台積電之虛擬晶圓廠之經營模式

1. 台積電之虛擬晶圓廠之經營模式 9322118A 陳志豪 指導教授:吳有龍

2. 公司介紹 台積電 台積電成立於民國76年，員工一萬三千人，專注於晶圓專業製造服務之本業，以卓越的製造與服務能力為競爭核心，致力於提供全球半導體廠商極大型及超大型積體電路晶圓製造、晶圓偵測、包裝及測試、光罩製作、設計支援服務等全系列的各項服務。台積電是全球第一家以製程技術提供晶圓專業製造服務的公司，不設計或生產自有品牌產品，而提供所有的產能為客戶代工生產。目前全球晶圓專業製造服務已發展成為一個年營業額數十億美元的產業，而在半導體產業持續分工以及新晶圓廠投資日益龐大的趨勢下，專業的晶圓製造服務公司早已成為全球半導體製造產能的主要供應來源。

3. e化推展：虛擬晶圓廠為中心的向外輻射概念 專業晶圓代工廠（Foundry）強調優質生產能力的提供，以半導體產業價值鏈的角度來看，Foundry則是客戶供應鏈管理的促成者。因此，台積電的運籌體系，以成為客戶的虛擬晶圓廠為最終服務目標。

4. 96年提出「虛擬晶圓廠」概念 96年，台積電首次提出虛擬晶圓廠（Virtual Fab）的概念，在執行面上，則推動流程合理化，並逐漸提高流程步驟的透明度，以期能成為客戶心目中的最佳專屬晶圓廠，換言之，台積電最終理想是希望與客戶間的工作流程，能有某種程度以上的虛擬再整合，以順利推行企業對企業（B2B）的電子商務。 而告知客戶產品在線上製造的現況，與準確預估何時交貨，可使客戶順利安排自己的後段流程-測試與封裝的商業流；而線上設計與生產良率調整的合作（Collaboration），則能加速客戶產品的上市時效（Time to Market）。 為了有效達成這項策略目標，提高客戶滿意度，台積電於94年，與OPD顧問公司合作，開始積極進行商業模式的流程再造（Process Reengineering）活動，並以之擬訂出日後逐步導入IT系統的藍圖。 整個系統建置計畫可略劃分成前端與後端系統兩大部分。

5. 98年起 前端系統：eFoundry整合方案 前端系統部分，台積電自98年起，陸續推出一系列e-Foundry套裝方案下的個別方案上線作業：98年5月推出TSMC-Direct；99年1月有TSMC-YES（Yield Enhancement System），7月再推出TSMC-Online；2000年3月則是Internet Layout Viewer，6月的Design Sphere Access，以及8月的TSMC-Online 2.0等。 其中，TSMC-Direct、TSMC-Online與更新版TSMC-Online 2.0，皆是以達成Logistics Collaboration為目標，換言之，即是商業運籌方面資訊、知識的分享與整合，使業務上往來以及相關的資訊、知識能順利交流。 台積電最終希望TSMC-Online 2.0能成為e-Foundry系統中，一次購足的整體服務窗口（One-stop tape-out service），並提供客製化的資訊服務。因此，未來將以涵蓋Logistics、Engineering與Design三大面向為終極目標。

6. 93年決定發展TOM 台積電在產能不斷擴充、製程不斷精進之餘，也不忘對公司內部以及上、下游供應鏈間的作業流程，作持續性的改善。例如，與協力廠商以及各廠區間的晶圓調度能有最好的排程與規劃；最佳化單一晶圓廠內的生產排程；原物料的採購與庫存管理等議題。能讓公司內部及上下游廠商能做最佳化的生產規劃，是後端系統努力的目標。 台積電早自93年就發展出訂單管理工具－全方位訂單管理系統（Total Order Management，TOM），這是導因於台積電的客戶訂單屬少量多單模式，所以必定要有系統化管理的工具。 TOM從93年開始規劃，95年進行導入，96年正式上線。TOM系統處理訂單需求與產能供給間的管理，依據客戶需求，與實際產能作合理搭配，之間則須與客戶不斷地進行協調與溝通。通常客戶需求在一年前就會決定，透過網路取得客戶訂單後，TOM系統馬上可以進行排程，此可省去不少人力。 96年10月台積電開始導入SAP的ERP系統，98年1月完成。而第一版產品資訊資料庫（Product Information Data-Base，PIDB）於94年上線，97年進行版本更新，且於99年正式執行新版系統；生產規劃部分，之前由生產控制單位負責，2000年起，開始進行E化作業。

