（国际贸易学专业论文）需求预测信息不对称条件下半导体供应链的产能准备机制.pdf

硕l 学f 一论文 皇! 曼曼! 曼曼曼曼! 曼曼曼窟! 曼曼! 曼i ii 皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 蔓! 曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼! 曼曼曼! 曼曼量曼曼! ! 曼曼曼量 摘要 从机制设计的角度来研究和分析半导体供应链的产能准备问题。当半导体供 应链处于分布式供应链条件下，不采用产能预定机制，即采用一般的交易模式时， 完全需求预测信息下的最优产能准备量要大于非对称需求预测信息下的最优产能 准备量，说明了需求预测信息的不对称造成了半导体供应链的效率降低。比较半 导体供应链纵向一体化下的最优产能准备量与分布式供应链下的最优产能准备 量，发现分布式供应链的效率降低了，双重边际化( d o u b l em a r g i n a l i z a t i o n ) 是 造成半导体供应链效率降低的又一原因。为了解决信息的不对称引起的低效率， 需要设计信息共享机制，为了降低双重边际化的影响，需要设计渠道协调机制。 将产能准备机制中的价格参数进行不同设置，可以将该机制分成三种不同类型的 机制：a 实际需求量少于预定量时补偿半导体分销商机制，b 实际需求量少于预定 量与产能准备量多于实际需求量都不补偿机制；c 产能准备量多于实际需求量时 补偿半导体制造商机制。解出三个不同机制中包括的信号传递模型的分离均衡存 在的条件，以及均衡情况下，半导体制造商的最优产能准备量和半导体分销商的 最优产能预定量。证明了三个不同机制的激励相容性，三个不同机制都可以达到 信息共享的目的。同时，当参数满足一定的条件，产能准备量多于实际需求量时 补偿半导体制造商机制下的最优产能准备量还可以等于纵向一体化供应链下的最 优产能准备量，达到渠道协调。通过比较各个不同机制下半导体制造商的最优策 略以及半导体分销商的最优策略，发现尽管每个机制都可以达到信息共享的目的， 但是为了传递同一需求预测信息，各个机制下半导体分销商的最优预定量并不相 等，对于半导体分销商预定的相等预定量，半导体制造商准备的产能量也并不相 等，即每个机制的信号传递成本不同。信号传递成本越低，机制越有效。比较与 仿真发现，产能准备量多于实际需求量时补偿半导体制造商机制为最优机制，实 际需求量少于预定量与产能准备量多于实际需求量都不补偿机制次之，实际需求 量少于预定量时补偿半导体分销商机制最差。得出结论，如果所设计的机制越能 削弱导致供应链效率降低的阻碍因素，那么该机制达到目的所需要花费的信号传 递成本就越低，机制就越有效。 关键词：半导体供应链；机制设计；产能准备；信息共享 i l 需求颅洲信息4 i 对称条f r = 下、十导f c f j t l , , i 链的产能h t 矫f j m 4 曼蔓曼皇! 曼曼曼i mu u u i 曼! 曼曼! 曼! 曼曼曼皇! 曼曼! 曼曼曼曼! 皇曼曼! ! ! 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 曼! 曼曼曼! ! ! 曼曼曼皇曼皇曼! 曼曼! 蔓曼 a bs t r a c t t h i sp a p e rm a d ear e s e a r c ho nc a p a c i t yp r e p a r a t i o ni s s u ei nt h es e m i c o n d u c t o r i n d u s t r yf r o mt h ep e r s p e c t i v eo fm e c h a n i s md e s i g n b ym a k i n gc o m p a r i s o na b o u tt h e b e s tq u a n t i t yo fc a p a c i t yr e s e r v a t i o nn e e d e db e t w e e na s y m m e t r yd e m a n df o r e c a s t i n f o r m a t i o na n ds y m m e t r yd e m a n df o r e c a s ti n f o r m a t i o ne m p l o y e di nag e n e r a lt r a d i n g p a t t e r no fd i s t r i b u t e ds e m i c o n d u c t o rs u p p l yc h a i n ，af a c tt h a tt h ef o r m e rs h a l ll o w e r t h ee f f i c i e n c yo ft h es u p p l yc h a i n a l s oc o m p a r i s o na b o u tt h eb e s tq u a n t i t yo fc a p a c i t y p r e p a r a t i v