【E課堂】IC產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)名詞及產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系

　　由于一家公司只做設計、制程交給其他公司，容易令人擔心機密外泄的問(wèn)題 (比如若高通和聯(lián)發(fā)科兩家彼此競爭的IC設計廠(chǎng)商若同時(shí)請臺積電晶圓代工，等于臺積電知道了兩家的秘密)，故一開(kāi)始臺積電并不被市場(chǎng)看好。

　　然而，臺積電本身沒(méi)有出售芯片、純粹做晶圓代工，更能替各家芯片商設立特殊的生產(chǎn)線(xiàn)，并嚴格保有客戶(hù)隱私，成功證明了專(zhuān)做晶圓代工是有利可圖的。

　　因此，我們可以根據上面提到的歷史淵源與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將現有的半導體產(chǎn)業(yè)鏈的廠(chǎng)商分成幾種主要的模式：

　　1. IDM (整合組件制造商) 模式

　　(1) 領(lǐng)導廠(chǎng)商

　　Intel、德州儀器 (TI)、三星

　　(2) 特點(diǎn)

　　集芯片設計、制造、封裝、測試、銷(xiāo)售等多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節于一身。

　　早期多數芯片公司采用的模式。

　　需要雄厚的運營(yíng)資本才能支撐此營(yíng)運模式，故目前僅有極少數的企業(yè)能維持。比如：

　　三星雖有自己的晶圓廠(chǎng)、能制造自己設計的芯片，然而因建廠(chǎng)和維護產(chǎn)線(xiàn)的成本太高，故同時(shí)也為 Apple 的iPhone、iPad 的處理器提供代工服務(wù)。

　　近日Intel 由于自身出產(chǎn)的行動(dòng)處理器銷(xiāo)售不佳，也有轉向晶圓代工廠(chǎng)的趨勢。

　　(3) 優(yōu)勢

　　能在設計、制造等環(huán)節達到最佳優(yōu)化，充分發(fā)揮技術(shù)極限。

　　比如你就會(huì )看到 Intel 常常技術(shù)領(lǐng)先。

　　能有條件率先實(shí)驗并推行新型的半導體技術(shù)。

　　Intel 獨排眾議采用 Gate-Last 技術(shù)、鰭式場(chǎng)效晶體管 (FinFET)，后才引起其他廠(chǎng)商爭相復制。

　　2. FOUNDRY (代工廠(chǎng)) 模式

　　(1) 領(lǐng)導廠(chǎng)商

　　臺積電(TSMC)、聯(lián)電、日月光、矽品

　　(2) 特點(diǎn)

　　只負責制造、封裝或測試的其中一個(gè)環(huán)節。

　　不負責芯片設計。

　　可以同時(shí)為多家設計公司提供服務(wù)，但受制于公司間的競爭關(guān)系。

　　比如產(chǎn)線(xiàn)若沒(méi)做到完全的獨立性，則有相當風(fēng)險會(huì )外漏客戶(hù)的機密。

　　(3) 優(yōu)勢

　　不承擔商品銷(xiāo)售、或電路設計缺陷的市場(chǎng)風(fēng)險。

　　IC 設計商才是做品牌營(yíng)銷(xiāo)、賣(mài)芯片產(chǎn)品的。

　　做代工，獲利相對穩定。

　　(4) 劣勢

　　仰賴(lài)實(shí)體資產(chǎn)，投資規模甚巨、維持產(chǎn)線(xiàn)運作的費用高。

　　臺積電對于 10 奈米級的投資金額約達臺幣 7，000 億元，對3奈米、5奈米等級的投資金額亦已達5，000 億元、后續尚在增加中?？梢?jiàn)得想做晶圓代工，沒(méi)有一定資本額玩不起。

　　進(jìn)入門(mén)坎高。除了制程上的技術(shù)突破不稀奇，良率才是關(guān)鍵的 Know-how。

　　晶圓代工與 IC 設計的電路有關(guān)、不同的客戶(hù)有不同的電路結構，相當復雜。

　　一般能將良率維持在八成左右已經(jīng)是非常困難的事情了，臺積電與聯(lián)電的制程良率可以達到九成五以上，可見(jiàn)臺灣晶圓代工的技術(shù)水平。

