這篇文章終于講透了：芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式

　　01、人類歷史上第 一塊集成電路

　　1958年9月12日，來自德州儀器公司的35歲工程師Jack S. Kilby在一塊鍺片上集成了由兩個晶體管組成的觸發(fā)器（flip-flop），也就是人類歷史上*塊集成電路。他的工作開創(chuàng)了“三百六十行，行行用芯”的新時代。Jack S. Kilby據(jù)此獲得了2000年的諾貝爾物理學(xué)獎。

　　1965年，Intel公司聯(lián)合創(chuàng)始Gordon Moore提出了“摩爾定律”。70多年來，芯片的發(fā)展一直遵循所謂的“摩爾定律”：每隔18-24個月，相同面積的芯片上集成的晶體管數(shù)量(即集成度)會翻一番，芯片性能也相應(yīng)提升一倍。

　　以中國大陸迄今為止*進的華為海思的*麒麟9000芯片為例，集成了153億個晶體管，采用了中國臺積電公司的5nm技術(shù)節(jié)點技術(shù)制造，搭載于華為 Mate 40 Pro 手機。

　　02、芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式

　　麒麟9000芯片*的原因已經(jīng)眾所周知了。簡單來說，麒麟9000芯片采用Foundry(代工廠)制造模式，即華為海思進行芯片設(shè)計，交付中國臺灣省臺積電公司進行制造。由于美國前任總統(tǒng)特朗普政府的一系列禁令，加上現(xiàn)任美國總統(tǒng)拜登政府的禁令加碼，所以就沒有后來了。

　　芯片產(chǎn)業(yè)起步的時候，廠商采用的運營模式是IDM(垂直整合制造)模式、經(jīng)過多年的發(fā)展，逐漸衍生出Fabless（無工廠芯片供應(yīng)商）、Foundry（代工廠）和Fab-lite（輕晶圓廠）模式。

　　芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的演進，圖片來源：芯光社

　　IDM（垂直整合制造）模式：

　　除了材料、設(shè)備、EDA|和IP之外，從設(shè)計、制造、封測到產(chǎn)品銷售都一手包辦，擁有自有品牌。其優(yōu)點不言而喻，有助于實現(xiàn)設(shè)計與工藝系統(tǒng)優(yōu)化(DTCO)，保證產(chǎn)品從設(shè)計到制造環(huán)節(jié)的一體性，產(chǎn)品迭代周期短，等等。

　　其缺點也很明顯，重資產(chǎn)(12吋生產(chǎn)線建設(shè)資金通常需要20億美元以上)，不僅要求設(shè)計和制造技術(shù)先進，管理和運營成本高，需要高產(chǎn)能利用率、高良率、高產(chǎn)品利潤。所有運行模式中，風(fēng)險*。

　　部分IDM廠商，數(shù)據(jù)來源：Gartner等

　　中國大陸的IDM運營模式廠商包括長江存儲、長鑫存儲、華潤微、士蘭微、燕東微電子、聞泰科技等。

　　Fabless（無工廠芯片供應(yīng)商）模式：

　　廠商只進行芯片電路設(shè)計和產(chǎn)品銷售，將生產(chǎn)、封測等環(huán)節(jié)外包給代工廠。其優(yōu)點不言而喻，輕資產(chǎn)，不需要承擔(dān)建設(shè)、運行昂貴的芯片生產(chǎn)線，開支僅包括人員工資、場地、IP、EDA等費用，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型較為容易。

　　其缺點是難以進行工藝協(xié)同優(yōu)化，流片費也是很貴的。即使是MPW方法，通常也需要幾十甚至幾百萬。如果是Full mask方法， 流片費更是幾百萬甚至上億元，一旦有幾次失誤，就難以承受了。當(dāng)然，對于中國大陸廠商而言，也有可能面臨華為海思事件的風(fēng)險。

　　2021年Fabless廠商前十名，數(shù)據(jù)來源：TrendForce

　　中國大陸的廠商包括華為海思、龍芯中科和寒武紀(jì)等。

　　其中華為海思2018年發(fā)布麒麟980，采用7nm工藝，銷售額達(dá) 75 億美元，這是全球*7nm工藝制作的芯片，據(jù)此華為海思躋身全球前5大Fabless廠商之列。

