無晶圓廠經(jīng)營模式在14nm的雞血下仍將堅(jiān)挺

兩個(gè)月前，英特爾(Intel)高層Mark Bohr關(guān)于“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(jī)構(gòu)International Business Strategies (IBS)CEO Handel Jones所撰寫的分析文章，或許可以提供一些反駁論點(diǎn)。

 

目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)究竟有哪些？

 

1. 28nm制程節(jié)點(diǎn)的參數(shù)良率尚未到達(dá)預(yù)期水準(zhǔn)：

 

在 28nm節(jié)點(diǎn)，包括隨機(jī)摻雜擾動(dòng)(random dopant fluctuations)、線寬、線間距變動(dòng)，以及導(dǎo)孔電阻值(via resistance)等會(huì)影響RC相關(guān)時(shí)序的種種問題，為目標(biāo)規(guī)格帶來不可預(yù)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)者與無晶圓廠芯片供貨商所面臨的挑戰(zhàn)如下圖所示。

 

為了彌平圖中所示的鴻溝，晶圓代工廠的制程技術(shù)團(tuán)隊(duì)與無晶圓廠芯片供貨商設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間，需要有一個(gè)IDM形式的溝通接口。大型無晶圓廠芯片業(yè)者與晶圓代工廠，具備建立該種接口的財(cái)源，也能合作解決問題；但是較小型的廠商將會(huì)面臨財(cái)務(wù)挑戰(zhàn)。不過關(guān)鍵是，誰應(yīng)該負(fù)責(zé)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(fù)擔(dān)？看來其中有很多都是需要雙方共享的。

 

 

半導(dǎo)體制程演進(jìn)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
 

 

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(yīng)每月8萬片晶圓的28奈米與20nm制程額外產(chǎn)能。三星 (Samsung)的非內(nèi)存業(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(yīng)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(jì)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Fab 12廠將籌資80億美元。只有很少數(shù)的半導(dǎo)體廠商有能力在14nm節(jié)點(diǎn)投資更大產(chǎn)能所需的成本，因此無晶圓廠芯片供貨商也會(huì)去選擇最佳的合作對象。

3. 隨著芯片微縮，制程技術(shù)復(fù)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(gè)很大的問題是，隨著芯片微縮，開發(fā)先進(jìn)制程技術(shù)的成本也越來越高，如下方圖所示。在20nm節(jié)點(diǎn)，主要的成本來自于bulk CMOS技術(shù)，但到了 14奈米節(jié)點(diǎn)則是 FinFET (已知英特爾在22nm節(jié)點(diǎn)就使用FinFET)。

 

 

開發(fā)新一代制程技術(shù)所需成本
 

 

據(jù)估計(jì)，要成為領(lǐng)導(dǎo)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(jì)算，需要達(dá)到90億美元的營收才夠，而且技術(shù)開發(fā)時(shí)間超過2年。而在 14奈米節(jié)點(diǎn)，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(jì)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(jì)算，則需要100億美元的額外投資，不過每年也有達(dá)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(huì)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(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)模式，回收也會(huì)不錯(cuò)。這么樣一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)、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貨商之間能建立IDM形式的溝聽接口，其效益沒理由會(huì)比一家 IDM廠來得差。

下圖是在不同半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)的晶圓代工市場規(guī)模；估計(jì)到2018年，整體晶圓代工市場將達(dá)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)?？蛇_(dá)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(huì)成為廠商繼續(xù)參與晶圓代工業(yè)務(wù)的動(dòng)力)。

 

 

不同半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)的晶圓代工市場規(guī)模
 

 

 

不同半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)的晶圓代工市場規(guī)模(列表)
 

 

那些有能力彌平設(shè)計(jì)與制造之間鴻溝的晶圓代工業(yè)者可獲得龐大的財(cái)務(wù)回收，但前提是需要開發(fā)能拉近設(shè)計(jì)與制造部門之間距離的接口與溝通橋梁。在14nm這樣的先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)，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芯片供貨商關(guān)系是怎樣的呢？無晶圓廠業(yè)者需要提供更詳細(xì)的設(shè)計(jì)信息給晶圓代工伙伴，晶圓代工廠則需要有專門團(tuán)隊(duì)與無 晶圓廠芯片供貨商的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(jì)布建階段，與策略性無晶圓廠客戶在鏈接庫、IP等支持上有更 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(qiáng)化，并應(yīng)該建立一種類IDM的運(yùn)作架構(gòu)。

 

到20nm與14nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，晶圓代工業(yè)務(wù)模式還能生存；但未來制程節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)，等待時(shí)間會(huì)越來越長。前面說的兩年時(shí)間是不切實(shí)際的，未來進(jìn)展至每個(gè)制程節(jié)點(diǎn)的新產(chǎn)品開發(fā)周期，會(huì)需要適應(yīng)更長的制程演進(jìn)時(shí)間。英特爾雖在晶圓制造領(lǐng)域扮演領(lǐng)導(dǎo)者角色，但關(guān)鍵問題是英特爾將如何利用其領(lǐng)導(dǎo)地位優(yōu)勢；英特爾有許多種選項(xiàng)，該公司正遭遇十字路口。

 

晶圓代工與無晶圓廠芯片供貨商的業(yè)務(wù)模式，雖然會(huì)遭遇投資與技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，但那些問題在14nm節(jié)點(diǎn)之后都能被解決。然而在FinFET的時(shí)代過去之后，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會(huì)經(jīng)歷一段非常陰霾的時(shí)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(gè)挑戰(zhàn)的開始。