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芯片全球产业链的演变 | 芯片系列

自去年中兴制裁事件发酵至今,很多人都被各种芯片相关的专有名词狂轰滥炸,其中的一部分往往会把行业外的人弄的晕头转向,例如fabless,foundry,还有IDM。

这些都是芯片产业链中一些特有模式的缩写。如果用看待传统行业的眼光来理解这些专有名词,哪怕把这些词全都转换成中文,依然会让很多人感觉讳莫如深。

为了帮助大家能够更加深入的理解这些芯片行业的产业模式,今天咱们给大家详细介绍一期芯片产业链的演变。

【芯片系列目录】

云计算系列1:芯片是什么与摩尔定律

云计算系列2:芯片全球产业链的演变(本期)

在芯片行业发展的最初阶段,IDM模式几乎主导了整个芯片产业链。

IDM简单来说,就是这些原件制造商,其产业链的布局通吃了整条芯片产业链,从最初的芯片设计,到芯片制造,再到芯片封装测试,模组,最终给市场提供完整的元器件,全部大包大揽,独自完成

我们上次用微雕艺术来比喻芯片的制造,那么放到IDM厂商这里,同样用这个比方:

IDM厂商需要先完成雕刻前的书法绘画(芯片设计),再完成成品微雕(芯片制造),微雕成品后的修饰于润色(芯片封装测试),最后完成作品外包装,着色(提供最终成品元器件),然后直接拿到市场上就能卖。

例如,我们耳熟能详的英特尔,就是现存比较典型的纯IDM模式厂商,从电脑CPU的设计,制造,封装,测试,到器件成品,全部有英特尔一家独自完成。电脑厂商直接从英特尔那里购入成品CPU,就可以组装电脑了。

这种模式在芯片行业发展的最初广为流行,原因也很简单,因为这种模式能够最大限度的享受到产业链上下游的全部利润,所谓不让中间商赚差价的理念,古已有之。

然而这种模式在进入到上世纪八十年代以后,逐渐开始碰到了问题。我们上次在讲述摩尔定律的时候提到过,摩尔定律每一次工艺节点的提升必定伴随着巨量的资金投入。

除了基础工艺研发需要的投入以外,工艺提升对生产机台的性能要求也随之提高,而机台的更新无疑又是一笔天文数字,例如如今10nm以下工艺所需的光刻机,大家耳熟能详的ASMLEUV,每台的售价就超过了1亿欧元

如上次所讲,追逐摩尔定律所需要的资金投入的增加并不是线性的,而是随着工艺节点的缩小呈倍数甚至指数级的增长。进入上世纪八十年代中叶之后,许多IDM玩家渐渐开始支持不住了。

在原先的游戏中,上一个工艺节点突破后,厂商在市场上赚取的利润,会把一部分用于下一工艺节点的研发投入,摩尔定律也因此形成良性循环,始终遵循着18-24个月的迭代周期。

然而到了上世界八十年代中叶以后,越来越多的芯片厂商发现,如果缺乏足够的生产规模将入不敷出(对于工艺进阶的研发投入渐渐的开始难以被工艺节点进化的所带来的收益所覆盖)大量的中小型芯片公司逐渐陷入了经营困境。同时由于芯片的分类非常繁多,即使是大型芯片商,也只能维持一部分芯片品类生产线的工艺进化。

如果当时的情况继续发展下去,可以想见,摩尔定律在三十多年前就会走到尽头,或者至少在速度上会被大幅修正。不过,这种局面,随着横空出世的台积电的出现,迅速被打破了。

1987年,德州仪器(TI)的资深副总裁张忠谋辞去在美高薪职位,回到中国台湾,创建了世界上第一家纯做芯片制造的工厂(foundry)——台积电(TSMC)。当时,全球的芯片还处于几乎百分百的IDM状态,因而没有人看好张忠谋。

然而事实证明,张忠谋以其敏锐的眼光和对芯片行业的深刻的理解,早已洞悉了芯片产业链在当时陷入的困境。而张忠谋不仅发现了这种困境,更以极强的执行力和行业号召力去改变了这一困境。可以毫不夸张的说,张忠谋重新定义了芯片产业。

随着台积电的兴起,一种新的芯片产业模式开始了,即纯设计公司(fabless)+纯芯片代工厂(foundry)。Foundry模式的出现,解放了一大批中小型的芯片公司,让他们能够省下大量的工艺研发投入和资本支出,从而专注于芯片设计的投入。

把工艺节点进化交给foundry和一部分头部IDM厂商来完成,这大大提升了芯片产业的研发效率和资本效率。而芯片产业也从那时候开始进入最为辉煌的黄金时代

张忠谋,因其在半导体业的突出贡献,被美国媒体评为半导体业50年历史上最有贡献人士之一和全球最佳经理人之一。国际媒体称他是“一个让对手发抖的人”,而台湾则尊他为“半导体教父”。

张忠谋也无疑是名至实归。在很多行业,很多先发的人往往都被后浪拍死在了沙滩上。然而台积电却成为了一个异类。台积电不仅是foundry的始作俑者,也是三十多年以来的基业长青者,更是整个芯片制造行业的集大成者。

直到今日,台积电已经占据全球芯片代工一半以上的产能,同时也是先进制程的引领者。是台积电带领芯片行业率先进入了7nm时代,同时台积电也在积极布局5nm, 3nm,甚至2nm的生产研发。

不出意外,至少在未来五年内,都无人可以撼动台积电在foundry届的一哥位置。

在foundry模式的启发下,专注于芯片测试和封装的封测厂(testing & assembly house)也从芯片产业链中独立开来。芯片产业的fabless + foundry + testing & assembly house模式也逐渐开始定型,并和IDM模式一起开始了芯片行业的双核时代,一直到今天。

同时传统的IDM模式,也开始了内部改良。前面提过,即使是大型的IDM厂商,也难以应对所有芯片品类的工艺进化。因而,很多IDM厂商,保留了一部分其最核心或最擅长芯片品类的生产线,继续维持IDM模式,而把另一部分相对非核心或者竞争力稍差的芯片品类交给foundry厂商来生产。而这种介于纯IDM和Fabless之间的模式称为fab-lite模式(轻生产模式)。

现如今,全球唯一仅存的纯IDM厂商只剩下 intel 一家。

而其能够维持纯IDM的秘诀在于,其较为单一的产品线(几乎只生产CPU)。不过,一般来讲,对于依然保留生产线的芯片玩家,我们还是把他们归类为IDM。

下面列举一下这几种主要模式的重要国内外厂商。

【纯设计公司】Fabless:高通英伟达,国内最著名的是华为旗下的海思,还有汇顶科技,展锐等。

【代工厂】Foundry:TSMC, UMC,均来自于中国台湾。而大陆最著名的foundry是中芯国际,以及华虹半导体

【封测厂】Testing & assembly house:美国的安靠以及中国台湾日月光,大陆最著名的有长电科技以及华天科技

【IDM】意法半导体英飞凌,英特尔,德州仪器。中国的士兰微,以及刚刚收购了荷兰恩智浦标准半导体事业部的闻泰科技

在介绍完了芯片产业链的变迁之后,下次,我们将为大家回顾中国芯片产业的发展史。 

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