無(wú)晶圓廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)模式在14nm的雞血下仍將堅挺

兩個(gè)月前，英特爾(Intel)高層Mark Bohr關(guān)于“無(wú)晶圓廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)模式快不行了”的說(shuō)法，引發(fā)不少熱烈討論；以下這篇由顧問(wèn)機構International Business Strategies (IBS)CEO Handel Jones所撰寫(xiě)的分析文章，或許可以提供一些反駁論點(diǎn)。

 

目前半導體產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰究竟有哪些？

 

1. 28nm制程節點(diǎn)的參數良率尚未到達預期水準：

 

在 28nm節點(diǎn)，包括隨機摻雜擾動(dòng)(random dopant fluctuations)、線(xiàn)寬、線(xiàn)間距變動(dòng)，以及導孔電阻值(via resistance)等會(huì )影響RC相關(guān)時(shí)序的種種問(wèn)題，為目標規格帶來(lái)不可預知且低落的參數良率。這種制程變異帶來(lái)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(wú)晶圓廠(chǎng)芯片供貨商所面臨的挑戰如下圖所示。

 

為了彌平圖中所示的鴻溝，晶圓代工廠(chǎng)的制程技術(shù)團隊與無(wú)晶圓廠(chǎng)芯片供貨商設計團隊之間，需要有一個(gè)IDM形式的溝通接口。大型無(wú)晶圓廠(chǎng)芯片業(yè)者與晶圓代工廠(chǎng)，具備建立該種接口的財源，也能合作解決問(wèn)題；但是較小型的廠(chǎng)商將會(huì )面臨財務(wù)挑戰。不過(guò)關(guān)鍵是，誰(shuí)應該負責建立那種IDM形式的溝通規則，并支付所需成本？是無(wú)晶圓廠(chǎng)業(yè)者、晶圓代工廠(chǎng)，還是兩邊都要負擔？看來(lái)其中有很多都是需要雙方共享的。

 

 

半導體制程演進(jìn)過(guò)程中，晶圓代工廠(chǎng)與無(wú)晶圓廠(chǎng)業(yè)者之間的技術(shù)鴻溝越來(lái)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(lái)越高：

 

臺積電(TSMC)的 2012年資本支出為80億美元，也就是每1萬(wàn)片晶圓需要10億美元成本，以因應每月8萬(wàn)片晶圓的28奈米與20nm制程額外產(chǎn)能。三星 (Samsung)的非內存業(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)，大約也是供應每月8萬(wàn)片的額外產(chǎn)能。

 

Globalfoundries 則是正在提升Malta晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)出，計劃在目前Dresden晶圓廠(chǎng)每月8萬(wàn)片晶圓產(chǎn)能之外，再增加每月3萬(wàn)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(chǎng)將籌資80億美元。只有很少數的半導體廠(chǎng)商有能力在14nm節點(diǎn)投資更大產(chǎn)能所需的成本，因此無(wú)晶圓廠(chǎng)芯片供貨商也會(huì )去選擇最佳的合作對象。

3. 隨著(zhù)芯片微縮，制程技術(shù)復雜度也更高：

 

無(wú)論是對IDM廠(chǎng)商或是晶圓代工業(yè)者來(lái)說(shuō)一個(gè)很大的問(wèn)題是，隨著(zhù)芯片微縮，開(kāi)發(fā)先進(jìn)制程技術(shù)的成本也越來(lái)越高，如下方圖所示。在20nm節點(diǎn)，主要的成本來(lái)自于bulk CMOS技術(shù)，但到了 14奈米節點(diǎn)則是 FinFET (已知英特爾在22nm節點(diǎn)就使用FinFET)。

 

 

開(kāi)發(fā)新一代制程技術(shù)所需成本
 

 