ei n b e t w e e ns e m i c o n d u c t o rs u p p l yc h a i nu n d e rv e r t i c a l i n t e g r a t i o n c o n d i t i o na n dd i s t r i b u t e ds e m i c o n d u c t o rs u p p l yc h a i nw a sm a d et of i n dt h a t d i s t r i b u t e ds e m i c o n d u c t o rb e c o m ei n e f f i c i e n c y , d o u b l em a r g i n a l i z a t i o ni sa n o t h e r f a c t o rw h i c hl e a d st ot h el o we f f i c i e n c y s oi n f o r m a t i o ns h a r i n gm e c h a n i s mi sr e q u i r e d t os o l v et h ep r o b l e mo fi n f o r m a t i o na s y m m e t r ya n dc h a n n e lc o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m t or e d u c et h ei m p a c to fd o u b l em a r g i n a l i z a t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r i c ep a r a m e t e ri n t h e c a p a c i t yp r e p a r a t i o nm e c h a n i s m ，i t c a l lb ef u r t h e rd i v i d e di n t ot h r e e s u b m e c h a n i s m a ) c o m p e n s a t i o nt os e m i c o n d u c t o rd i s t r i b u t o rw h e nt h ea c t u a l d e m a n di sl e s st h a nt h ev o l u m eo fr e s e r v a t i o n s b ) n oc o m p e n s a t i o nn om a t t e rw h e t h e r t h ea c t u a ld e m a n di sl e s st h a nr e s e r v a t i o no rt h eq u a n t i t yo fc a p a c i t yp r e p a r a t i v ei s m o r et h a nt h ea c t u a ld e m a n d c ) c o m p e n s a t i o nt os e m i - c o n d u c t o rm a n u f a c t u r e rw h e n t h eq u a n t i t yo fc a p a c i t yp r e p a r a t i v ei sm o r et h a nt h ea c t u a ld e m a n d s e p a r a t i n g e q u i l i b r i u m c o n d i t i o n sf o rs i g n a l i n gm o d e la n dt h eb e s t q u a n t i t y o fc a p a c i t y p r e p a r a t i v ef o rs e m i - c o n d u c t o rm a n u f a c t u r e r a n dt h eb e s tq u a n t i t yo fc a p a c i t y r e s e r v a t i o nf o rt h es e m i c o n d u c t o rd i s t r i b u t o ri ne a c hm e c h a n i s mw e r ef o u n di nt h i s p a p e r t h i sp a p e ra l s op r o v e st h a tt h et h r e em e c h a n i s m sa r ec o m p a t i b l e ，a l lo ft h e m a c h i e v i n gt h eg o a lo fs h a r i n gi n f o r m a t i o n a n di ft h ep a r a m e t e r ss a t i s f ys o m e c o n d i t i o n s ，t h