘇聯解體之後，一度在經濟上陷入深淵，新世紀開始以後，託油價高升之賜，國庫比較充裕，在半導體業上重新整理出發，也有強烈的企圖心。印度是除了中國以外的世界第二人口大國，近年來的經濟成長率也頗為可觀，但是目前只有半導體設計業，還沒有製造業。我們在討論各國半導體業的時候，盡量介紹扮演著關鍵性角色的人物，因為事情是人做出來的，這些半導體大公司的創辦人，他們的個人特色和行事風格常常也影響到公司的發展。
由於晶圓廠的造價愈來愈高，從1980年代中期以後，世界半導體業的設計與製造逐漸有分工的趨勢。我們因而在第十一章和第十二章介紹晶片設計和晶圓代工的公司。台灣在晶片設計方面，居世界第二位，僅次於美國，而在晶圓代工方面，台灣更有著特殊的地位，因為台積電和聯電是世界上排名第一和第二的晶圓代工公司。另外，在半導體業中也有一些比較特殊的次行業，雖然不屬於半導體業的主流，卻也有它獨特的重要性。我們在第十三章特立一章，介紹半導體設備廠商，因為製做半導體要依靠專門的設備，而能否掌握這些設備的來源，就成了半導體供應鏈中的重要關節，這便是半導體設備廠商重要性之所在。這從冷戰中，西方國家設立專門機構來控制半導體設備的出口就可以看出來。第十四章則是介紹半導體光電產業。與其他半導體器件不同，半導體光電產業往往使用化合物半導體材料，因此有它特殊的需求與應用。
【小標】八大國的經濟實力
半導體是電子業的核心，也是資訊業的基礎，帶動了整個現代經濟的發展，也與國防工業有著絕對的關連性。現在我們視為不可或缺的電腦、手機等電子用品，當中最為核心的部分就是半導體器件，半導體因而與現代國家的經濟發展有著密不可分的關係。我們接著在本書中，討論影響世局發展最為關鍵的八大國經濟狀況，這八大國是美國、中國大陸、日本、德國、法國、英國、俄羅斯和印度。我們在第十五章到第十八章，分別討論半導體與經濟發展的關係、大國經濟的歷史、大國經濟的現況、和大國經濟在未來的可能發展。我們在觀察世局演變的時候，表面上看到的是政治與軍事上的縱橫捭闔，但是實際上扮演最後決定性角色的，卻是經濟實力。這部分的討論，進一步印證了我們前面所說的，以半導體為代表的高科技就是今天21世紀國家實力的指標，也跟我們國家民族的命運息息相關。
在討論過半導體產業和大國經濟之後，我們在最後的第十九章「結語──矽時代的應變之道」中，探討在矽時代當中，為了半導體產業在世界上的競爭，也為了國家的興盛，應該要怎麼樣做才能讓我們這個有著悠久歷史的民族，在21世紀不但能夠做到大國崛起，還要能夠贏得世人真正的尊敬。
本書盡量以量化的敘述來討論半導體產業和各國的經濟，希望能得到比較客觀而公正的論斷。在半導體的製作過程中也許只看得見數理化的符號，但是這中間其實蘊涵著無數動人心弦的故事。在本書中，我們希望把半導體業的發展，與世界主要大國的經濟，以及未來世界的發展聯繫起來，希望這樣的探討還能對有興趣的讀者有所幫助。
【小標】誌謝
在本書撰寫的過程中，筆者曾經於2010年10月16日在國立台灣科學教育館作過一次公開的演講，題目就是「從半導體看世界」，演講的內容基本上就是本書的縮影。對於元智大學彭宗平校長的引介和科教館的邀請，在此表示衷心的感謝。工研院產業經濟與趨勢研究中心的楊瑞臨經理，資策會產業情報研究所的潘建光先生都為本書提供了許多極具價值的資料，筆者在此向他們表示誠摯的謝意。我也要感謝天下遠見出版公司副總編輯林榮崧先生，慷慨的答應出版本書，以及王季蘭小姐和林文珠小姐兩位編輯的辛勤工作，為本書提供了許多寶貴的意見。
最後，筆者要藉此機會，對於內子多年來的鼓勵、家人的熱心支持，表示最深的感謝。

李雅明
中華民國101年9月3日

四十年半導體，五百年歷史興衰



自從1970年代進入半導體這個領域以來，已經匆匆過去四十年了。在這四十年裡面，半導體晶片從我接觸過的1寸晶圓，變成了現在的12寸；元件尺寸從當時的幾個微米，變成現在難以想像的奈米，縮小了好幾百倍；台灣的產業環境從當時根本不能做任何半導體器件，到現在變成世界上最大的晶圓生產地。而環顧我們的四周，從當時還是處於強人政治之下、海峽隨時可能爆發戰火，到現在兩岸直航、自由行啟動；人民的生活從勉強可以溫飽，到現在與發達國家已經相去無幾。半導體科技與周圍的環境實在變化太多了，除了...

《從半導體看世界》
A World Perspective Based on the Development of
the Semiconductor Industry

自序
prelude

上篇 世界半導體產業
Part I World Semiconductor Industry

第一章 半導體業大勢
Chapter 1 An Overview of the Semiconductor Industry

第二章 半導體業簡史
Chapter 2 A Brief History of the Semiconductor Industry
第三章 美國半導體業
Chapter 3 Semiconductor Industry in the United States

第四章 日本半導體業
Chapter 4 Semiconductor Industry in Japan

第五章 歐洲半導體業
Chapter 5 Semiconductor Industry in Europe

第六章 韓國半導體業
Chapter 6 Semiconductor Industry in South Korea

第七章 台灣半導體業
Chapter 7 Semiconductor Industry in Taiwan

第八章 大陸半導體業
Chapter 8 Semiconductor Industry in Mainland China

第九章 俄國半導體業
Chapter 8 Semiconductor Industry in Mainland China

第十章 印度半導體業
Chapter 10 Semiconductor Industry in India

第十一章 半導體設計公司
Chapter 11 Semiconductor Design Companies

第十二章 半導體晶圓代工
Chapter 12 Semiconductor Foundries

第十三章 半導體設備廠商
Chapter 13 Semiconductor Equipment Suppliers

第十四章 半導體光電產業
Chapter 14 Semiconductor Optoelectronic Industry

下篇 半導體與大國經濟
Part II The Semiconductor Industry and the Economies of the Great Powers

第十五章 半導體與經濟
Chapter 15 The Semiconductor Industry and the World Economy

第十六章 大國經濟的歷史
Chapter 16 An Economic History of the Great Powers

第十七章 大國經濟的現況
Chapter 17 The Present Economies of the Great Powers

第十八章 大國經濟的未來
Chapter 18 The Future Economies of the Great Powers

第十九章 結語：矽時代的應變之道
Chapter 19 Epilogue: Reflections in the Silicon Age

《從半導體看世界》
A World Perspective Based on the Development of
the Semiconductor Industry

自序
prelude

上篇 世界半導體產業
Part I World Semiconductor Industry

第一章 半導體業大勢
Chapter 1 An Overview of the Semiconductor Industry

第二章 半導體業簡史
Chapter 2 A Brief History of the Semiconductor Industry
第三章 美國半導體業
Chapter 3 Semiconductor Industry in the United States

第四章 日本半導體業
Chapter 4 Semiconductor Industry in Japan

第五章 歐洲半導體業
Chapt...