IC設計-IC制造-IC封裝的聯系和區別

IC設計-IC制造-IC封裝的聯系和區別

更新日期:2019-6-2

我敢保證,這將會是你最容易看懂的 IC 產業介紹之一。

到底 IC 芯片是怎么被設計出來的呀?且制造完后又是誰要負責賣這些芯片呢?換個說法,這或許也該解讀成,到底是誰委托晶圓代工廠代工做這些芯片呢?聽說… Intel 的經營模式屬于 IDM 廠商、高通和聯發科叫 Fabless,而他們兩種模式都會賣 IC 芯片?! 但臺積電不賣芯片?! 這些 IC 產業新聞一天到晚出現的專業術語到底是什么意思呢?

藉由理解這幾家廠商不同的定位與利基點,我們將能進一步了然這些廠商彼此間的競合策略。

竞技游戏竞猜盘口本篇先為大家做個小概覽,讓讀者能夠完全理解 IC 產業會用到的專業名詞和產業鏈關系。

什么是IC ?

IC 的中文叫“集成電路”,在電子學中是把電路(包括半導體裝置、組件)小型化、并制造在半導體晶圓表面上。所以半導體只是制作 IC 的原料。

竞技游戏竞猜盘口因為是將電路縮小化,你也可以叫它“微電路 (microcircuit)”、“微芯片(microchip)”、“芯片 (chip)”。

也就是說,臺灣媒體常稱的半導體產業鏈,正確一點來說應該叫 IC 產業鏈,包括“IC設計”、“IC制造”、“IC封裝”。

因為在 IC 設計和封裝的環節,都不會碰到半導體啊!重點是那顆IC!

竞技游戏竞猜盘口知名IC 設計的廠商有聯發科 (MTK)、高通,也就是PTT鄉民常稱的豬屎屋 (Design House)。

IC 制造有臺積電、三星、Intel;封裝則有日月光和硅品等廠商。

什么是 IC 設計廠?

芯片根據功能有很多種類,比如計算機的 CPU、手機的 CPU 等等。就連電子手表、家電、游戲機、汽車… 等電子產品中也有自己的 CPU芯片。

可以說 IC 芯片是當仁不讓的數字時代基石啊!

等等,你說你不清楚什么是 CPU?CPU (CentralProcessing Unit) 又稱中央處理器、處理器,是驅動整臺計算機運作的中心樞紐,就像是計算機的大腦;若沒有CPU,計算機就無法使用。

我們平常看到的計算機或手機接口只是“屏幕”,實際上真正運行的是 CPU 。它會執行完計算機的指令、以及處理計算機軟件中的數據后、再輸出到屏幕上面顯示出來。(手機就是一臺小計算機)

IC 設計公司的營運重心,包括了芯片的“電路設計”與“芯片銷售”的部分。

比如高通設計完芯片電路、命名為“Snapdragon”后,再交由三星代工晶圓制造、再交由日月光代工封裝芯片與測試。

待成品完工后,再送回高通進行產品銷售,和小米或三星等手機廠商洽談新一代的手機機種、有哪些要使用Snapdragon 芯片。

最后你身為消費者,就會看到小米推出紅米 Note 4X手機,搭載了高通 Snapdragon 625 芯片、或三星的 S8 搭載了 Snapdragon 835 芯片了。

臺灣的 IC 設計的廠商有聯發科 (MTK)、威盛、矽統。聯發科專門設計手機的通訊芯片,威盛、矽統則專攻計算機芯片組市場。

這些 IC 設計廠商由于沒有自己的晶圓廠,也被稱為Fabless、或無廠半導體公司。這究竟是什么意思呢?

早期,半導體公司多是從IC設計、制造、封裝、測試到銷售都一手包辦的整合組件制造商(Integrated Device Manufacturer, 俗稱 IDM)。

竞技游戏竞猜盘口IDM 廠包含了如英特爾 (Intel)、德州儀器 (TI)、摩托羅拉(Motorola)、三星 (Samsung)、飛利浦(Philips)、東芝 (Toshiba),以及華邦、旺宏。