eb e s tq u a n t i t yo fc a p a c i t yp r e p a r a t i v en e e d e d i nm e c h a n i s mo f c o m p e n s a t i o n t os e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r e rw h e nt h eq u a n t i t yo fc a p a c i t y p r e p a r a t i v ei sm o r et h a nt h ea c t u a ld e m a n di st h es a m ew i t ht h eq u a n t i t yi nt h es u p p l y c h a i nu n d e rv e r t i c a li n t e g r a t i o nc o n d i t i o n b yc o m p a r i n gt h em o s tf a v o r i t ep o l i c i e sf o r s e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t o ra n dd i s t r i b u t o ri nt h r e ed i f f e r e n tm e c h a n i s m s ，f o u n dt h a t ， a l t h o u g ht h e ya l lc a na c h i v et h eg o a lo fi n f o r m a t i o ns h a r i n g ，t h eo p t i m a lq u a n t i t yo f c a p a c i t yp r e p a r a t i v eo fs e m i - c o n d u c t o rd i s t r i b u t i o ni sd i f f e r e n ti ne a c hm e c h a n i s mi n o r d e rt os i g n a lt h es a m ed e m a n df o r c a s ti n f o r m a t i o n ，a n dt h eo p t i a m a lq u a n t i t yo f i i l 顾f ! f t 沦之 c a p a c t i t yp r e p a r a t i v eo fs e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t o ra l s oi sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n t m e c h a n i s m sr e f l e c t i n gt ot h es a m er e s e r v a t i o n i d e n t i f yt h a tt h ec o s to f s i g n a l i n gf o r e a c hm e c h a n i s mi s q u i t ed i f f e r e n t t h el o w e rt h ec o s t t h em o r ee f f e ：c t i v et h e m e c h a n i s m b ye x p e r i m e n t sa n ds i m u l a t i o n ，if i n dt h a t c o m p e n s a t i o n t o s e m i - c o n d u c t o rm a n u f a t o rw h e nt h ea c t u a ld e m a n di sl e s st h a nt h ev o l u m eo f r e s e r v a t i o n si st h eb e s tp o l i c y a n dc o m p e n s a t i o nt os e m i c o n d u c t o rd i s t r i b u t o rw h e n t h eq u a n t i t yo fc a p a c i t yp r e p a r a t i v ei sm o r et h a nt h ea c t u a ld e m a n di st h ew o r s t i n c o n c l u s i o n ，t h em o r eam e c h a n i s mc a nw e a k e nt h eb a r r i e r sw h i c hl o w st h es u p p l y c h a i ne f f i c i e n c y , t h el o w e rt h es i g n a l i n gc o s tn e e d e dt oa c h i e v et h eg o a l b yt h e m e c h a n i s ma n dt h em o r ee f f e c t i v eo ft h i sm e c h a n i s m k e yw o r d s ：s e m i c o n d u c t o rs u p p l yc h a i n ；m e c h a n i s md e s i g n ；c a p a c i t yp r e p a r a t i o n ； i n f o r m a t i o ns h a r i n g i v 需求顶删信息一：对称条件下 ，吁体f j ! f j j 链的p , - 能准并f j 【制 曼曼皇! ! 