7. 98年底推CRP 關於上游原物料供應商部分，從98年底，開始導入持續補貨規劃（Continuous Replenishment Program，CRP），並由供應商自己來維持庫存。實施CRP前，以採購單為基礎跟供應商購買晶片，無法像用自來水一般，用多少放多少。因此，台積電認為，必須將資訊分享給供應商，使對方知道台積電的實際庫存，並進一步自動幫台積電補貨，此外，供應商確切的存貨數目也得以掌握。 因此，台積電先找幾家廠商商談，要求其將相關資料用FTP傳輸。一開始是1個禮拜1次，現在則已演進為天天傳。台積電剛開始時做得相當辛苦，但由於供應商的努力及配合，也使得此架構能按時完成，而由於此及時資訊的交換，使得台積電與晶圓供應商更加強彼此間的緊密合作關係。 台積電跟每家供應商定一個存貨的規則，當存貨不足以後，廠商就自己來補貨。當然，現在已採網路作庫存資料傳輸，而廠商每天都可以看到台積電每天的實際矽晶圓用量，當接近最低安全存貨時就會自動補貨。 目前供應商願意配合台積電做持續補貨系統的原因，在於台積電給廠商一個固定的購買百分比，每個月會跟其採購特定數量的矽晶圓。台積電現階段庫存量極低，以後希望做到零庫存。

8. 現今的合作模式是，台積電會持續給供應商4～6個月預測值，供應商每天可以從網路上看到台積電生產的進度，進而調整自己的生產規劃。這個網路架構，是透過水龍頭開關的概念來運行。 直至99年12月，台積電才完成CRP。而供應商庫存管理（Vendor managed inventory，VMI）計畫，則是99年3月開始進行，至99年9月才結束。

10. 台灣是半導體產業水平專業分工的典範，IC設計業者（Fabless）與專業晶圓代工廠商（Foundry）所形成的虛擬IDM（Virtual Integrated Device Manufacturer），正以高成長的態勢，迫使傳統垂直整合形式的IDM逐漸轉型。這也明白點出，IDM與Foundry組織型態與經營模式間的明顯差異，當然也就造就兩者運籌架構上的不同。

11. Foundry提供重點是「服務」而非「產品」 傳統IDM形式的半導體公司，所提供給客戶的就是IC產品，對客戶而言，焦點在於既定時間內能拿到合乎品質與所需數量的IC，因此，IDM屬「產品」提供者。換言之，整個供應鏈管理（Supply Chain Management）或運籌體系建置的重點，在於IC設計、光罩、製造、封裝、測試與行銷等垂直鏈上各價值區段的良好串接，此將是旺宏等IDM業者能否順利供應客戶所需IC的關鍵因素。 屬Foundry的台積電則不同，其既名為「專業晶圓代工製造廠」，即明白表示僅提供IC製造相關的服務，設計、封裝與測試等皆不是其核心服務範圍，對客戶而言，焦點在於既定時間內穩定高良率品質的製造服務，因此，Foundry屬「服務」提供者，並不擁有其所製造IC的所有權。換言之，Foundry供應鏈管理的重心，並不在半導體產業價值鏈的串接上，而是提供客戶優質服務、並擴展客戶基礎（Customer-Based）下的客戶關係管理及其延伸。 當然，台積電僅負責製造品質，保證相關電性特性上的相同，但不保證產品的可運作性與否（Work or not），因為這是客戶自行設計上的問題。因此，雖皆名為專業代工製造，這點卻與台灣PC／準系統的OEM／ODM廠商不同，因為它們必須負責系統功能的可運作性。

