半導體基礎系列 (3) 半導體行業的改朝換代
秦王嬴政於公元前221年攻滅六國，統一諸夏，建立了中國歷史上第一個中央集權的大一統皇朝。公元前207年，劉邦攻入關中，秦王子嬰開城獻降，秦朝滅亡。(參考 Wikipedia)
歴史巨輪之下，國家朝代會更替。在科技世界，類似的轉變亦不例外。
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上回提到5G+AI+Cloud的臨界點，為半導體行業提供增長機會，有實力公司已經一早洞悉先機，把握轉變為契機，做出可觀成績。
中美關係緊張，貿易戰加上科技戰，半導體成為媒體上的熱門話題。去發展科技而缺乏半導體技術，等同建屋在浮沙之上，這個成為普羅大衆都認識的知識。
未來的半導體行業，理應值得有一個更被重視的國際戰略性地位，很多新趨勢已經形成。
晶片生產設備
晶片製造靠著微影技術，不斷提升運算能力和同時做到更省電。工欲善其事，必先利其器，ASML 的EUV光刻機成為晶片先進製程中不能缺少的工具。光刻機由過往的DUV過渡到現在的EUV，現階段ASML擁有着絕對的壟斷性優勢。在DUV有約80-90%市佔，在EUV更達到100%市佔是獨市。
ASML 的一部EUV光刻機像一間房般大，售價約一億美元。客戶是晶片製造公司，例如：Intel, Samsung, 台積電，中芯國際。但是ASML產能有限，不是有錢就可以立即買到，一般訂單可能要等一年或以上才可付運。已經售出的光刻機，客戶會年年付上保養維修費用，為ASML提供持續收入。
ASML是荷蘭公司，在1984年由Advanced Semiconductor Materials International (ASMI) 和Philips飛利浦合資而成立。所製作光刻機，內裏用到美國的技術，早前美國有施壓令ASML不輸出光刻機到中國。
晶片製造公司仍然在發展先進製程，如軍備競賽，EUV光刻機需求會保持強勁，是炙手可熱的器材。
晶片設計
在AI發展上，電腦運算能力的需求正在以幾何級數式的增長，摩爾定律(Moore's Law) 成為半導體發展上其中的一個瓶頸。Nvidia 看準難得機會，利用Nvidia GPU+CUDA 建立出一種生態系統的效果，成功搶佔AI市場，成為市佔的龍頭。相信現在只是在AI進入爆發性發展的入口。(參考文章：Nvidia : I am AI)
在個人電腦(Personal Computer)和伺服器(Server)晶片市場，過去AMD做得不亮麗，而只可以做到價錢較平的賣點，Intel才是這兩方面的大哥，是長期壟斷。但近年AMD 靠更高效能CPU，已經開始打破Intel 的壟斷性局面。Intel在先進製程的發展多次延遲，未能滿足市場的需求，間接幫助了AMD。由於過去AMD市佔低基數小，此發展令公司增長空間很大。2020年初Amazon 十大暢銷CPU 全是AMD。
在過去五年的股價，Nvidia增長了約16倍，AMD增長了約36倍，兩間公司的PE可以高達100附近不是沒有理由。
近年加入做晶片設計的公司及其產品，例如：
Apple不是造手機和電腦？Microsoft不是造Windows和MS Office？Amazon不是做網購和Cloud？Tesla不是造電動車？.....