　　需要持續投入資本維持工藝水平，一旦落后、則追趕難度相當大。

　　想想聯(lián)電當初是如何因為技術(shù)投入方向錯誤和廠(chǎng)房大火，輸給臺積電的…

　　臺積電和 Intel 現在在砸大錢(qián)力拼奈米制程、生怕輸給對方也是因為如此。

　　3. FABLESS (無(wú)廠(chǎng)IC設計商) 模式

　　(1) 領(lǐng)導廠(chǎng)商

　　高通(Qualcomm)、聯(lián)發(fā)科(MTK)、博通(Broadcom)

　　(2) 特點(diǎn)

　　只負責芯片的電路設計與銷(xiāo)售。

　　將生產(chǎn)、測試、封裝等環(huán)節外包。

　　(3) 優(yōu)勢

　　無(wú)龐大實(shí)體資產(chǎn)，創(chuàng )始的投資規模小、進(jìn)入門(mén)坎相對低，以中小企業(yè)為主。

　　臺灣的IC 設計廠(chǎng)商共約 250 家、其中有上市柜的公司約 80 家，數量眾多。

　　大陸小型IC設計廠(chǎng)超過(guò)800間。

　　企業(yè)運行費用低，轉型靈活。

　　(4) 劣勢

　　與IDM 企業(yè)相比，較無(wú)法做到完善的上下游工藝整合、較高難度的領(lǐng)先設計。

　　代工廠(chǎng)會(huì )將制作完成的芯片送回 IC 設計公司、繼續進(jìn)行測試與分析。

　　若與預期不符，則 IC 設計公司得再修改電路設計圖，接著(zhù)修改光罩圖形、制作新的光罩與芯片，再送回來(lái)測試。如此反復進(jìn)行至少三次以上，才能量產(chǎn)上市。

　　有鑒于晶圓代工廠(chǎng)和 IC 設計公司兩者須相當密切的合作，兩者間有強烈的產(chǎn)業(yè)群聚效應。

　　與Foundry 相比，需要進(jìn)行品牌塑造、市場(chǎng)調研，并承擔市場(chǎng)銷(xiāo)售的風(fēng)險。一旦失誤可能萬(wàn)劫不復。

　　聯(lián)發(fā)科原先的主力市場(chǎng)為大陸的中低階白牌手機廠(chǎng)。雖在2016年推出高階芯片 Helio X25 力圖轉型，然而卻幾無(wú)客戶(hù)采用。

　　原有的市場(chǎng)又被高通推出的中低階芯片 Snapdragon 625/626 搶市，價(jià)格戰打得相當辛苦。

　　聯(lián)發(fā)科的去年 (2016) 獲利僅240.31億元，創(chuàng )近四年來(lái)的最低數字。今年三月，聯(lián)發(fā)科了延攬“擅長(cháng)數字管理”的前中華電信董事長(cháng)蔡力行擔任共同執行長(cháng)，準備實(shí)行開(kāi)支撙節和裁員(Cost Down)。

　　但你以為 IC 設計公司只要直接設計出 IC 就行了嗎?當然，他們會(huì )需要一些工具、與協(xié)作廠(chǎng)商的輔助。

　　現在的芯片開(kāi)發(fā)，可能是由分布在全球的一百多人團隊、合作至少六個(gè)月，最后寫(xiě)下共約數百萬(wàn)行的Spec。這么龐大的工程，一定會(huì )有其他的輔助廠(chǎng)商或工具商。但這又有誰(shuí)呢?包括了：

　　(1) “矽智財提供商”─ ARM：

　　純出售知識產(chǎn)權(IP)，又稱(chēng)硅智財(SIP)，包括了電路設計架構、或已驗證好的芯片功能單元。

　　比如希望芯片上能有一個(gè)浮點(diǎn)運算功能時(shí)，可以不用自己花時(shí)間從頭開(kāi)發(fā)、向硅智財公司購買(mǎi)一個(gè)已經(jīng)寫(xiě)好的功能即可。

