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

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

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

　　因此，我們可以根據(jù)上面提到的歷史淵源與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將現(xiàn)有的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的廠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(dǎo)廠商

　　Intel、德州儀器 (TI)、三星

　　(2) 特點

　　集芯片設(shè)計、制造、封裝、測試、銷售等多個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一身。

　　早期多數(shù)芯片公司采用的模式。

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

　　三星雖有自己的晶圓廠、能制造自己設(shè)計的芯片，然而因建廠和維護(hù)產(chǎn)線的成本太高，故同時也為 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)的行動處理器銷售不佳，也有轉(zhuǎn)向晶圓代工廠的趨勢。

　　(3) 優(yōu)勢

　　能在設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)達(dá)到最佳優(yōu)化，充分發(fā)揮技術(shù)極限。

　　比如你就會看到 Intel 常常技術(shù)領(lǐng)先。

　　能有條件率先實驗并推行新型的半導(dǎo)體技術(shù)。

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

　　2. FOUNDRY (代工廠) 模式

　　(1) 領(lǐng)導(dǎo)廠商

　　臺積電(TSMC)、聯(lián)電、日月光、矽品

　　(2) 特點

　　只負(fù)責(zé)制造、封裝或測試的其中一個環(huán)節(jié)。

　　不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計。

　　可以同時為多家設(shè)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)線若沒做到完全的獨立性，則有相當(dāng)風(fēng)險會外漏客戶的機密。

　　(3) 優(yōu)勢

　　不承擔(dān)商品銷售、或電路設(shè)計缺陷的市場風(fēng)險。

　　IC 設(shè)計商才是做品牌營銷、賣芯片產(chǎn)品的。

　　做代工，獲利相對穩(wěn)定。

　　(4) 劣勢

　　仰賴實體資產(chǎn)，投資規(guī)模甚巨、維持產(chǎn)線運作的費用高。

　　臺積電對于 10 奈米級的投資金額約達(dá)臺幣 7，000 億元，對3奈米、5奈米等級的投資金額亦已達(dá)5，000 億元、后續(xù)尚在增加中?？梢姷孟胱鼍A代工，沒有一定資本額玩不起。

　　進(jìn)入門坎高。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(shè)計的電路有關(guān)、不同的客戶有不同的電路結(jié)構(gòu)，相當(dāng)復(fù)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(dá)到九成五以上，可見臺灣晶圓代工的技術(shù)水平。

　　需要持續(xù)投入資本維持工藝水平，一旦落后、則追趕難度相當(dāng)大。

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

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

　　3. FABLESS (無廠IC設(shè)計商) 模式

　　(1) 領(lǐng)導(dǎo)廠商

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

　　(2) 特點

　　只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計與銷售。

　　將生產(chǎn)、測試、封裝等環(huán)節(jié)外包。

　　(3) 優(yōu)勢

　　無龐大實體資產(chǎn)，創(chuàng)始的投資規(guī)模小、進(jìn)入門坎相對低，以中小企業(yè)為主。

　　臺灣的IC 設(shè)計廠商共約 250 家、其中有上市柜的公司約 80 家，數(shù)量眾多。

　　大陸小型IC設(shè)計廠超過800間。

　　企業(yè)運行費用低，轉(zhuǎn)型靈活。

　　(4) 劣勢

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

　　代工廠會將制作完成的芯片送回 IC 設(shè)計公司、繼續(xù)進(jìn)行測試與分析。

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

　　有鑒于晶圓代工廠和 IC 設(shè)計公司兩者須相當(dāng)密切的合作，兩者間有強烈的產(chǎn)業(yè)群聚效應(yīng)。

　　與Foundry 相比，需要進(jìn)行品牌塑造、市場調(diào)研，并承擔(dān)市場銷售的風(fēng)險。一旦失誤可能萬劫不復(fù)。

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

　　原有的市場又被高通推出的中低階芯片 Snapdragon 625/626 搶市，價格戰(zhàn)打得相當(dāng)辛苦。

　　聯(lián)發(fā)科的去年 (2016) 獲利僅240.31億元，創(chuàng)近四年來的最低數(shù)字。今年三月，聯(lián)發(fā)科了延攬“擅長數(shù)字管理”的前中華電信董事長蔡力行擔(dān)任共同執(zhí)行長，準(zhǔn)備實行開支撙節(jié)和裁員(Cost Down)。

　　但你以為 IC 設(shè)計公司只要直接設(shè)計出 IC 就行了嗎?當(dāng)然，他們會需要一些工具、與協(xié)作廠商的輔助。

　　現(xiàn)在的芯片開發(fā)，可能是由分布在全球的一百多人團(tuán)隊、合作至少六個月，最后寫下共約數(shù)百萬行的Spec。這么龐大的工程，一定會有其他的輔助廠商或工具商。但這又有誰呢?包括了：