12. Foundry為核心　協力廠圍繞周圍的服務網體系 當然，為提高客戶服務附加價值，提供一次購足服務（One Stop Service），Foundry現今多與半導體產業價值鏈前端（Front-End）－智財權組塊（IP）、電子設計自動化工具（EDA）、元件庫（Library）與設計服務，以及後端（Back-End）－封裝、測試等第三方（Third-Party）廠商策略聯盟，藉此增加服務內容深度，以擴大可服務客戶的範圍。簡言之，Foundry的運籌體系，為一以Foundry為核心、協力廠商圍繞其周圍的「價值服務網體系」。 　 另外，台積電客戶服務的角度，明顯與關鍵客戶（Key Account）策略的旺宏不同，雖說兩者的營業額與獲利皆集中於少數比例的大型客戶貢獻上，但旺宏客戶端的系統整合，因關鍵客戶實際需求差異較大，而著重於依其專屬需求來佈建。反之，台積電客戶端系統則著重於適用客戶群的廣度上，意在降低多數小型Fabless的成本門檻，客戶彼此間的需求差異反而不大，因而不是關注焦點。 　 值得一提的是，即使運籌體系／供應鏈管理對半導體業者（IDM／Foundry）的重要性逐漸提高，IC製程技術、產能供應能力仍是半導體業者的最根本核心課題，少了這兩者，運籌體系或服務能力將不具任何實質意義。而運籌體系涵括的三流（資訊流、物流與金流）中，資訊流依舊是半導體業者的重心。

13. 台積電是客戶有效執行SCM的促成者 台積電的運籌系統可約略劃分成兩大部分：一是前端系統：此即是與客戶溝通的交易平台，透過大量網路及應用軟體等IT工具的使用，促使台積電與客戶間的關係更為密切。 台積電服務導向策略，即是希望成為客戶之虛擬晶圓廠（Virtual Fab），讓顧客覺得台積電彷彿是其自家的晶圓廠一般。要達到這項策略目標，必須使客戶佈建的供應鏈管理（SCM），能直接且有效延伸至台積電。因此，以角色定位而言，台積電應是客戶能有效執行SCM的促成者，但並不主導客戶的SCM。 換言之，台積電佈建相關的基礎架構以協助客戶作延伸供應鏈（Extended SCM）的決策與控管，這表示，除了資訊的透明度（Transparency）與即時性（Real-Time）要持續提高外，也須以IC製造領域為核心，逐漸加大服務範圍，諸如：前端設計服務聯盟（Design Service Alliance，DSA）以及後端封裝&測試，使客戶僅透過台積電就可掌握自身整體供應鏈的管理工作。

14. 虛擬晶圓廠概念下的套裝方案：e-Foundry e-Foundry是台積電虛擬晶圓廠概念下前端系統的整體套裝方案，其下的各解決方案涵括3個功能性構成要素：運籌整合（Logistics Collaboration）、工程整合（Engineering Collaboration）與設計整合（Design Collaboration）。 Logistics Collaboration指商業流的分享與物流的整合，使業務上的往來與相關資訊、知識能順利交流，台積電推出的解決方案有TSMC-Direct、TSMC-Online與TSMC-Online 2.0。TSMC-Direct適於大型業者的ERP直接整合，TSMC-Online 2.0則是透過網際網路接取上線，適用客戶最廣且無規模限制。 Engineering Collaboration指的是晶圓製造上資訊、知識的分享與整合，使客戶能順利提高產品良率。解決方案為台積電透過與客戶共用良率分析工具TSMC-YES，並提供即時量測資料，縮短新製程開發週期。 而Design Collaboration則是IC設計相關資訊、知識的分享與整合，幫助客戶解決設計上的問題，也使台積電設計服務部門與客戶間有良好的溝通管道，降低溝通成本與時間，諸如：Internet Layout Viewer與DesignSphere Access方案。前者使客戶可以與台積電工程人員，於線上同步了解投片前晶片設計佈局資訊；後者使客戶僅透過網際網路，就能完成自產品設計構思至晶片驗證的整體設計程序（Concept-Through-Silicon Capability）。

15. TSMC-Online 2.0：一次購足的e-Foundry對外服務窗口 不過，TSMC-Online 2.0的面向將不僅限於Logistic Collaboration，台積電希望它成為能一次購足的e-Foundry對外服務窗口(One-stop service)，提供客製化的資訊擷取服務，因此，其將以涵蓋Logistics、Engineering與Design三大功能面向為目標。簡言之，客戶透過TSMC-Online 2.0就可完成於台積電內，整個商業流週期（Business Cycle）的所有應作事項。 一般而言，客戶於台積電內的商業流週期（Business Cycle）可分6大階段：服務選擇（Foundry Selection）、產品設計（Product Design）、光罩製作（Mask Making）、晶圓製造（Wafer Manufacturing）、工程分析（Engineering Analysis）與客戶互動（Customer Interaction）。 服務選擇提供服務內容、技術發展藍圖（Tech. Road Map）等資訊；產品設計則提供設計規則（Design Rule）、品管的PCM規格與流程（Process Flow）的相關資料；光罩製造為光罩下單與製造的服務；晶圓製造涵括最廣，包括：下訂單、訂單流程／在製品執行現況回報、生產與出貨報告、測試資料、品保檢驗資料、統計製程管制資料、製程可靠度資料等功能；工程分析則是提高晶圓良率的改善；客戶互動處理抱怨與服務回應（Feedback）等工作。

