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最近，美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2022年全球芯片銷售中，模擬芯片銷售額同比增長(zhǎng)了7.5%，達(dá)到890億美元，是所有芯片種類中銷售額增幅最大的品類。模擬芯片在一波又一波風(fēng)潮中，持續(xù)保持增長(zhǎng)。
在歷史上的半導(dǎo)體周期中，模擬芯片由于其型號(hào)豐富、使用廣泛，一次又一次扛住了行業(yè)寒潮。在生產(chǎn)模式中，模擬芯片與數(shù)字芯片有很大不同，IDM是目前模擬芯片廠商比較傾向的模式，以德州儀器和亞德諾為代表的全球前十的模擬廠商均采用IDM模式。
由于模擬芯片和數(shù)字芯片對(duì)于晶圓制造的要求不盡相同，模擬芯片的制造更加在意芯片產(chǎn)品性能指標(biāo)。IDM模式中，模擬廠商可以針對(duì)產(chǎn)品需求來(lái)調(diào)試自身的工藝，讓設(shè)計(jì)和工藝的結(jié)合度更緊密。此外，IDM公司還可以同步開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝研發(fā)工作，研發(fā)設(shè)計(jì)部門和制造部門快速溝通，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。
曾有業(yè)內(nèi)人士表示：“一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字芯片的成功有70%在于設(shè)計(jì)，30%則在于工藝平臺(tái)的助力。而對(duì)于模擬芯片而言，工藝平臺(tái)的貢獻(xiàn)度遠(yuǎn)高于30%。”這凸顯了工藝平臺(tái)對(duì)于模擬芯片的重要性。正是這些因素，IDM模式盛行于國(guó)際模擬芯片廠商之中。
不過(guò)，IDM模式的門檻較高，全流程的芯片設(shè)計(jì)、制造對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)仍舊是一筆巨大的支出，因此，國(guó)內(nèi)甚少有IDM模式的企業(yè)，更遑論IDM模式的模擬芯片企業(yè)。隨著IDM、Foundry、Fabless三大模式的發(fā)展，現(xiàn)在也有不少人開(kāi)始探索新的芯片制造模式。
01、虛擬IDM
虛擬IDM（Virtual IDM）是目前模擬廠商探索的一種新方式。這種模式中，相關(guān)的企業(yè)不僅專注于集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，亦擁有自己的工藝平臺(tái)。能夠要求晶圓廠商配合其導(dǎo)入特有的制造工藝和專有設(shè)備，但產(chǎn)線本身不屬于設(shè)計(jì)廠商。
這種方式有三大優(yōu)勢(shì)。第一，相較于IDM模式，虛擬IDM降低了集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的初始進(jìn)入成本，因無(wú)需自身組織晶圓制造等生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，企業(yè)固定資產(chǎn)投入較少，可專注于集成電路設(shè)計(jì)與銷售環(huán)節(jié)，自身運(yùn)行更加輕便靈活。
第二，相較Fabless廠商，虛擬IDM公司能夠持續(xù)提升工藝平臺(tái)的性能，使工藝制造水平與芯片開(kāi)發(fā)需求相匹配，以實(shí)現(xiàn)芯片最優(yōu)性能、更高可靠性與效率，更能夠打入通訊電子、汽車電子等新興應(yīng)用領(lǐng)域。
第三，能夠更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝協(xié)同優(yōu)化，加快產(chǎn)品迭代，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。一般芯片設(shè)計(jì)公司基于晶圓廠通用的公共工藝平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，因晶圓廠工藝平臺(tái)迭代周期相對(duì)滯后，平臺(tái)相關(guān)指標(biāo)、參數(shù)及性能相比于國(guó)際先進(jìn)設(shè)計(jì)廠商的自有工藝平臺(tái)存在一定差異，導(dǎo)致產(chǎn)出產(chǎn)品在性能、可靠性和效率等方面存在一定競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。虛擬IDM公司憑借自研工藝平臺(tái)，能夠進(jìn)一步加快更新迭代芯片產(chǎn)品，持續(xù)在市場(chǎng)上保持產(chǎn)品的先進(jìn)性。