　　(2) “EDA工具廠(chǎng)商”─ CADENCE與新思科技：

　　IC 設計工程師會(huì )先利用程序代碼規劃芯片功能;而 EDA 工具能讓程序代碼再轉成實(shí)際的電路圖。

　　(3) “設計服務(wù)公司”─智原科技、巨有科技、創(chuàng )意電子、芯原微電子：

　　又稱(chēng)為“沒(méi)有芯片的公司” (Chipless)，沒(méi)有晶圓廠(chǎng)、也沒(méi)有自己芯片產(chǎn)品;為 IC 設計公司提供部分流程的代工服務(wù)。

　　許多人數不足的小型 IC 設計廠(chǎng)商會(huì )將設計的某些環(huán)節委外，使得人力與成本的調整彈性也較高。所以這又衍生出了第四種服務(wù)模式。

　　4. DESIGN SERVICE (芯片設計服務(wù)提供商) 模式

　　(1) 領(lǐng)導廠(chǎng)商

　　ARM、Imagination、Synopsys (新思科技)、Cadence

　　(2) 特點(diǎn)

　　不設計和銷(xiāo)售芯片。

　　為芯片設計公司提供相應的工具、完整功能單元、電路設計架構與咨詢(xún)服務(wù)。

　　由于沒(méi)有實(shí)體產(chǎn)品、而是販賣(mài)知識產(chǎn)權“設計圖”，又稱(chēng)硅智財(SIP)。

　　(3) 優(yōu)勢

　　無(wú)龐大實(shí)體資產(chǎn)。公司規模較小、資金需求不高，但對于技術(shù)的要求非常高。

　　不必負擔產(chǎn)品銷(xiāo)售的市場(chǎng)風(fēng)險。

　　(4) 劣勢

　　市場(chǎng)規模較小且容易形成壟斷，后進(jìn)者難以打入。

　　目前全球的 CPU 架構，以 Intel 的 X86 架構和 ARM 的 ARM 架構為兩大要角。

　　前者多用于 PC 和服務(wù)器上，后者則幾乎壟斷了所有的行動(dòng)通訊芯片、市占率高達 95% 的智能型手機。

　　后續的IC 設計和制程的部分都必須根據該 CPU 架構量身打造。既然整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈是圍繞在這個(gè)架構上去制造芯片，則易形成壟斷。

　　技術(shù)門(mén)坎較高、累積技術(shù)的時(shí)間較長(cháng)。根據上面的介紹后，我們已經(jīng)大致上對 IC 從最上游的設計、到最下游的消費者販賣(mài)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈流程，有一個(gè)全盤(pán)的掌握了!

　　為大家簡(jiǎn)單畫(huà)個(gè)示意圖：

　　有了這樣的產(chǎn)業(yè)鏈認知后，就可以了解到各廠(chǎng)商間的競合策略為什么這么制定，并藉此來(lái)討論一些有意思的產(chǎn)業(yè)消息啦!(可以把上面提過(guò)的信息一一代入來(lái)進(jìn)行分析，并搭配之前的晶圓代工戰爭系列的知識服用)

　　舉個(gè)例子好了，比如說(shuō) Intel 現在的處境。

　　本來(lái)是自己設計、制造、銷(xiāo)售，一手包辦上中下游所有流程，同時(shí)幾乎壟斷處理器市場(chǎng)的 Intel ，由于在 PC 往行動(dòng)裝置的轉型速度甚緩，導致現在的行動(dòng)處理器市場(chǎng)幾乎被“ARM+高通”、也就是“ARM的電路架構加上高通設計的Snapdragon系列芯片”的模式壟斷。

