晶圓廠面臨艱難抉擇：擴(kuò)充產(chǎn)能還是維持現(xiàn)狀？

全球半導(dǎo)體產(chǎn)能及產(chǎn)能利用率是重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在今年6月舉行的DAC（自動(dòng)化設(shè)計(jì)）大會(huì)上，Mentor Graphics在一個(gè)專題討論會(huì)中提出一個(gè)假設(shè)：我們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)能需求很高的階段，不但對(duì)先進(jìn)工藝的產(chǎn)能有很大需求，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中對(duì)于低功耗與低成本的要求，舊工藝的產(chǎn)能需求也在增長。因此這些需求加在一起，是否會(huì)促使晶圓廠提高產(chǎn)能呢？

如果晶圓產(chǎn)能不足，依賴半導(dǎo)體元器件的電子設(shè)備制造商就不得不降低營收預(yù)期。從晶圓廠的方面來考慮，它們對(duì)待提高產(chǎn)能的態(tài)度比較謹(jǐn)慎，因?yàn)閿U(kuò)產(chǎn)或者提高產(chǎn)能利用率將會(huì)影響到晶圓廠的毛利率和凈利率。眾所周知，晶圓廠的產(chǎn)線設(shè)備昂貴，建設(shè)一條產(chǎn)線的周期也很長。

觀察產(chǎn)能利用率的數(shù)據(jù)很有意義，遺憾的是SIA（半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)）在2012年十月以后停止了公布晶圓廠產(chǎn)能利用率數(shù)據(jù)。不過根據(jù)現(xiàn)有的歷史數(shù)據(jù)已經(jīng)能夠說明一些問題。

在2008年大衰退之前，晶圓廠的產(chǎn)能利用率一般在85%~90%左右，偶爾能達(dá)到90%以上。在2008~2009年的經(jīng)濟(jì)衰退時(shí)，產(chǎn)能利用率最低掉到了56%。度過大衰退以后產(chǎn)能恢復(fù)得很快，從2010年到最后一份報(bào)告，產(chǎn)能利用率都在90%以上。

當(dāng)現(xiàn)有產(chǎn)能達(dá)到極限時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況？顯然這會(huì)導(dǎo)致晶圓廠根據(jù)客戶的重要程度來調(diào)配產(chǎn)能，圍繞產(chǎn)能爭奪會(huì)發(fā)生很多不愉快的事情。當(dāng)然有些工藝節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)能需求會(huì)特別緊張，另外工藝是否可移植也會(huì)影響到客戶在產(chǎn)能得不到滿足的時(shí)候是否會(huì)轉(zhuǎn)向第二供應(yīng)商。

很明顯現(xiàn)在需要晶圓代工廠甚至他們的客戶作出努力以避免這些產(chǎn)能問題。同樣，晶圓代工廠只有和客戶緊密合作才能避免產(chǎn)能過剩的問題。做到這兩點(diǎn)的關(guān)鍵在于晶圓代工廠的客戶提出的產(chǎn)能需求預(yù)估足夠準(zhǔn)確。

在2015年DAC大會(huì)上，Mentor Graphics主辦了一個(gè)專題討論會(huì)，討論會(huì)的嘉賓有eSilicon負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)技術(shù)和研發(fā)的副總裁Prasad Subramaniam、三星晶圓代工市場高級(jí)總監(jiān)Kelvin Low、聯(lián)電美國負(fù)責(zé)商務(wù)發(fā)展的副總裁Walter Ng。討論會(huì)由Mentor Graphics負(fù)責(zé)Calibre設(shè)計(jì)方案的高級(jí)總監(jiān)Michael Buehler Garcia主持。

Walter Ng指出產(chǎn)能調(diào)配實(shí)際上使得晶圓代工廠喪失了不少機(jī)會(huì)，用他的話來說就是“產(chǎn)能調(diào)配對(duì)于代工廠來說不是什么好事。” 他強(qiáng)調(diào)客戶給晶圓代工廠精確的產(chǎn)能需求預(yù)估是非常重要的。事實(shí)上經(jīng)常出現(xiàn)幾個(gè)客戶爭搶一條產(chǎn)線產(chǎn)能的狀況，最終這條產(chǎn)線只能滿足一個(gè)客戶的需求，這將導(dǎo)致其他客戶的訂單并沒有產(chǎn)線來生產(chǎn)。這意味著當(dāng)發(fā)生產(chǎn)能調(diào)配時(shí)，只有大客戶才有機(jī)會(huì)得到寶貴的產(chǎn)能。

三星的Kelvin認(rèn)為硅（晶圓）不是產(chǎn)能緊張的唯一原因，可制造設(shè)計(jì)（DFM）影響良率并最終決定有多少芯片可以上市。更高的良率意味著生產(chǎn)同樣多的芯片將需要更少的晶圓。另外一個(gè)限制產(chǎn)能的因素是測試時(shí)間，提高測試設(shè)備的效率同樣能夠擴(kuò)大產(chǎn)能。

所有的嘉賓都認(rèn)為，客戶對(duì)于晶圓代工廠的產(chǎn)能影響相當(dāng)大。

談到物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于產(chǎn)能的影響，Kelvin表示這需要有具體的物聯(lián)網(wǎng)芯片產(chǎn)能需求預(yù)估數(shù)據(jù)才能夠判斷。不過現(xiàn)在很多物聯(lián)網(wǎng)芯片采用的是舊工藝節(jié)點(diǎn)，這對(duì)晶圓代工廠來說是喜憂參半：舊工藝有產(chǎn)能需求很不錯(cuò)，但是如果最后的需求超過現(xiàn)有產(chǎn)能，代工廠怎么滿足這些產(chǎn)能需求呢？現(xiàn)在沒有人能夠再建8寸晶圓廠了，Walter Ng就被問到采用舊工藝節(jié)點(diǎn)建12寸廠是否有意義。

采用舊工藝進(jìn)行新應(yīng)用所導(dǎo)致的另外一個(gè)問題是：如何升級(jí)舊工藝以滿足新應(yīng)用中的一些關(guān)鍵需求，例如低功耗。舊工藝的改造不僅限于工藝流程，現(xiàn)在的IP也要根據(jù)新的需求進(jìn)行優(yōu)化。

Kelvin表示三星計(jì)劃投資150億美元來建造新的晶圓廠，聯(lián)電的Walter也表示聯(lián)電將加大投資以擴(kuò)充28nm的產(chǎn)能，看起來晶圓廠對(duì)于產(chǎn)能擴(kuò)張還是很激進(jìn)的。

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