一批原本不是做晶片設計的科技公司，走上晶片設計的路，看公司數目之多，不是偶然的單一例子。隨著系統越來越覆雜，AI又大大加大運算能力的要求，自家設計晶片可以令Software和Hardware更加closely integrated如度身訂造，公司增加在晶片的自主控制權。可以用上SoC (System On a Chip)，令以往用上不同功能的多種晶片放進單一晶片之上 (Apple Silicon M1採用此設計)，有效減低數據傳輸時間。以上已經是一個趨勢，相信會有越來越多有實力科技公司採用自家設計晶片，而減少在市場採購現成的晶片，目標是造出更好的產品。(參考文章：APPLE SILICON 的想像空間)
Arm架構CPU的原先發展在流動裝置 (Mobile Device) 包括手機和平板，做出效果十分成功，可以說是業界的標準。 用了精簡指令集(RISC)，達到省電的優點，對於需要充電裝置有助加長續航時間，取捨之下降低CPU運算能力。Arm架構CPU末來在物聯網IoT (Internet of Things)的發展，相信都會保持優勢。
一直以來Intel 是個人電腦和伺服器晶片市場的龍頭，兩個市場原本是Arm架構CPU的未得之地，不過以上Amazon Graviton2和Apple Silicon M1正顯示出Arm架構CPU提升運算能力的事實，代表Arm架構CPU已經向Intel (X86架構CPU) 宣戰，戰況會越演越烈，最終有機會由Arm架構統一天下。(參考文章：NVIDIA收購ARM, 背後想甚麽)
晶片製造
上面提到Nvidia和AMD做到突破性的發展，以及加入做晶片設計的一批科技公司，這個趨勢的出現只是故事的一半。它們可以完成最好的晶片設計，但沒有設立自己的晶圓廠，因為入門的門檻實在太高，資金/時間/經驗都是重要考慮。唯一選擇就是使用代工生產。
它們使用的晶片代工生產商就是台積電。
晶片代工生産模式是由台積電發明，台積電現時在全球晶片代工生產市場市佔超過50%，等於所有競對手加起來的總和都不及它。台積電現已擁有世界最頂尖的晶片生產技術，而且在先進製程上不斷以大約兩年一代的速度推進。近年的經驗說明，每個先進製程的時間表都能兌現。
Intel 核心業務是一條龍式，同時負責晶片設計和生產。
Samsung都同時有做一條龍式和代工生產，不過代工生產的環球市場的市佔不高，只有10幾%。公司有目標末來在晶片代工生產市場超越台積電，獲得韓國國家層面支持。
2018年8月，Global Foundries 宣佈了放棄投資7 奈米及以下先進製程，因為過去發展先進製程的經驗，不能做到快人一步，等同處於捱打狀態，是否可以賺回投入於研發的資金都是問題。Global Foundries的決定是誘因導致AMD的代工生產訂單轉向台積電。
中芯國際 SMIC 在晶片生產技術上未能做到最高端，而且要發展先進製程需用的EUV光刻機，是依靠ASML提供，因為美國設下的輸出半導體技術的限制，中芯國際的前路仍然困難重重。
改朝換代
Intel乘着90年代個人電腦的興起，Intel CPU+Windows成為個人電腦的標準，大家對Intel Inside的label不會感到陌生。到2006年Apple Mac電腦都轉用了Intel CPU。在伺服器晶片市場，Intel亦有大約九成壓倒性市佔優勢。Intel就是靠着實力達到世界級壟斷性地位。
冰封三尺，非一日之寒 。隨着時間推演，Intel一次又一次，沒有把握市場出現的機會，連番失誤，市場的轉變成為競爭對手的成長契機，同時就是自己的危機：
- 過去十年智能手機的普及，Arm架構CPU成功被打造為業界的標準
- 近年AI的發展令Nvidia有機會靠著GPU+CUDA搶佔市場
- AMD利用高效能CPU漸漸食下個人電腦和伺服器晶片市場的部分市佔
- 近年Intel在晶片生產先進製程的進度每況愈下，多次承諾的時間表不能兌現
- Apple 決定末來Mac電腦使用自家設計晶片Apple Silicon，取代使用多年Intel 晶片
- 更多科技公司加入自家設計晶片，TSM憑着更高先進製程技術及高良率搶了大部分的訂單，一少部分訂單到了Samsung手中
- Intel管理層今年更透露，開始接觸台積電，商討使用其代工生產服務，這個如同為競爭對手加力
以上行業有多個趨勢，背後有一個共通之處，就是指向台積電發明的代工生產模式。
台積電專注只做晶片代工生產，令到晶片設計的能力釋放，參與晶片設計的公司有更大發揮，是一種共贏商業合作方式。晶片設計公司專注力做設計，台積電專注發展生產，台績電和參與晶片設計公司一同成長，終於挑戰Intel這個半導體行業的一代巨人。
Intel面對挑戰之大，不是一刻間可以即時扭轉局面，我相信公司的技術和管理正在走下坡，前景不樂觀。但不是沒有方法，例如放棄晶片生產，可說是自斷一臂，有機會靠著專注晶片設計而浴火重生。如此假設，利用台積電的代工生產作為一個平台，與Nvidia/AMD等公司在晶片設計上就可以更加公平進行競爭。另一方面，可能更有助台積電成為背後的下一世代的半導體皇者？（参考文章：台積電，半導體時代的皇者)
以上不是投資建議，只是我對於半導體行業的分享，歡迎大家留言討論。
參考文章
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