曼曼曼! 鼍曼i i i 一一i 蔓曼曼! 曼曼皇舅 插图索引 图1 1 全球半导体市场规模图l 图1 2 文章研究思路与结构1 3 图2 1 半导体供应链结构与本文研究范围示意图1 4 图2 2 半导体供应链简化的基本模型1 6 图2 3 纵向一体化的半导体供应链1 7 图2 4 分布式供应链的一般交易模式1 9 图3 1 半导体制造商与半导体分销商的博弈顺序图2 4 图3 2 产能准备机制参与者的行动顺序2 6 图4 1 各机制下半导体制造商最优产能准备量的比较图4 2 图4 2各机制下半导体分销商的最优预定量的比较图4 3 图4 3各机制下产能准备量与预定量之差的比较图4 4 v i l 顾f 学化论文 皇曼曼曼i i i i ii i i l 一一i 鼍。曼! 曼曼曼! ! ! ! ! 曼 附表索引 表2 1半导体供应链不同状态下的最优产能准备量比较2 2 表4 1不同机制条件下半导体分销商与半导体制造商的最优策略3 8 表4 2不同值下的最优决策值表。4 2 v i i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者躲石卫孕 日期：刎年7 月姗 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：石誓罕 日期：知缉l 月力厂日 新样：秽醐一月日 关于毕业论文题目修改的说明 经答辩小组老师和院学术委员会提议，导师同意，本人现将毕业 论文题目作如下修改：原题目为筵坐昱住送座鲢虫握握亟定准备芒篚 的盂塞亟型信：息基皇扭剑滏，现修改为堡霞盛亟型值。垦丕盟整釜鲑王 坐昱签送廛链的芒篚准备扭剑滏。 故特此说明，谢谢! 作者签名： 导师签名： 舻p 日期：知砚争f 凋刁 日期：磁每f 国硇 硕i 。学f t 论殳 1 1 选题背景与意义 第1 章导论 1 选题背景 1 9 4 7 年，美国贝尔研究所的巴丁、肖克莱、不拉坦研制出第一个晶体三极管， 从而于1 9 5 6 年获得诺贝尔物理学奖。晶体三极管的出现拉开了半导体产业的序 幕，为上世纪下半叶世界科技发展奠定了基础。随着通信电子技术的发展，半导 体的应用范围也进一步扩大，s t 公司的首席执行官a l a i nd u t h e i l 说，半导体应用 市场从最初的国防领域和政府机构，已推广到通信设备，日用电子设备，移动电 子产品，数字消费电子，移动和车载电子设备等领域。 全球电子科学技术的发展，引领着电子产品朝着集约化，多样化和移动化的 方向发展。电子产品的集约化牵引着半导体产业的发展，电子产品的集约化程度 越高，电子产品中所含半导体产品就越多。据统计：1 9 6 5 年电子产品成本中半导 体含量( 所占份额) 不过2 ，1 9 7 5 年提高到6 ，1 9 8 5 年进一步增加到7 。此 后经过2 0 年的发展，2 0 0 5 年提高到了2 1 ，随着集约化程度的不断提高，预计 到2 0 1 0 年将提高到2 3 。电子产品中半导体含量的增加，意阵着半导体的全球 市场份额的增加。根据w s t s ( 世界半导体贸易统计协会) 的报道，2 0 0 6 年世界半 导体市场达2 4 7 7 亿美元，大约是1 9 8 5 年市场规模的1 0 倍，而1 9 6 5 年的市场不 到1 5 亿美元，4 0 年间，市场增长了1 6 5 倍。s i a ( 美国半导体工业协会) 预计2 0 1 0 年世界半导体市场将增长到3 0 5 6 亿美元，从2 0 0 0 年至2 0 1 0 年间的平均增长率为 4 1 。全球半导体市场规模图可见图1 1 。 9 c 奢1 晕2 铀骛露9 毒窜哆窖79 略培窖0 9o ，( 1 2e 3 硌4d s 0 6 0 7o 爨3 肇举 图1 1 全球半导体市场规模图 需求预测信息0 i 对称条件下、f ，导体f j l7 j j 链的产能水得机：| j l j 中国的电子信息产业规模居全国工业系统的第一位，电子信息产品出口额占 全国出口总额的1 3 。中国电子产品的发展带动了中国半导体的发展。2 0 0 4 年中 国集成电路市场需求总额3 3 4 2 亿元，比2 0 0 3 年增长了4 0 。8 ，占世界市场需求 总额的比例达2 2 6 ，”十一五”期间，中国集成电路市场得到进一步扩大，年均 增长速度预计将保持在2 0 左右，预计2 0 1 0 年市场需求额有可能达到9 0 0 0 亿元。 