竞技游戏竞猜盘口然而,由于摩爾定律的關系,半導體芯片的設計和制作越來越復雜、花費越來越高,單獨一家半導體公司往往無法負擔從上游到下游的高額研發與制作費用。

竞技游戏竞猜盘口因此到了1980年代末期,半導體產業逐漸走向專業分工的模式──有些公司專門設計、再交由其他公司做晶圓代工和封裝測試。

其中的重要里程碑,莫過于 1987 年臺積電 (TSMC) 的成立。

由于一家公司只做設計、制程交給其他公司,容易令人擔心機密外泄的問題 (比如若高通和聯發科兩家彼此競爭的IC設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立特殊的生產線,并嚴格保有客戶隱私,成功證明了專做晶圓代工是有利可圖的。

因此,我們可以根據上面提到的歷史淵源與產業發展,將現有的半導體產業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) 領導廠商

Intel、德州儀器 (TI)、三星

(2) 特點

竞技游戏竞猜盘口集芯片設計、制造、封裝、測試、銷售等多個產業鏈環節于一身。

早期多數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,故目前僅有極少數的企業能維持。比如:

三星雖有自己的晶圓廠、能制造自己設計的芯片,然而因建廠和維護產線的成本太高,故同時也為 Apple 的iPhone、iPad 的處理器提供代工服務。

近日Intel 由于自身出產的行動處理器銷售不佳,也有轉向晶圓代工廠的趨勢。

(3) 優勢

能在設計、制造等環節達到最佳優化,充分發揮技術極限。

比如你就會看到 Intel 常常技術領先。

能有條件率先實驗并推行新型的半導體技術。

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

2. FOUNDRY (代工廠) 模式

(1) 領導廠商

臺積電(TSMC)、聯電、日月光、矽品

(2) 特點

竞技游戏竞猜盘口只負責制造、封裝或測試的其中一個環節。

不負責芯片設計。

可以同時為多家設計公司提供服務,但受制于公司間的競爭關系。

比如產線若沒做到完全的獨立性,則有相當風險會外漏客戶的機密。

(3) 優勢

不承擔商品銷售、或電路設計缺陷的市場風險。

竞技游戏竞猜盘口IC 設計商才是做品牌營銷、賣芯片產品的。

做代工,獲利相對穩定。

(4) 劣勢

仰賴實體資產,投資規模甚巨、維持產線運作的費用高。

臺積電對于 10 奈米級的投資金額約達臺幣 7,000 億元,對3奈米、5奈米等級的投資金額亦已達5,000 億元、后續尚在增加中。可見得想做晶圓代工,沒有一定資本額玩不起。

進入門坎高。除了制程上的技術突破不稀奇,良率才是關鍵的 Know-how。

晶圓代工與 IC 設計的電路有關、不同的客戶有不同的電路結構,相當復雜。

竞技游戏竞猜盘口一般能將良率維持在八成左右已經是非常困難的事情了,臺積電與聯電的制程良率可以達到九成五以上,可見臺灣晶圓代工的技術水平。

需要持續投入資本維持工藝水平,一旦落后、則追趕難度相當大。

想想聯電當初是如何因為技術投入方向錯誤和廠房大火,輸給臺積電的…

臺積電和 Intel 現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設計商) 模式

(1) 領導廠商

高通(Qualcomm)、聯發科(MTK)、博通(Broadcom)

(2) 特點

只負責芯片的電路設計與銷售。

將生產、測試、封裝等環節外包。

(3) 優勢

無龐大實體資產,創始的投資規模小、進入門坎相對低,以中小企業為主。

臺灣的IC 設計廠商共約 250 家、其中有上市柜的公司約 80 家,數量眾多。

大陸小型IC設計廠超過800間。

企業運行費用低,轉型靈活。

(4) 劣勢

與IDM 企業相比,較無法做到完善的上下游工藝整合、較高難度的領先設計。

竞技游戏竞猜盘口代工廠會將制作完成的芯片送回 IC 設計公司、繼續進行測試與分析。

若與預期不符,則 IC 設計公司得再修改電路設計圖,接著修改光罩圖形、制作新的光罩與芯片,再送回來測試。如此反復進行至少三次以上,才能量產上市。

有鑒于晶圓代工廠和 IC 設計公司兩者須相當密切的合作,兩者間有強烈的產業群聚效應。

與Foundry 相比,需要進行品牌塑造、市場調研,并承擔市場銷售的風險。一旦失誤可能萬劫不復。

聯發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,價格戰打得相當辛苦。

聯發科的去年 (2016) 獲利僅240.31億元,創近四年來的最低數字。今年三月,聯發科了延攬“擅長數字管理”的前中華電信董事長蔡力行擔任共同執行長,準備實行開支撙節和裁員(Cost Down)。

