回顾历史与审视现实,无晶圆产业走到头了吗?

2017-01-11 13:48:33 来源:EEFOCUS
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FSAGSA无晶圆模式发展历程

1980年之前,全球半导体业首先是采用垂直集成模式,后再进入集成器件制造模式(Integrated Device Manufacturer,简称IDM)。该模式要求芯片制造商从IC产品设计开始,自己开发工艺制程技术,运行制造生产线,最后一直到IC产品的封装、测试,都由自己独立完成。

 

其间,在私募基金的帮助下,开始有少数具备IC设计经验的工程师组成的小公司,它们能依更快的速度设计出新的产品来满足市场的需求。

 

由于半导体技术进步很快,芯片的工艺制程技术越来越复杂,初创小公司进入半导体行业的门槛越来越高。而另一方面,有些时候IDM厂却有多余产能可以帮助小公司来制造它们设计的芯片。

 

Jodi Shelton

 

众所周知,IDM模式有其独特优势。IDM厂商能够完全掌控一个IC产品产出的全部过程,包括那些专有的技术(knowhow),不易被竞争对手窃取。然而该模式也有其不足之处,IDM产业链复杂,IC产品的生产周期又太长,往往会丢失市场机会,所以这样的过程逐渐推动了无晶圆模式(Fabless Mode,也称为无厂模式或IC设计业,Fabless公司也称为IC设计公司)的成长。

 

FSA会议

 

在80年代后期,台湾地区首先推出了代工(foundry)服务,它专门为无晶圆公司加工制造IC产品。在那个时期代工最关键的是必须保证加工产品的设计技术不会外泄,代工厂要保持中立地位。

 

因为代工厂与设计公司的互相配合,奠定了半导体产业由IDM这样一种制造模式,走向四业分离,即设计、制造、代工及封装与测试(编者注:国内传统上将半导体产业分为三业,即制造、设计和封测,代工是包含在制造里面的)。无晶圆模式能更快地推动新的IC产品呈现,这促进了半导体业更迅速地发展与增长。

 

然而,无晶圆模式在其初创阶段也并非一帆风顺。直到1990年时,半导体业界的权威人士才普遍承认无晶圆模式的成功。那时己经有Nvidia,Broadcom及Xilinx等公司。早期还有一家Cyrix公司(1988至1997,1997年被并入美国国家半导体)大出风头,由于其生产的产品在价格上具有竞争力,推动了全球计算产品的市场发展。

 

1994年Jodi Shelton女士与六家设计公司的CEO组建了无晶圆厂半导体联盟(Fabless Semiconductor Association,简称 FSA),目的是把无晶圆模式推向全球化。

 

至2007年12月FSA转变成全球半导体联盟(Global Semiconductor Alliance,简称GSA)。这表明FSA已经起到全球化的作用,它的作用不仅在IC设计领域中,而且起到了加强全球半导体业间合作发展的作用。

 

Jodi Sheldon与李力游

 

之后的无晶圆模式进一步被半导体业界认可,导致有些大的IDM公司开始卖掉产线,完全转变成无晶圆公司,典型的如Conexant System,AMD以及LSI Logic等。工艺制程进入28纳米之后更是个转折点,全球众多IDM厂更倾向采用轻晶园厂策略,即fab lite模式。包括德州仪器、飞思卡尔、英飞凌、赛普拉斯半导体等大牌的IDM厂都开始拥抱代工。

 

 

到2007年时,无晶圆模式己成为推动半导体业发展的优先模式。在2007年GSA跟踪的10家IC设计公司销售额己经超过10亿美元。

 

据FSA 2005年5月的资料,在1994年全球半导体销售额达1,000亿美元,彼时的IC设计公司销售额才32亿美元;2000年全球半导体销售额刚超过2000亿美元时,相应的IC设计公司销售额为176亿美元;而到2015年,全球半导体销售额己达3350亿美元,相应的设计公司销售额己增长到842亿美元(2015年半导体与无晶圆公司销售数据来自IC Insights 2016年4月)。

据FSA的数据,在1994至2010年的16年间,全球IC设计公司的营收由32亿美元增加到736亿美元,增长达23倍,年均复合增长率(CAGR)达到21.66%。

 

按IC Insights的数据,2015年全球设计公司排名中第一次把苹果/台积电列于第七,它的销售额为30.85亿美元,同比增长111%,可见终端电子产品供应商的自制IC产品获得认可。

 

 

无晶圆模式的成长动能

在市场经济推动下,半导体业发展是理性的。对于如存储器、CPU等需求量很大的IC产品,采用IDM模式有它的独特优势。另外,尽管单一模拟IC产品的数量并不大,但是由于模拟产品种类多,工艺要求特殊,技术要求非常高,也需要IC设计经验的积累,因此目前也以IDM为主。

 

所以,全球无晶圆模式的黄金时期主要集中在进入新世纪之后,全球移动产品的盛行阶段。

据IC Insights 2015年1月的数据,比较1999至2014年期间的半导体产品销售额年均复合增长率(CAGR),设计公司销售额年均复合增长为15%,IDM销售额年均复合增长为3%,全球半导体销售额综合年均复合增长为5%。

 

 