　　(我們在本文前半部分的 Foundry 介紹提到過(guò))晶圓代工廠(chǎng)的斥資和實(shí)體廠(chǎng)房龐大，為了不讓原先龐大的產(chǎn)線(xiàn)與產(chǎn)能閑置，現在的 Intel 正在積極搶攻 ARM 芯片的晶圓代工業(yè)務(wù)、與臺積電搶攻 10 奈米制程。

　　對于代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，需要持續投入資本維持工藝水平。若能即早上市，則代表當時(shí)的市場(chǎng)尚無(wú)競爭者、可在一時(shí)之間壟斷市場(chǎng)。待競爭對手上市后、再用降價(jià)的方式逼迫對手出局，同時(shí)發(fā)布更新一代的技術(shù)。

　　故若代工廠(chǎng)的技術(shù)一旦落后、后續要追趕上競爭者的難度會(huì )相當大。當初臺積電和聯(lián)電之所以拉開(kāi)差距，便是如此情形。

　　因此 Intel 和臺積電可以說(shuō)是磨拳霍霍;尤其 Intel 還有芯片銷(xiāo)售等業(yè)務(wù)，但臺積電的本業(yè)是完全地仰賴(lài)代工，可知此時(shí)正是危急存亡之秋。

　　目前臺積電預定今年第二季發(fā)布 10 奈米制程、英特爾則要等到今年第四季。然而目前外界仍看好 Intel 的技術(shù)更甚臺積電一籌。

　　(我們在本文前半部分的 IDM 介紹提到過(guò))由于 IDM 廠(chǎng)能從上游設計到下游制造的過(guò)程中緊密協(xié)同合作，使其能在設計、制造等環(huán)節達到最佳優(yōu)化，充分發(fā)揮技術(shù)極限。也能提早測試并推行最新型的技術(shù)。

　　因此你可以看到 Intel 常常技術(shù)領(lǐng)先，包括了當初的Gate-Last 戰爭。知名科技網(wǎng)站 VentureBeat 便指稱(chēng)， 根據晶體管的數量和密度看來(lái)，Intel的 10 奈米技術(shù)是超越臺積電的。

　　大家原先都老老實(shí)實(shí)的用統一標準命名，直到 FinFET 制程上的命名慣例被三星打破，廠(chǎng)商們開(kāi)始灌水營(yíng)銷(xiāo)。

　　事實(shí)上，三星的 14 奈米和臺積電的 16 奈米在 Intel 的標準之下，都只有在Intel 20 奈米制程而已…

　　看起來(lái)好像 Intel 勝券在握?不過(guò)事實(shí)上，技術(shù)在市場(chǎng)上并不是唯一的競爭考慮。

　　臺積電之所以能成功，是因為保密方案做的很到家──高通和聯(lián)發(fā)科假若同時(shí)都交給臺積電代工，臺積電會(huì )開(kāi)獨立產(chǎn)線(xiàn)、讓兩方的設計信息在生產(chǎn)過(guò)程中隔開(kāi)來(lái)，讓客戶(hù)不用擔心其商業(yè)機密被盜取。

　　Intel 販賣(mài)自己的處理器，和高通等同樣是販賣(mài)自己的處理器的 IC 設計大廠(chǎng)，彼此間存在的是相互競爭的關(guān)系。因此對于高通來(lái)說(shuō)，就算制程技術(shù)有差、找臺積電代工的風(fēng)險仍小于找 Intel。

　　鹿死誰(shuí)手，尚未可知。且讓我們靜靜觀(guān)戰吧。

　　我們今天介紹了 IC 產(chǎn)業(yè)鏈中， IDM、Foundry、Fabless 與Design Service 四種模式的企業(yè)，并根據這些企業(yè)的優(yōu)勢和劣勢，來(lái)推測其在市場(chǎng)上的競爭策略。希望您今天已對各廠(chǎng)商間的競合關(guān)系有個(gè)大略上的了解。

　　該篇文章后，將繼續討論 IC 設計的具體流程、和廠(chǎng)商在之中扮演的關(guān)系。就讓我們在接下來(lái)的日子中繼續動(dòng)動(dòng)腦筋吧!