但你以為 IC 設計公司只要直接設計出 IC 就行了嗎?當然,他們會需要一些工具、與協作廠商的輔助。

現在的芯片開發,可能是由分布在全球的一百多人團隊、合作至少六個月,最后寫下共約數百萬行的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:

竞技游戏竞猜盘口純出售知識產權(IP),又稱硅智財(SIP),包括了電路設計架構、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、向硅智財公司購買一個已經寫好的功能即可。

(2) “EDA工具廠商”─ CADENCE與新思科技:

IC 設計工程師會先利用程序代碼規劃芯片功能;而 EDA 工具能讓程序代碼再轉成實際的電路圖。

(3) “設計服務公司”─智原科技、巨有科技、創意電子、芯原微電子:

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

許多人數不足的小型 IC 設計廠商會將設計的某些環節委外,使得人力與成本的調整彈性也較高。所以這又衍生出了第四種服務模式。

4。 DESIGN SERVICE (芯片設計服務提供商) 模式

(1) 領導廠商

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

(2) 特點

不設計和銷售芯片。

為芯片設計公司提供相應的工具、完整功能單元、電路設計架構與咨詢服務。

竞技游戏竞猜盘口由于沒有實體產品、而是販賣知識產權“設計圖”,又稱硅智財(SIP)。

(3) 優勢

無龐大實體資產。公司規模較小、資金需求不高,但對于技術的要求非常高。

不必負擔產品銷售的市場風險。

(4) 劣勢

竞技游戏竞猜盘口市場規模較小且容易形成壟斷,后進者難以打入。

目前全球的 CPU 架構,以 Intel 的 X86 架構和 ARM 的 ARM 架構為兩大要角。

前者多用于 PC 和服務器上,后者則幾乎壟斷了所有的行動通訊芯片、市占率高達 95% 的智能型手機。

后續的IC 設計和制程的部分都必須根據該 CPU 架構量身打造。既然整個產業鏈是圍繞在這個架構上去制造芯片,則易形成壟斷。

技術門坎較高、累積技術的時間較長。根據上面的介紹后,我們已經大致上對 IC 從最上游的設計、到最下游的消費者販賣的整個產業鏈流程,有一個全盤的掌握了!

為大家簡單畫個示意圖:

竞技游戏竞猜盘口有了這樣的產業鏈認知后,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業消息啦!(可以把上面提過的信息一一代入來進行分析,并搭配之前的晶圓代工戰爭系列的知識服用)

舉個例子好了,比如說 Intel 現在的處境。

本來是自己設計、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 往行動裝置的轉型速度甚緩,導致現在的行動處理器市場幾乎被“ARM+高通”、也就是“ARM的電路架構加上高通設計的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線與產能閑置,現在的 Intel 正在積極搶攻 ARM 芯片的晶圓代工業務、與臺積電搶攻 10 奈米制程。

對于代工廠來說,需要持續投入資本維持工藝水平。若能即早上市,則代表當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,同時發布更新一代的技術。

故若代工廠的技術一旦落后、后續要追趕上競爭者的難度會相當大。當初臺積電和聯電之所以拉開差距,便是如此情形。

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

目前臺積電預定今年第二季發布 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 廠能從上游設計到下游制造的過程中緊密協同合作,使其能在設計、制造等環節達到最佳優化,充分發揮技術極限。也能提早測試并推行最新型的技術。

因此你可以看到 Intel 常常技術領先,包括了當初的Gate-Last 戰爭。知名科技網站 VentureBeat 便指稱, 根據晶體管的數量和密度看來,Intel的 10 奈米技術是超越臺積電的。

大家原先都老老實實的用統一標準命名,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 的標準之下,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──高通和聯發科假若同時都交給臺積電代工,臺積電會開獨立產線、讓兩方的設計信息在生產過程中隔開來,讓客戶不用擔心其商業機密被盜取。

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 設計大廠,彼此間存在的是相互競爭的關系。因此對于高通來說,就算制程技術有差、找臺積電代工的風險仍小于找 Intel。

鹿死誰手,尚未可知。且讓我們靜靜觀戰吧。

我們今天介紹了 IC 產業鏈中, IDM、Foundry、Fabless 與Design Service 四種模式的企業,并根據這些企業的優勢和劣勢,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系有個大略上的了解。

原發布時間:竞技游戏竞猜盘口2017-6-3 17:27:44

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