無晶圓廠/晶圓代工模式還能存活好久

兩個月前，英特爾(Intel)高層MarkBohr指“無晶圓廠經(jīng)營模式快不行了”的說法，引發(fā)不少熱烈討論；以下這篇由顧問機構(gòu)InternationalBusinessStrategies(IBS)執(zhí)行長HandelJones所撰寫的分析文章，或許可以提供一些反駁論點。

目前半導體產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)究竟有哪些？

1.28奈米制程節(jié)點的參數(shù)良率尚未到達預期水準：

在28奈米節(jié)點，包括隨機摻雜擾動(randomdopantfluctuations)、線寬、線間距變動，以及導孔電阻值(viaresistance)等會影響RC相關(guān)時序的種種問題，為目標規(guī)格帶來不可預知且低落的參數(shù)良率。這種制程變異帶來不斷增加的漏電、功耗與良率等沖擊，而晶圓代工業(yè)者與無晶圓廠晶片供應商所面臨的挑戰(zhàn)如下圖所示。

為了弭平圖中所示的鴻溝，晶圓代工廠的制程技術(shù)團隊與無晶圓廠晶片供應商設(shè)計團隊之間，需要有一個IDM形式的溝通介面。大型無晶圓廠晶片業(yè)者與晶圓代工廠，具備建立該種介面的財源，也能合作解決問題；但是較小型的廠商將會面臨財務(wù)挑戰(zhàn)。不過關(guān)鍵是，誰應該負責建立那種IDM形式的溝通規(guī)則，并支付所需成本？是無晶圓廠業(yè)者、晶圓代工廠，還是兩邊都要負擔？看來其中有很多都是需要雙方共享的。

半導體制程演進過程中，晶圓代​​工廠與無晶圓廠業(yè)者之間的技術(shù)鴻溝越來越深

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2.要成為晶圓代工產(chǎn)業(yè)龍頭，所需支出的資本越來越高：

臺積電(TSMC)的2012年資本支出為80億美元，也就是每1萬片晶圓需要10億美元成本，以因應每月8萬片晶圓的28奈米與20奈米制程額外產(chǎn)能。三星(Samsung)的非記憶體業(yè)務(wù)2012年資本支出金額也在80億美元左右(官方公布為65億美元)，大約也是供應每月8萬片的額外產(chǎn)能。

Globalfoundries則是正在提升Malta晶圓廠的產(chǎn)出，計劃在目前Dresden晶圓廠每月8萬片晶圓產(chǎn)能之外，再增加每月3萬片晶圓的額外產(chǎn)能。至于聯(lián)電(UMC)，其2012年資本支出金額為20億美元，并宣布其Fab12廠將籌資80億美元。只有很少數(shù)的半導體廠商有能力在14奈米節(jié)點投資更大產(chǎn)能所需的成本，因此無晶圓廠晶片供應商也會去選擇最佳的合作對象。

3.隨著晶片微縮，制程技術(shù)復​​雜度也更高：

無論是對IDM廠商或是晶圓代工業(yè)者來說一個很大的問題是，隨著晶片微縮，開發(fā)先進制程技術(shù)的成本也越來越高，如下方圖所示。在20奈米節(jié)點，主要的成本來自于bulkCMOS技術(shù)，但到了14奈米節(jié)點則是FinFET(已知英特爾在22奈米節(jié)點就使用FinFET)。

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開發(fā)新一代制程技術(shù)所需成本

據(jù)估計，要成為領(lǐng)導廠商，開發(fā)FinFET制程技術(shù)所需成本約在20至30億美元，若不想落后太多最起碼也要投資18億美元；以研發(fā)成本占據(jù)總營收10%的比例來計算，需要達到90億美元的營收才夠，而且技術(shù)開發(fā)時間超過2年。而在14奈米節(jié)點，要擁有適合的晶圓制程技術(shù)以及廠房設(shè)備，以每月4萬片晶圓產(chǎn)能計算，成本將超過50億美元。

若要升級18寸晶圓，以每月4萬片晶圓產(chǎn)能計算，則需要100億美元的額外投資，不過每年也有達到100億美元營收的潛力。因此有能力投入18寸晶圓領(lǐng)域的，會是那些能取得龐大資金來源的廠商；但對晶圓代工廠來說，如果能建立適當?shù)臉I(yè)務(wù)模式，回收也會不錯。這么樣一個高風險、高回收的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，如果晶圓代工廠與無晶圓廠晶片供應商之間能建立IDM形式的溝聽介面，其效益沒理由會比一家IDM廠來得差。

下圖是在不同半導體制程節(jié)點的晶圓代工市場規(guī)模；估計到2018年，整體晶圓代工市場將達630億美元。一家擁有40%全球市占率的晶圓代工業(yè)者，2018年的營收規(guī)模可達252億美元；擁有越高市占率的晶圓代工廠，也能確保高利潤(這也會成為廠商繼續(xù)參與晶圓代工業(yè)務(wù)的動力)。

那些有能力弭平設(shè)計與制造之間鴻溝的晶圓代工業(yè)者可獲得龐大的財務(wù)回收，但前提是需要開發(fā)能拉近設(shè)計與制造部門之間距離的介面與溝通橋梁。在14奈米這樣的先進制程節(jié)點，大概只有兩家──或者最多三家──晶圓代工廠能擁有大量晶圓產(chǎn)能(每月5萬片以上)，這些業(yè)者還需要開發(fā)能讓他們獲利的業(yè)務(wù)模式。

那么，類似IDM的晶圓代工廠與無晶圓廠晶片供應商關(guān)系是怎樣的呢？無晶圓廠業(yè)者需要提供更詳細的設(shè)計資訊給晶圓代工伙伴，晶圓代工廠則需要有專門團隊與無晶圓廠晶片供應商的設(shè)計團隊合作，好讓客戶的產(chǎn)品能順利在晶圓廠生產(chǎn)。晶圓代工廠也需要在設(shè)計布建階段，與策略性無晶圓廠客戶在程式庫、IP等支援上有更緊密的合作。無論是晶圓代工廠或無晶圓廠內(nèi)部的技能都必須強化，并應該建立一種類IDM的運作架構(gòu)。

到20奈米與14奈米技術(shù)節(jié)點，晶圓代工業(yè)務(wù)模式還能生存；但未來制程節(jié)點的演進，等待時間會越來越長。前面說的兩年時間是不切實際的，未來進展至每個制程節(jié)點的新產(chǎn)品開發(fā)周期，會需要適應更長的制程演進時間。英特爾雖在晶圓制造領(lǐng)域扮演領(lǐng)導者角色，但關(guān)鍵問題是英特爾將如何利用其領(lǐng)導地位優(yōu)勢；英特爾有許多種選項，該公司正遭遇十字路口。[!--empirenews.page--]

晶圓代工與無晶圓廠晶片供應商的業(yè)務(wù)模式，雖然會遭遇投資與技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，但那些問題在14奈米節(jié)點之后都能被解決。然而在FinFET的時代過去之后，半導體產(chǎn)業(yè)將會經(jīng)歷一段非常陰霾的時期，那對無晶圓廠/晶圓代工業(yè)務(wù)模式，以及IDM廠商來說，將是另一個挑戰(zhàn)的開始。