但是，虛擬IDM同樣有其發(fā)展壁壘，一方面，晶圓廠需要相信芯片設(shè)計(jì)公司有能力調(diào)整虛擬IDM的工藝，并且需要保證所調(diào)的工藝是市場(chǎng)主流工藝，能夠貢獻(xiàn)足夠的收入。另一方面，調(diào)整工藝難度大、周期長(zhǎng)，這對(duì)于參與其中的芯片設(shè)計(jì)公司提出更高的要求。
虛擬IDM并非今年提出，早在2017年時(shí)，TrendForce旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究所就表示，預(yù)計(jì)2017年中國(guó)大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在制造、設(shè)計(jì)、封測(cè)三大領(lǐng)域以“虛擬IDM”式進(jìn)行整合的態(tài)勢(shì)將更為明顯。
國(guó)內(nèi)方面，目前已經(jīng)上市并且自稱采用虛擬IDM的模擬廠商僅有杰華特一家。杰華特在模式上采用虛擬IDM模式，與主要合作晶圓廠均合作開(kāi)發(fā)了國(guó)際先進(jìn)的自有BCD工藝平臺(tái)。
此外，尚未上市的廣州粵芯半導(dǎo)體同樣實(shí)行虛擬IDM(Virtual IDM)為營(yíng)運(yùn)策略，為用戶提供微處理器、電源管理芯片、模擬芯片、功率分立器件等產(chǎn)品，滿足物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、人工智能、5G等創(chuàng)新應(yīng)用的模擬芯片需求。最近，粵芯半導(dǎo)體已經(jīng)宣布完成B輪戰(zhàn)略融資。
02、共享IDM模式
除去虛擬IDM模式，共享IDM（CIDM）模式也被曾提及。
CIDM最早是由海外公司所創(chuàng)，整套模式在新加坡、美國(guó)和我國(guó)中國(guó)臺(tái)灣等多地都有實(shí)踐，TECH就是比較有名的CIDM公司，它由德州儀器(TI)、新加坡政府經(jīng)濟(jì)發(fā)展局(EDS)、佳能(Cannon)、惠普(Hewlett-Packard)四家公司共同投資而成，以生產(chǎn)存儲(chǔ)器為主，計(jì)劃在滿足自需DRAM的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)盈利。
張汝京曾介紹：“CIDM與虛擬IDM不太一樣，CIDM是由數(shù)家設(shè)計(jì)公司共同投資成立Fab，實(shí)際擁有代工工廠，可以根據(jù)各設(shè)計(jì)公司的實(shí)際需求合理規(guī)劃產(chǎn)能結(jié)構(gòu)。這就是共享、共有式的IDM公司。而虛擬IDM指的是一家設(shè)計(jì)公司將產(chǎn)品委托給代工廠加工生產(chǎn)，但是代工廠的產(chǎn)能專門用于滿足設(shè)計(jì)公司的需要，這部分的產(chǎn)能不能給其他公司使用。所以，CIDM的優(yōu)點(diǎn)是大家共同擁有的，資源共享了，風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)了，協(xié)同能力大增，有很多好處?！?/p>
國(guó)內(nèi)第一家CIDM企業(yè)是芯恩（青島）集成電路有限公司，由10多家單個(gè)企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合出資半導(dǎo)體企業(yè)。2019年12月，芯恩6棟主樓封頂，8英寸廠設(shè)備開(kāi)始搬入。2021年8月，芯恩于青島舉辦誓師大會(huì)。會(huì)上正式宣布8英寸廠投片成功，投片產(chǎn)品為功率器件，良率達(dá)90%以上，光罩廠也于同期完成了產(chǎn)品交付。
芯恩研發(fā)副總季明華表示，芯恩采用的是歐洲IDM大廠的PDK(工藝套件)，它不會(huì)與晶圓代工廠競(jìng)爭(zhēng)。