16. 設計服務聯盟以及與封裝&測試業者的合作 e-Foundry下的其他方案，包括：CyberShuttle／多重計劃晶片服務（Muiti-Project Wafer Services，MPW），藉由光罩、晶圓多方案共用，可降低工程費用（Non-recurring Engineering Cost，NRE），並加快開發速度；E-Beam服務則提供光罩的製造與管理功能。 另外，由於台積電設計服務部門的服務容量有限，當客戶需要半導體設計相關的服務時，可以透過TSMC-Online 2.0連上第三方（Third-Party）的設計服務聯盟。此聯盟廠商的產品或服務，皆已經以台積電設計服務部門的標準參考流程驗證過，明確保證設計服務的品質，即其與台積電製造間的相契程度。此聯盟成員包括各家IP、元件庫、EDA與設計服務業者。 而台積電也與日月光等特定封裝&測試業者合作，客戶可透過TSMC-Online 2.0，下載相關資料並使用此項服務。 整體言之，台積電以IC製造為中心向半導體價值鏈前、後段作服務範圍延伸，以「可製造性」為前提下，確保前後段流程彼此的緊密整合，以縮短客戶商業流的週期時間，以及製造品質的可靠度與穩定度。

17. Cycle Time、產能利用率、最大化營收／獲利的最佳排列組合 台積電運籌體系的另一重點是後端系統，此算是台積電自身的供應鏈管理。前端系統的高效能須有後端系統的全力支援，兩者間有如硬幣之兩面難以分割且缺一不可。 Foundry屬客製化服務，產出庫存並不是關鍵，提升內部運作效能才是重要課題，但這包含3個互相衝突的變數：Cycle Time、產能利用率以及最大化的營收與獲利。 由於晶圓廠的龐大折舊費用，迫使產能利用率必須維持高檔，而Foundry客戶訂單的少量多樣，則使產製彈性成為維持高產能利用率的關鍵。現今一般客戶從下單到產出的Cycle Time要2個月，是理想 Cycle Time的2倍，為了彈性，就無法達到理想的Cycle Time。當然，產能利用率雖處高檔，營收與獲利也未必是最佳解。因此，台積電供應鏈管理的關鍵在尋求3變數間的最佳排列組合。 不過，由於台積電已儘量將Cycle Time合理化壓縮，並與廠商形成某種默契，因此，現階段而言，預估Cycle Time的準確性使客戶易於安排其供應鏈，似乎比壓縮Cycle Time來得重要。

18. 以TOM為核心的後端系統 在台積電SCM的運作上，核心引擎應是全方位訂單管理系統（Total Order Management，TOM）。TOM處理接單與排程，並掌控所有訂單的運作現況，將客戶需求與實際產能間的配合作系統化管理。 TOM向上與預測規劃系統（Forecast Planning System，FPS）銜接，將客戶未來可能的訂單作預先的了解與安排，利於產能的提前規劃，臨時抽單下的訂單遞補，並可衡量客戶的預估準確度作未來持續規劃下的參考。 TOM向下則與MES整合，將訂單與晶圓廠的製程、產能作合理的搭配，在向下則與SAP的ERP系統整合。另外，產品資訊資料庫（Product Information Data-Base，PIDB）也與TOM作相互銜接，這是以產品別為分類所形成的資料庫。 台積電製造流程的彈性，完全顯現在以TOM為核心的後端系統上。透過FPS有效掌握客戶總需求及趨勢，使排程牽扯到的預測與計算更加精確，並準確展開成各晶圓廠內各機台、製程與產能的合理搭配。

19. 值得一提的是，Foundry製程技術的流程發展須6個月以上，加上設備調整的時間延滯，將導致極大的折舊壓力，因此，生產的模式是「貨（訂單）依機器」，此與PC/準系統產業的「機器依貨（訂單）」的方式不同。這也表示，台積電等Foundry的製程彈性，在於製程事先依預測而備妥，而非接單後再調機器。 既然台積電的製程改變必須預先規劃，所以相當倚賴行銷能力，正確預估出市場所需的技術，並適時準備在那裡。簡言之，就是在變動的環境中，台積電必須隨時掌握需求端，以提供最符合的供給端。