2 0 0 4 年中国半导体分立器件市场需求量1 3 5 1 亿只，需求额7 4 2 亿元( 占世界市场 的2 5 8 ) ，预计2 0 0 5 年到2 0 1 0 年，中国半导体分立器件产业与市场需求将分别 保持年均约1 5 和8 的增长速度。到2 0 1 0 年中国半导体分立器件的产量将达到 2 2 0 0 亿只，销售额达到1 1 5 0 亿元。2 0 0 4 年全球半导体制造设备销售达到3 7 0 8 亿美元，同比增长6 7 1 。中国增长了1 3 2 ，达到2 7 亿美元。j o n a t h a nw o e t z e l 和 a n d r e wc h e n 早在2 0 0 2 年在麦肯锡高层管理论丛中提出中国可望在2 0 1 0 年 成为全球半导体产业的重镇，据其保守估计，到2 0 1 0 年，中国本土的半导体设计 业者，以及摩托罗拉等国内外整合设备制造商能够所成立的设计部门，可望供应 逾1 0 0 亿美元的芯片供中国的电子产品制造业使用。届时中国每年使用的芯片总 值可望达到4 5 0 亿美元，而包括专业代工以及跨国整合组件制造商( i d m ) 所控 制的晶圆厂，合计营业收入额可望高达1 2 0 亿美元，生产的低阶芯片可供中国境 内八成的数字式与模拟式产品使用【l 】。 尽管半导体产品市场需求在不断的增加，但是也给半导体产业的产能管理带 来了困难和挑战。产能规划对于制造业来说是个特别值得关注的战略问题，对于 半导体制造业来说，显得尤其重要。因为，半导体产业具有如下特点： ( 1 ) 半导体制造业产能成本高，设备购买前置时间长，无尘室建设周期长。 据估计现在要建设一个新的现代半导体晶圆制造厂可能需要花费3 0 亿美元【2 】单 一的机器设备价格可能要高达4 5 百万美元。并且这些机器设备的购买需要提前 6 1 2 个月进行订购1 3 】。晶圆制造对无尘室的标准要求很高，兴建的成本往往从 数百万到数十亿美元，兴建时间需要- n 两年。因此，半导体产业的产能规划非 常重要，如果产能准备的过多，就会造成极大的浪费，如果产能不足，就会造成 部分需求得不到满足，丧失企业信誉。 ( 2 ) 半导体产业具有快速的技术创新速度。“线宽”越来越少，晶圆尺寸越来 越大。世界半导体制造业的更新一般为四年一周期，其中半导体制造装置的更新 周期更短，一般为两年一周期。根据2 0 世纪6 0 年代中期提出的摩尔定律，可以 算出半导体芯片的电路密度每1 8 个月就会翻一番。技术的不断创新，使得半导体 制造商必须时刻准备着引进新的生产技术，投入新的产能，并且引进一项新的技 术，对一个新产品的产能进行规划和准备都需要花费很长时间，在这段时间内， 市场对产品的需求也会不断变化，所以，如何准确的预测到产品需求，并进行产 能的准备是个战略问题。 2 硕卜何论z 曼曼! 曼皇曼曼曼曼鼍曼曼曼曼! 曼曼曼! ! 皇曼舅! 曼曼! 曼曼曼蔓鼍曼鼍曼皇曼曼曼量! ! 曼曼曼曼! m 一 n l 毫! ! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼毫曼曼 ( 3 ) 半导体产业产品的生命周期短，具有不确定的市场需求。前面的第2 个特点，技术创新速度快，决定了第3 个特点。据统计半导体产品的平均生命周 期只有1 8 个月【4 】。根据文献 2 】的统计数据，得出在过去的4 0 年之问，每年对半 导体产品的需求增长率极其不均匀，在j 下向的7 0 与负向的4 0 之间变化。有文 献提到，半导体产品有时候需求的变动非常明显，需求量的最大值可能要比平均 值高出8 0 【j j 。 由于半导体制造业的以上三个特点，造成半导体产业产能规划非常困难也极 具有挑战性。怎样根据需求预测信息进行很好的产能规划成为研究的重点。现实 生活中，存在着许多产能过剩或者是产能不足的情况。从而不仅对半导体制造商 也对半导体分销商造成利润损失。 在2 0 0 4 年的时候，由于半导体中的晶圆厂产能捉襟见肘，所以厂商超额预定 泛滥，使得高阶晶圆产能的利用率高达9 9 ，从而造成产业过热的现象。2 0 0 5 年 初由于晶片的价格下跌，导致包括日本第二大半导体制造商东芝( t o s h i b ac o r p ) 在内的晶片生产商都延后产能投资。三星电子在2 0 0 5 年的第三四季度都出现产能 过剩的情况。据荷兰半导体国际产能统计协会的资料显示，2 0 0 5 年的第一季度全 球半导体产能利用率连续三个季度下滑，产能利用率下降到8 4 8 。但是，在2 0 0 5 年的下半年市场行情转好，又导致产能利用率过热的现象。根据市场调研公司 v i s ir e s e a r c h 的数据显示，2 0 0 5 年l o 月份，前端设备产能利用率( f r o n t e n d u t i l i z a t i o n ) 为9 6 ，而封装和测试的产能利用率更高达9 8 ，总体产能利用率为 9 6 6 。持续2 0 0 5 年下半年的好行情，根据美国半导体行业市场调研机构v l s i 的一份有关报告，2 0 0 6 年半导体行业的需求超出产能，造成产能利用率连续过高， 2 0 0 6 年第一季度的半导体产能利用率为9 2 4 ，二季度为9 3 3 ，三季度为9 5 2 ， 四季度为9 5 。