　　(1) “矽智財提供商”─ ARM：

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

　　比如希望芯片上能有一個浮點運算功能時，可以不用自己花時間從頭開發(fā)、向硅智財公司購買一個已經(jīng)寫好的功能即可。

　　(2) “EDA工具廠商”─ CADENCE與新思科技：

　　IC 設(shè)計工程師會先利用程序代碼規(guī)劃芯片功能;而 EDA 工具能讓程序代碼再轉(zhuǎn)成實際的電路圖。

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

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

　　許多人數(shù)不足的小型 IC 設(shè)計廠商會將設(shè)計的某些環(huán)節(jié)委外，使得人力與成本的調(diào)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(shè)計服務(wù)提供商) 模式

　　(1) 領(lǐng)導(dǎo)廠商

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

　　(2) 特點

　　不設(shè)計和銷售芯片。

　　為芯片設(shè)計公司提供相應(yīng)的工具、完整功能單元、電路設(shè)計架構(gòu)與咨詢服務(wù)。

　　由于沒有實體產(chǎn)品、而是販賣知識產(chǎn)權(quán)“設(shè)計圖”，又稱硅智財(SIP)。

　　(3) 優(yōu)勢

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

　　不必負(fù)擔(dān)產(chǎn)品銷售的市場風(fēng)險。

　　(4) 劣勢

　　市場規(guī)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(gòu)，以 Intel 的 X86 架構(gòu)和 ARM 的 ARM 架構(gòu)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通訊芯片、市占率高達(dá) 95% 的智能型手機。

　　后續(xù)的IC 設(shè)計和制程的部分都必須根據(jù)該 CPU 架構(gòu)量身打造。既然整個產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菄@在這個架構(gòu)上去制造芯片，則易形成壟斷。

　　技術(shù)門坎較高、累積技術(shù)的時間較長。根據(jù)上面的介紹后，我們已經(jīng)大致上對 IC 從最上游的設(shè)計、到最下游的消費者販賣的整個產(chǎn)業(yè)鏈流程，有一個全盤的掌握了!

　　為大家簡單畫個示意圖：

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

　　舉個例子好了，比如說 Intel 現(xiàn)在的處境。

　　本來是自己設(shè)計、制造、銷售，一手包辦上中下游所有流程，同時幾乎壟斷處理器市場的 Intel ，由于在 PC 往行動裝置的轉(zhuǎn)型速度甚緩，導(dǎo)致現(xiàn)在的行動處理器市場幾乎被“ARM+高通”、也就是“ARM的電路架構(gòu)加上高通設(shè)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)晶圓代工廠的斥資和實體廠房龐大，為了不讓原先龐大的產(chǎn)線與產(chǎn)能閑置，現(xiàn)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。

　　對于代工廠來說，需要持續(xù)投入資本維持工藝水平。若能即早上市，則代表當(dāng)時的市場尚無競爭者、可在一時之間壟斷市場。待競爭對手上市后、再用降價的方式逼迫對手出局，同時發(fā)布更新一代的技術(shù)。

　　故若代工廠的技術(shù)一旦落后、后續(xù)要追趕上競爭者的難度會相當(dāng)大。當(dāng)初臺積電和聯(lián)電之所以拉開差距，便是如此情形。

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

　　目前臺積電預(yù)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)由于 IDM 廠能從上游設(shè)計到下游制造的過程中緊密協(xié)同合作，使其能在設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)達(dá)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(dāng)初的Gate-Last 戰(zhàn)爭。知名科技網(wǎng)站 VentureBeat 便指稱， 根據(jù)晶體管的數(shù)量和密度看來，Intel的 10 奈米技術(shù)是超越臺積電的。

　　大家原先都老老實實的用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)命名，直到 FinFET 制程上的命名慣例被三星打破，廠商們開始灌水營銷。

　　事實上，三星的 14 奈米和臺積電的 16 奈米在 Intel 的標(biāo)準(zhǔn)之下，都只有在Intel 20 奈米制程而已…

　　看起來好像 Intel 勝券在握?不過事實上，技術(shù)在市場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)科假若同時都交給臺積電代工，臺積電會開獨立產(chǎn)線、讓兩方的設(shè)計信息在生產(chǎn)過程中隔開來，讓客戶不用擔(dān)心其商業(yè)機密被盜取。

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

　　鹿死誰手，尚未可知。且讓我們靜靜觀戰(zhàn)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(jù)這些企業(yè)的優(yōu)勢和劣勢，來推測其在市場上的競爭策略。希望您今天已對各廠商間的競合關(guān)系有個大略上的了解。

　　該篇文章后，將繼續(xù)討論 IC 設(shè)計的具體流程、和廠商在之中扮演的關(guān)系。就讓我們在接下來的日子中繼續(xù)動動腦筋吧!