20. 矽晶圓採CRP但氣體、化學品以JIT處理 與上游原物料供應商作業流程的整合也是台積電後端系統的一部份。原物料可分直接和非直接兩類，直接材料為矽晶圓（Wafer），占整體的生產物料成本近50％，而其他非直接性的部分指氣體、化學藥品與封裝材料等項目。 由於矽晶圓使用量大，因而以持續補貨規劃系統（Continuous Replenish Program ，CRP）模式處理，而其他非直接性，目前仍採JIT 或Consignment方式，但亦希望未來可逐步推行CRP或VMI的觀念。 台積電CRP的運作模式為，先給供應商6個月的預測，使其預先作生產準備，而供應商從生產開始至庫存、出貨的現況，台積電則透過線上整合系統得以完全掌握，而供應商必須將矽晶圓直接送至指定的廠區倉庫中。 台積電現在的矽晶圓庫存量極低，以後將逐漸降為零庫存。因此，供應商必須隨時連線，方可掌握台積電矽晶圓的使用情況。另外，有一專用程式負責分配每個月向各家供應商下單的矽晶圓片數。

25. 聯電ＶＳ.台積電 台積電一開始所採取的策略即是專業代工，具備了許多的優勢，包括可以專心在提升製程技術、規避研發的成本和風險等，但卻必須要依賴顧客才能生存；而聯電以和客戶合資興建晶圓廠的模式，破解台積電的既有優勢，在產能的擴充上，則收併既有的晶圓廠，如合泰和日本鋼鐵。在經歷三、四年轉型的過渡時期之後，聯電才能全力以俯赴，致力改善其企業形象和製程技術

26. 垂直整合ＶＳ.虛擬晶圓廠 國外所採行的方式為垂直整合，而國內的則是趨向專業分工；因為垂直整合必須要投入大量的資金，生產設備折舊率高，且不像專業分工可以朝特定技術不斷精進，因此，目前整合元件製造商開始釋放產能給專業晶圓代工廠，不再投入大筆資金自行建造晶圓廠(目前興建一座先進0.18微米製程技術的八吋晶圓廠約需耗資18億美元)。台積電建構TSMC On-Line網站為一全方位的網路交易環境；從今年七月三十日開始，透過TSMC On-Line網站，全球客戶可以利用網路下單，並能即時查詢晶片生產進度和出貨狀況，享受所有相當於擁有自己晶圓廠的便利與好處，讓客戶即時修正生產方向，獲得最大的市場競爭力且增加彼此的溝通效率，將產品設計者與晶圓代工廠的合作關係帶入一個新境界。

27. 結論 台積電認為，電子商務絕對是未來B2B間的最佳運作模式，這種虛擬再整合的成效，有時並無法直接以財務上的量化數據衡量。對於Foundry而言，創造未來適於系統單晶片（System-on-a-Chip，SoC）趨勢的組織環境，以及實現虛擬晶圓廠的策略目標，才是當初在建置運籌體系時，難以量化卻有無比重要性的效益。 所以，台積電的運籌體系規劃，是著眼長期趨勢而主動為之，而非因環境壓迫而被動採行，也因此，並未積極以總體財務指標、關鍵績效因子（Key Performance Index，KPI）作衡量控制。然而，在導入的過程中，量化指標仍可看出改善的端倪，如接單確認的週期（Cycle Time），就由先前的3天降為1～1.5天。 但是，有一些質化成效，是台積電特別注意的：包括能夠告知客戶準確的Cycle Time、新製程的產能預估能力、製造彈性的改進，以及與客戶間的互動整合能力。 現今，台積電已是製程上的主導者，且Cycle Time也已壓縮到客戶可以接受的程度內，所以現階段強調的服務，就是很準確地告知客戶的交貨時間，使其易於安排後段測試與封裝流程。

28. 而構建SoC的設計環境，並有效與台積電的核心製造部分銜接，是另一個重要考量點，這可使客戶的市場時效（Time to Market）增加，得以搶先進佔市場。

30. 參考資料 • 電子時報 Digitimes • 台積電官方網站