但是尽管半导体市场需求增长迅速，各大厂商的产能扩大却非常 有限，一季度增加了1 7 ，二季度增加了2 8 ，三四季度总共增加了2 5 。据 国际半导体产能统计( s i c a s ) 组织公布的数据，2 0 0 7 年第四季度全球半导体工 厂产能利用率为9 0 4 。 虽然有时候市场预测不是很好，但是半导体制造商还是会扩充产能。a v i z a t e c h n o l o g yi n c 的总裁兼首席执行官j e r r yc u t i n i 在2 0 0 8 年年初指出，尽管半导体 产业形势低迷，但是芯片生产商仍然在购买设备。面对黯淡的市场预测，芯片生 产商继续寻找购买技术与产能。由于出现产业低迷情况，2 0 0 8 年半导体行业的资 本支出将下降8 ，但是s e m i c or e s e a r c hc o r p 的总裁j i mf e l d h a n 还是认为，芯 片厂的产能利用率将上升到9 0 。 2 研究意义 如何准确的根据市场需求信息进行产能的准备，对于半导体制造商以及整个 半导体供应链都是非常重要的。由于半导体制造商的产能设置时间较长，因此只 需求预测信息1 ：对称条件下半导f 小f j ! j j j 链的产能准桥机制 能根据需求预测信息进行产能准备。处于供应链下游的半导体分销商接近消费市 场，对市场需求的预测要比远离消费市场的半导体制造商的预测更加准确。那么， 如何才能保证半导体分销商真实的将预测信息传递给半导体制造商就是本文要研 究的问题。从半导体分销商自身利益最大化出发，如果半导体制造商没有提供一 个激励机制可以保证分销商真实传递需求预测信息的话，分销商就有可能撒谎， 夸大需求预测信息。因为，制造商准备的产能越多，其将来提供的产品数量就会 越多，不管以后的需求是多少，对分销商都不会造成损失，只会造成制造商成本 的浪费。理性的半导体制造商也认识到半导体分销商有撒谎的动机，对半导体分 销商传递过来的需求预测信息会持怀疑态度，而会根据自身的需求预测信息进行 产能的准备。这就有可能造成产能不足或者是产能过剩的后果。因此，半导体制 造商应该设计一个机制来保证需求预测信息在供应链中的共享。 本文从机制设计的角度考虑半导体供应链的需求预测信息共享问题。通过对 半导体供应链的结构特征进行分析之后，建立了只含一个制造商和一个分销商的 半导体供应链模型。通过对纵向一体化下的半导体供应链最优产能准备量与分布 式供应链完全信息条件下采取一般交易模式下的最优产能准备量的比较得出分布 式供应链绩效降低的结论，并且通过分布式半导体供应链在完全信息和不对称信 息条件下分别采取一般交易模式的最优产能准备量的比较得出需求预测信息的不 对称是造成半导体供应链效率降低的又一原因。为了消除造成半导体供应链效率 降低的因素，本文从半导体制造商的角度出发提出了产能准备的信息共享机制。 通过对机制中参数的不同设置，将产能准备机制分成了三个机制：实际需求量 少于预定量时补偿半导体分销商机制；实际需求量少于预定量与产能准备量多 于实际需求量都不补偿机制：产能准备量多于实际需求量补偿半导体制造商机 制。对每一个机制的规则进行详细阐述，并分析每一个机制的激励相容性和参与 性。通过对机制中包括的信号传递模型求解，得出当参数满足一定条件，信号传 递模型存在分离均衡。分离均衡的存在证明了机制的激励相容性。并且产能准备 量多于实际需求量补偿半导体制造商机制一定条件下不仅仅可以保证信息共享， 还能达到渠道协调，使分布式供应链的最优产能准备量等于纵向一体化供应链下 的最优产能准备量。比较了三个机制下半导体分销商的最优预定量，半导体制造 商的最优产能准备量，以及三个机制下的最优产能准备量与最优预定量的差值， 说明不同机制虽然都同样可以达到信息共享，但是每个机制的信号传递成本并不 相同。通过理论比较和数字仿真，我们得出结论：产能准备量多于实际需求量补 偿半导体制造商机制是最优机制，实际需求量少于预定量与产能准备量多于实际 需求量都不补偿机制次之，实际需求量少于预定量时补偿半导体分销商机制效率 最低，所需信号传递成本最高。 本文提出的产能准备机制不仅可以运用于半导体供应链，还可以运用于具有 4 硕i 学位论文 与半导体产品相似性质的其他高科技产品供应链中，它们都具有产能成本高，快 速的技术创新速度，产品的生命周期短，具有不确定的市场需求等特点。产能准 备机制可以保证信息共享，可以较好的解决由于信息不对称引起的低效率问题。 因此，本文的研究成果对在现实生活中解决半导体供应链以及高科技产品供应链 中由需求预测信息不对称引起产能准备难的问题具有很好的借鉴意义。 1 2 相关研究综述 本文的研究对象是半导体供应链中产能准备的机制设计问题，研究的环境是 不对称需求预测信息条件下的两级半导体供应链，只包括有半导体制造商和半导 体分销商，研究的目的是通过半导体制造商设计的机制来有效的共享半导体分销 商关于需求预测的私有信息。靠近消费市场的半导体分销商要比远离消费者的半 导体制造商有着更加准确的需求预测信息。在这种不对称需求预测信息条件下， 半导体制造商可以通过设计产能准备的信息共享机制来激励半导体分销商传递私 人信息。