季明華強(qiáng)調(diào)：“各個(gè)代工廠的PDK都是不一樣的，在當(dāng)今的商業(yè)模式下，由于資源是孤立的，所以會(huì)存在較多的壁壘，整個(gè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率也不高。CIDM的目標(biāo)就是要逐步打破這些壁壘，實(shí)現(xiàn)資源共享最大化。而理想的狀態(tài)是，F(xiàn)ab之間，包括代工廠之間都可以共享自己的PDK，這樣就可以加速研發(fā)進(jìn)度，提高效率。”
03、Fablite之辯
虛擬IDM、共享IDM，都是半導(dǎo)體行業(yè)面對(duì)晶圓制造問(wèn)題嘗試的新方式，但有另一種“舊”模式目前已經(jīng)被眾多模擬企業(yè)采用——Fablite。
Fablite同樣由IDM演變而來(lái)，是企業(yè)為減少投資風(fēng)險(xiǎn)，“資產(chǎn)輕量”的一種策略。即IDM企業(yè)將部分制造業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)由協(xié)力廠商代工（如Qorvo、Skyworks等等），自身則保留一部份制造業(yè)務(wù)。
在一次采訪中，談到IDM模式時(shí)，臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀表示：“我不同意歐洲有幾家大型的IDM公司，大型這兩個(gè)字我不太同意，全世界現(xiàn)在沒(méi)有一個(gè)真正的IDM，IDM已經(jīng)都變成Fablite?！?/p>
實(shí)際上，10年前，F(xiàn)ablite模式已經(jīng)被提出。歐洲的模擬芯片企業(yè)先知先覺(jué)，如恩智浦、當(dāng)初的飛思卡爾、ST和英飛凌等較早的執(zhí)行Fablite策略。比如，2015年恩智浦收購(gòu)飛思卡爾后，就鮮少再發(fā)起其他大的收購(gòu)，反而更多的是不斷的剝離一些業(yè)務(wù)；瑞能半導(dǎo)體，恩智浦也在一開(kāi)始參與了出資建設(shè)，后來(lái)全部退出。譜?。ê戏剩┯邢薰疽彩鞘召?gòu)恩智浦射頻事業(yè)部而成立的；2019年8月16日，匯頂科技收購(gòu)恩智浦旗下語(yǔ)音及音頻應(yīng)用解決方案業(yè)務(wù)(VAS)。
模擬芯片巨頭德州儀器同樣也選擇性地采用Fablite模式，在32nm制程及以下，采用外協(xié)合作，自己不再投資建晶圓廠。硅片尺寸在6英寸和12英寸上，德州儀器則積極地進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)。在2017年時(shí)，德州儀器將65nm芯片委外聯(lián)華電子生產(chǎn)，中芯國(guó)際為德州儀器生產(chǎn)130nm芯片，但是，晶圓最后的金屬鍍層還在德州儀器自己的工廠進(jìn)行。
日本的模擬芯片企業(yè)，如東芝、瑞薩、索尼和富士通等都陸續(xù)的加入了Fablite的陣營(yíng)。瑞薩高管Sailesh Chittipeddi表示，雖然公司依然堅(jiān)持芯片自主制造計(jì)劃，但先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇外包給臺(tái)積電等代工廠。他說(shuō)：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)我們將不得不依賴第三方，對(duì)于任何比成熟工藝的40納米更高級(jí)的芯片，我們都必須依賴代工合作伙伴。”
目前國(guó)內(nèi)也有不少模擬廠商在探索Fab-Lite經(jīng)營(yíng)模式，如卓勝微開(kāi)始自建濾波器產(chǎn)、思瑞浦開(kāi)始自建測(cè)試中心、圣邦微電子也對(duì)外成立了全資子公司來(lái)建立測(cè)試項(xiàng)目。
不過(guò)，無(wú)論是模擬大廠從IDM向Fablite模式的精簡(jiǎn)（精簡(jiǎn)晶圓廠并不等同于無(wú)晶圓廠），還是模擬設(shè)計(jì)企業(yè)探索虛擬IDM、共享IDM，都說(shuō)明了模擬芯片中制造對(duì)于芯片的重要性。IDM、Foundry、Fabless三大模式已經(jīng)由來(lái)已久，在未來(lái)是否能夠有更加靈活、更加適合不同企業(yè)自身制造的分配方式，都需要模擬廠商不斷嘗試、不斷創(chuàng)新。
作者：九林