又据台湾拓扑研究所2016年11月数据,全球IC设计业2014年销售额为880亿美元,同比增长7.1%,2015年销售额为805亿美元,同比下降8.5%,并估计2016年设计业销售额为775亿美元,再次下降3.2%。这表明全球IC设计业也日趋成熟,近几年营收都出现了下降,高速增长的往日荣景不再。

另据IC Insights 数据,2015年全球IC设计业按地区计:美国占62%,台湾地区占18%,中国占10%。

 

 

2015年5月,总部位于新加坡的Avago以370亿美元收购Broadcom(博通),也是显示无晶圆模式成熟的一项标志性事件,博通在被收购前年营收为84亿美元,长期位居全球IC设计公司的榜眼位置,业界称Avago此举为“蛇吞象”。(编者注:合并后的新公司称博通)

 

为什么无晶圆模式能取得骄人成绩

1) 风险资本(VC)的支持。GSA 2012年发布一个统计,列举了过去12年全球风险资本支持的初创设计公司在种子期(seed,早期阶段投资)的数量:2000年为54家,2001年为53家,2002年为32家,2003年为28家,2004年为42家,2005年为37家,2006年为22家,2007年为22家,2008年为4家,2009年为4家,2010年为7家,2011年为6家。这个数据反映了自2008年之后,实际上风险资本己经开始远离半导体产业。

 


2)IC设计业技术迅速进步,也与全球代工技术同步发展。据高通(Qualcomm)2007年1月的资料,高通与IDM(编者注:其实就是指英特尔)的工艺制程技术差异变化:130纳米工艺,高通与IDM之间的差距为24个月;90纳米工艺,差距为12至15个月;65纳米工艺,差距为6个月;在45纳米工艺节点上,高通与IDM的差距缩短至3个月。

 

 

3)无晶圆厂的盈利能力强
根据FSA数据,比较2000至2005年IC设计业与半导体业整体的净资产收益率(ROE):2000年,IC设计业的ROE为26.4%,半导体整体为17.8%;2001年,IC设计业的ROE为负8.8%,半导体整体为负9.6%;2002年,IC设计业的ROE为负1.7%,半导体整体为负5.5%;2003年,IC设计业的ROE为8.7%,半导体整体为1.5%;2004年,IC设计业的ROE为17.8%,半导体整体为12%;2005年,IC设计业的ROE为15.1%,半导体整体为9.0%。明显可以看出,IC设计业的投资盈利回报率要胜过半导体业平均值。

注;净资产收益率(英文简称ROE),又称股东权益报酬率、净值报酬率、权益报酬率,是衡量企业获利能力的重要指标。

 


4) 第三方IP的成熟,促进IC设计业的迅速扩张。如今的IC设计与二十年前己大不同,很多IC设计公司主要依赖于第三方IP来开发产品。据Gartner 2014年4月数据,全球半导体设计IP市场增长11.5%,达24.5亿美元,其中处理器专利提供方ARM公司占总市场的43.2%,Synopsys占13.9%,第三名Imagination占9%。

 

无晶圆模式的未来初探

无晶圆模式红红火火己经有很长一段时间,近年显示出颓势,未来会怎么样?业界众说纷纭,全球IC设计业的销售额连续两年下降已是一个不争的事实,另据市场研究机构IC Insights的数据,2015年IC设计业惨淡经营,业绩增长还不如芯片制造商,这种状况25年以来仅出现两次。

 


造成这种情况可能有多个方面因素。首先,台积电的垄断地位不断巩固,导致它的代工价格坚挺,而从半导体应用市场来看,终端电子产品市场价格总体始终处于下降趋势,这就造成了矛盾。其次,为了实现差异化,增强竞争力,终端电子产品供应商开始自己设计芯片,典型的例子如苹果、海思、三星、Facebook等。第三,随着工艺尺寸进入10纳米、7纳米及以下,芯片设计开发费用呈火箭状上升,同时随着工艺制程的缩小,代工对于设计公司的支持能力收窄,这都会影响到设计公司是否采用最先进的工艺制程来开发产品。

 

 

未来无晶圆模式将会走向何方?总体上IC设计加晶圆代工模式,两者间的互相依存关系不会改変,但是增长态势减缓可能是事实。另一方面,由于全球手机市场渐趋饱和,而未来的产品市场呈碎片化,因此未来IC设计业的集中度可能减缓。或者,IC设计业者都忍受不住价格压力时,多家公司联合起来收购晶圆厂或许是一种可能。

 

市场经济,胜者为王,在半导体业中没有一种模式是“常胜将军”。今天可能是IDM占优,明天是设计公司加晶圆厂占优,未来也许或有新的模式出现?

 

所以,采用什么样的“模式”未必有那么重要,关键要能为客户创造附加值。业界曾有人猜测,将来可能会出现是终端电子产品制造商加晶圆厂的模式(编者注:在半导体业的早期,很多公司采用这种模式,大家耳熟能详的摩托罗拉、西门子和飞利浦都曾采用这种模式,现在的三星可以视为是这种模式),这种旧梦重温是否会实现?恐怕暂时谁也无法回答。

 


 

 

作者简介
莫大康
莫大康

亲历50年中国半导体产业发展历程的著名学者、行业评论家

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