因此，我们的研究综述从两方面展开：首先综述博弈论和机制设计理论， 本文主要运用的方法论是博弈论，并从机制设计的角度对需求预测信息不对称这 一现象进行研究，所以有必要简单介绍博弈方法论和机制设计的思想和框架；然 后综述国内外学者是如何研究产能规划的问题，并重点综述产能预定契约文献， 根据产能预定契约的不同设置和不同条件将产能预定文献从七个方面进行分类综 述。 1 2 1 博弈论与机制设计方法 博弈论，是研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策以及这种决策 的均衡问题的，一些个人，一些团队或者其他组织，面对一定的环境条件，在一 定的规则约束下，依靠所掌握的信息，同时或先后，一次或者多次从各自允许选 择的行为或策略进行选择并加以实施，并从中各自取得相应结果或收益的过程。 搏弈论与传统的微观经济学存在着很大的不同，传统微观经济学是在给定的价格 参数和收入条件下，最大化个人效用，其效用只依赖于他个人自身的选择，而不 依赖于其他人的选择，个人的最优选择只是价格和收入的函数而不是其他人选择 的函数。但是在博弈论里，个人效用函数不仅依赖于他自己的选择，而且还依赖 于他人的选择，个人最优选择是其他人选择的函数。一般认为，1 9 4 4 年由v o n n e u m a n n n 和m o r g e n s t e r n 合作的( ( t h et h e o r yo fg a m e sa n de c o n o m i cb e h a v i o u r ) ) 1 5 j 的出版，开始了学术界对博弈论的研究。博弈论可以划分为合作博弈( c o o p e r a t i v e g a m e ) 和非合作博弈( n o n c o o p e r a t i v eg a m e ) 合作博弈于十九世纪5 0 年代末，发展到 鼎盛时期，包括n a s h 【6 l 和s h a p l e y t 7 】的“讨价还价”模型。 在机制设计理论出现之前，分配理论的微观经济学分析基本上等同于市场理 5 需求颅测竹息，f ：对称条件下、f ，导体供膨链的产能准得机制 论，其核心观点是只有在充分竞争，完全信息等情况下，市场机制才能充分分配 资源。但是在现实生活中，处处存在着信息不确定，信息不对称的情况。如何解 决信息不对称条件下的市场分配问题，成为“机制设计理论”诞生的主要原因。机 制设计是微观经济学和博弈论的分支领域，研究的是对涉及多个自利代理的问题， 其中每个代理都有对偏好的个人信息，如何执行一个好的系统范围内的解。其核 心思想是如何在信息不对称的情况下，设计一套制度，以实现委托人和代理人之 间的信任以及保证机制正常运行。机制设计理论能系统地比较各种经济制度的优 劣和研究不同的经济制度是如何影响人们的相互行为和资源配置结果的。经济机 制理论把所有的经济机制放在一起进行研究，研究的对象大到对整个经济制度的 一般均衡设计，小到对某个经济活动的激励机制设计【8 】。 机制设计理论的最初思想可以追溯到上世纪3 0 年代关于市场社会主义经济 体制可行性的著名论战。在论战中，以米塞斯和哈耶克等自由主义经济学家为代 表的一方认为，社会主义是不可能获得维持经济有效运转的信息的：而反方兰格 和勒纳则认为，利用一种分散化的社会主义经济机制也即一种市场社会主义机制， 通过边际成本定价的方式能够解决信息量过大的问题，并能保证资源的有效配置 【9 】。随着这一论战的不断深入，经济学家们开始思考什么样的经济机制才是最好 的? 当一个国家面临多种不同经济机制时应该如何进行取舍，且判断的依据是什 么? 就这样，发展了机制设计理论，与一般的经济理论不同的是，它是在已知目 标既定的条件下，求解最优的到达路径即探讨什么样的经济机制可以实现目标的 问题。 委托人设计机制的目的是最大化其自身的期望效用函数，但是在进行机制设 计的时候需要考虑到两个约束【l o 】i l l 】：第一个是参与约束( p a r t i c i p a t i o nc o n s t r a i n t ) 或者叫个人理性约束( i n d i v i d u a lr a t i o n a l i t yc o n s t r a i n t ) 。机制要保证任何一个理性 的代理人有兴趣接受委托人设计的机制，那么就得保证代理人在该机制下得到的 期望效用必须不小于他不接受这个机制时得到的最大期望效用。代理人在博弈之 外能得到的最大期望效用称为代理人的保留效用( r e s e r v a t i o nu t i l i t y ) 。因为当代 理人选择机制规定的博弈时，就失去了博弈之外的机会，因而，保留效用又称机 会成本。第二个约束是激励相容约束。给定委托人不知道代理人的类型的情况下， 代理人在所设计的机制下必须有积极性选择委托人希望他选择的行动。显然，只 有当代理入选择委托入所希望的行动时得到的期望效用不小于他选择其它行动时 得到的期望效用的时候，代理人才有积极性选择委托人所希望的行动。满足参与 约束的机制称为可行机制( f e a s i b l em e c h a n i s m ) ；满足激励相容约束的机制称为可 实施机制( i m p l e m e n t a b l em e c h a n i s m ) 。