據估計，要成為領(lǐng)導廠(chǎng)商，開(kāi)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)成本占據總營(yíng)收10%的 比例來(lái)計算，需要達到90億美元的營(yíng)收才夠，而且技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)間超過(guò)2年。而在 14奈米節點(diǎn)，要擁有適合的晶圓制程技術(shù)以及廠(chǎng)房設備，以每月4萬(wàn)片晶圓產(chǎn)能計算，成本將超過(guò)50億美元。

 

若要升級18寸晶圓，以每月4萬(wàn)片晶圓產(chǎn)能計算，則需要100億美元的額外投資，不過(guò)每年也有達到100億美元營(yíng)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(lái)源的廠(chǎng)商；但對晶圓代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，如果能建立適當的業(yè)務(wù)模式，回收也會(huì )不錯。這么樣一個(gè)高風(fēng)險、高回收的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，如果晶圓代工廠(chǎng)與無(wú)晶圓廠(chǎng)晶片供貨商之間能建立IDM形式的溝聽(tīng)接口，其效益沒(méi)理由會(huì )比一家 IDM廠(chǎng)來(lái)得差。

下圖是在不同半導體制程節點(diǎn)的晶圓代工市場(chǎng)規模；估計到2018年，整體晶圓代工市場(chǎng)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(yíng)收規?？蛇_252億美元；擁有越 高市占率的晶圓代工廠(chǎng)，也能確保高利潤(這也會(huì )成為廠(chǎng)商繼續參與晶圓代工業(yè)務(wù)的動(dòng)力)。

 

 

不同半導體制程節點(diǎn)的晶圓代工市場(chǎng)規模
 

 

 

不同半導體制程節點(diǎn)的晶圓代工市場(chǎng)規模(列表)
 

 

那些有能力彌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(wù)回收，但前提是需要開(kāi)發(fā)能拉近設計與制造部門(mén)之間距離的接口與溝通橋梁。在14nm這樣的先進(jìn)制程節點(diǎn)，大概只有兩家──或者最多三家──晶圓代工廠(chǎng)能擁有大量晶圓產(chǎn)能(每月5萬(wàn)片以上)，這些業(yè)者還需要開(kāi)發(fā)能讓他們獲利的業(yè)務(wù)模式。

 

那么，類(lèi)似IDM的晶圓代工廠(chǎng)與無(wú)晶圓廠(chǎng)芯片供貨商關(guān)系是怎樣的呢？無(wú)晶圓廠(chǎng)業(yè)者需要提供更詳細的設計信息給晶圓代工伙伴，晶圓代工廠(chǎng)則需要有專(zhuān)門(mén)團隊與無(wú) 晶圓廠(chǎng)芯片供貨商的設計團隊合作，好讓客戶(hù)的產(chǎn)品能順利在晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)。晶圓代工廠(chǎng)也需要在設計布建階段，與策略性無(wú)晶圓廠(chǎng)客戶(hù)在鏈接庫、IP等支持上有更 緊密的合作。無(wú)論是晶圓代工廠(chǎng)或無(wú)晶圓廠(chǎng)內部的技能都必須強化，并應該建立一種類(lèi)IDM的運作架構。

 

到20nm與14nm技術(shù)節點(diǎn)，晶圓代工業(yè)務(wù)模式還能生存；但未來(lái)制程節點(diǎn)的演進(jìn)，等待時(shí)間會(huì )越來(lái)越長(cháng)。前面說(shuō)的兩年時(shí)間是不切實(shí)際的，未來(lái)進(jìn)展至每個(gè)制程節點(diǎn)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，會(huì )需要適應更長(cháng)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)導者角色，但關(guān)鍵問(wèn)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。

 

晶圓代工與無(wú)晶圓廠(chǎng)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，但那些問(wèn)題在14nm節點(diǎn)之后都能被解決。然而在FinFET的時(shí)代過(guò)去之后，半導體產(chǎn)業(yè)將會(huì )經(jīng)歷一段非常陰霾的時(shí)期，那對無(wú)晶圓廠(chǎng)/晶圓代工業(yè)務(wù)模式，以及IDM廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，將是另一個(gè)挑戰的開(kāi)始。