[導讀]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
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團隊與無晶圓廠晶片供應商設計團隊之間，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挑戰(zhàn)。不過關鍵是，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，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)。
開發(fā)新一代制程技術所需成本
據(jù)估計，要成為領導廠商，開發(fā)FinFET制程技術所需成本約在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以及廠房設備，以每月4萬片晶圓產(chǎn)能計算，成本將超過50億美元。[!--empirenews.page--]
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)?？蛇_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)務的動力)。
不同半導體製程節(jié)點的晶圓代工市場規(guī)模
不同半導體製程節(jié)點的晶圓代工市場規(guī)模(列表)
那些有能力弭平設計與制造之間鴻溝的晶圓代工業(yè)者可獲得龐大的財務回收，但前提是需要開發(fā)能拉近設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)務模式。
那么，類似IDM的晶圓代工廠與無晶圓廠晶片供應商關系是怎樣的呢？無晶圓廠業(yè)者需要提供更詳細的設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部的技能都必須強化，并應該建立一種類IDM的運作架構。
到20奈米與14奈米技術節(jié)點，晶圓代工業(yè)務模式還能生存；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域扮演領導者角色，但關鍵問題是英特爾將如何利用其領導地位優(yōu)勢；英特爾有許多種選項，該公司正遭遇十字路口。
晶圓代工與無晶圓廠晶片供應商的業(yè)務模式，雖然會遭遇投資與技術方面的挑戰(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)務模式，以及IDM廠商來說，將是另一個挑戰(zhàn)的開始。
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團隊與無晶圓廠晶片供應商設計團隊之間，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挑戰(zhàn)。不過關鍵是，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，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)。
開發(fā)新一代制程技術所需成本
據(jù)估計，要成為領導廠商，開發(fā)FinFET制程技術所需成本約在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以及廠房設備，以每月4萬片晶圓產(chǎn)能計算，成本將超過50億美元。[!--empirenews.page--]
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)?？蛇_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)務的動力)。
不同半導體製程節(jié)點的晶圓代工市場規(guī)模
不同半導體製程節(jié)點的晶圓代工市場規(guī)模(列表)
那些有能力弭平設計與制造之間鴻溝的晶圓代工業(yè)者可獲得龐大的財務回收，但前提是需要開發(fā)能拉近設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)務模式。
那么，類似IDM的晶圓代工廠與無晶圓廠晶片供應商關系是怎樣的呢？無晶圓廠業(yè)者需要提供更詳細的設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部的技能都必須強化，并應該建立一種類IDM的運作架構。
到20奈米與14奈米技術節(jié)點，晶圓代工業(yè)務模式還能生存；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域扮演領導者角色，但關鍵問題是英特爾將如何利用其領導地位優(yōu)勢；英特爾有許多種選項，該公司正遭遇十字路口。
晶圓代工與無晶圓廠晶片供應商的業(yè)務模式，雖然會遭遇投資與技術方面的挑戰(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)務模式，以及IDM廠商來說，將是另一個挑戰(zhàn)的開始。
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