如果一个机制满足参与约束和激励相容约 束，那么这个机制是可行的可实施机制。委托人的问题就是选择一个可行的可实 施机制以最大化他的预期效用。 6 硕f j 学付论殳 机制设计是一个三阶段不完全信息博弈【1 2 】。在第一阶段，委托人设计一个“机 制”( 或“契约”，“激励方案”) 。这里，机制是一个博弈规则，根据这个规则，代 理人发出信号，实现的信号决定配置结果。在第二阶段，代理人同时选择接受或 不接受委托人设计的机制。如果代理人选择不接受，他得到外生的保留效用。在 第三阶段，接受机制的代理人根据机制的规定进行博弈。根据m y e r s o n 的显示原 理( r e v e l a t i o np r i n c i p l e ) ，为了获得最大的期望效用，委托人可以只考虑“直接机 制”( d i r e c tm e c h a n i s m ) ：即在第二阶段，所有的代理人都接受所设计的机制，在 第三阶段，所有的代理人都如实地报告自己的类型。 瑞典皇家科学院将2 0 0 7 年诺贝尔经济学奖授予美国明尼苏达大学经济学教 授利奥赫尔维茨( l e o n i dh u r w i c z ) 、新泽西普林斯顿高等研究院教授埃瑞克马 斯金( e r i cs m a s k i n ) 以及芝加哥大学经济学教授罗格迈尔森( r o g e rb m y e r s o n ) ，以表彰他们为“机制设计理论”( m e c h a n i s md e s i g nt h e o r y ) 奠定了基 础。由赫尔维茨开创并由马斯金和迈尔森做出发展运用的机制设计理论的基本思 想和框架，已经深深地影响和改变了包括信息经济学，公共经济学，劳动经济学 等在内的现代经济学的许多学科。目前，机制设计理论已经进入了主流经济学的 核心部分，被广泛地运用于垄断定价，最优税收，契约理论，委托代理理论以及 拍卖理论等诸多领域。许多现实和理论问题如规章或法规制订，最优税收设计， 行政管理，民主选举，社会制度设计等都可归结为机制设计问题。 1 2 2 产能预定的相关研究文献 产能规划是半导体行业的战略规划问题，s u l e f m a nk a r a b u k 和d a v i dw u 【”1 通过对美国一有名的半导体制造商进行实地考察和分析，指出晶圆需求的不确定 性是半导体行业的主要特点之一。晶圆需求的不确定性导致半导体制造商准备产 能的不确定性。l i u 1 4 l 也指出库存和晶圆产能在半导体业的发展中占据很重要的 角色。s d a v i dw u 和m u r a te r k o c 【3 】综述了近几年关于高科技产业特别是半导体产 业的产能规如和管理的文献，指出对产能的规划用到的模型包括有：运筹学模型， 多阶段规划模型，博弈论模型，还有各种用于战略，战术的经济学模型。s a n i a yj a i n 和c h u c h e o wl i m o s 】早在1 9 9 9 年就对半导体供应链进行了建模仿真。从仿真的 角度对半导体的整个供应链系统进行了分析仿真，也包括对产能规划的建模仿真。 其中，博弈论模型是用得最广泛的一类模型。学者们建立各种博弈模型对产能规 划和产能准备量的大小进行分析和建模。 关于产能投资的研究，传统的方法都是假设所有的产能投资风险是由产能投 资者一个人承担。但是，在半导体行业，其产能的建立成本很高，半导体产品的 生命周期短，需求不确定性高。半导体制造商即供应商般采取保守的产能投资 政策，从而影响到下游企业即半导体产品需求者的市场满足率。当市场需求旺盛 需求颅测信息升：对称条件下、f ，导体供膨链的产能准符机制 时，保守的产能投资政策不能保证满足所有的市场需求，从而丧失了盈利的机会。 同时，由于未来需求的高度不确定性，半导体产品的需求者一般避免向供应商提 前订购固定量的产品。为了解决这个矛盾，可以通过激励产品需求者先预定部分 产品来与产品制造商共担产能投资风险。学者们对这个问题的研究一般都是通过 供应链契约来解决，他们建立契约机制，通过风险共担利润共享来达到供应链协 调【1 6 】。预定契约用来研究产能投资是运用的最多的。学者们运用产能预定契约来 研究高科技供应链，特别是半导体行业中的供应商和购买者之间的产能投资风险 共享问题。产能预定契约一般是将供应商准备的产能量与购买者预定的产品量相 挂钩，而购买者是根据对未来需求量的预测进行订购的。产能预定契约的典型设 置是：一个供应商与一个购买者组成两级供应链，相互之间进行两阶段的互动。 在第一阶段，由一方给出预定契约，详细说明预定价格和批发价格以及预定的数 量，在这一阶段，需求是不确定的，经常被表示成服从一定概率分布的函数。预 定价格是在第一阶段购买者提i i i 购买的价格，批发价格是在第二阶段需求确认之 后，购买产品的价格。购买者根据预定价格和批发价格的大小，以及对需求预测 来决定预定数量。供应商根据预定数量决定设置多少产能。在第二阶段，购买者 决定实际需要购买的产品数量。根据产能预定契约参数和条件的不同，我们可以 从以下几个方面对文献资料进行分类综述： 1 根据需求预测信息的对称性可以分为：