　　2019年，銷售額達(dá) 110 億美元。

　　2020年上半年，成為首家進入全球前十名的中國大陸半導(dǎo)體供應(yīng)商。之后，美國商務(wù)部將華為列入實體名單進行出口管制。麒麟芯片9月15日之后無法制造，銷售額跌至82 億美元。

　　2021年，海思芯片基本無貨可出，僅靠庫存在支撐，銷售額進一步跌至15 億美元。

　　2021年代工廠前十名，數(shù)據(jù)來源：TrendForce

　　另外，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)芯片無法滿足電子設(shè)備的實際需求，一些科技大公司，國際上如蘋果、Facebook、特斯拉等公司，國內(nèi)如OPPO、小米、百度、阿里巴巴等公司，也會采用Fabless模式自研芯片。

　　Foundry（代工廠）模式：

　　只負(fù)責(zé)制造或者封測；不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計和銷售，不與客戶爭利。其優(yōu)點不言而喻，可以同時為多家設(shè)計公司提供服務(wù)，不承擔(dān)產(chǎn)品設(shè)計和銷售風(fēng)險。

　　其缺點是重資產(chǎn)(產(chǎn)能2萬片/月的5nm芯片生產(chǎn)線投資80億美元以上)，管理和運營成本高，對產(chǎn)能利用率要求極高，技術(shù)門檻高、技術(shù)風(fēng)險也高。

　　➢1987年2月21日，張忠謀于中國臺灣省新竹創(chuàng)辦了臺積電公司，專注于晶圓代工，創(chuàng)造了Foundry模式。臺積電公司分別與1994年與1997年在中國臺灣省與紐約上市。

　　➢2000年，臺積電并購德基和世大，成為全球規(guī)模*的代工廠一哥。其在中國臺灣省擁有12/8英寸晶圓生產(chǎn)工廠各4座，6英寸晶圓生產(chǎn)工廠1座,在中國大陸有12/8英寸晶圓生產(chǎn)工廠各1座，在美國有8英寸晶圓廠1座。

　　➢2020年底獲準(zhǔn)在美國亞利桑那州投資建廠，也計劃在日本、德國投資建設(shè)晶圓廠。

　　Fab-lite（輕晶圓廠）模式：

　　由IDM演變而來，是一種近年來興起的介于Fabless模式與IDM模式之間的運行模式。廠商自主完成關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在保證芯片質(zhì)量和可靠性的前提下，非關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)委外加工。

　　該模式可為需要擴大芯片制造產(chǎn)能的廠商提供低成本、更為靈活的解決方案，市場需求響應(yīng)快速。比如，如德州儀器、ADI等模擬產(chǎn)品IDM廠商都將部分業(yè)務(wù)委外代工。IDM廠商的江湖一哥Intel公司也將部分業(yè)務(wù)外包給中國臺積電公司。

　　Fab-lite模式正在成為需要自主可控關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)和產(chǎn)能的模擬芯片廠商的發(fā)展趨勢。

　　代工廠不與無工廠芯片供應(yīng)商之間互惠互利。IDM廠商則與無工廠芯片供應(yīng)商之間存在競爭。 近年來，代工廠模式的營收增速已明顯高于IDM模式，支撐了數(shù)以萬計的芯片設(shè)計公司的高速發(fā)展（當(dāng)然，也包括華為海思）。

　　比如，1987年，中國臺積電公營收為200多萬美元，2019年，臺積電市值超過Intel和三星電子公司，成為全球半導(dǎo)體公司市值一哥。目前，臺積電獲得了50%以上的的全球代工市場份額，且毛利率長期維持在40%以上，與芯片裝備廠商的毛利率差不多，比代工行業(yè)同行15%的平均利潤率水平高出約25個百分點。在當(dāng)前缺芯的情況下，各大代工廠無不滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

　　那么，既然Foundry模式的優(yōu)勢如此之好，IDM模式正在逐漸走下坡路，為什么DRAM廠商大多采用 IDM 模式呢？

　　其原因很簡單，一個邏輯芯片產(chǎn)品所加工的晶圓數(shù)量通常為數(shù)百到數(shù)萬片。而一個DRAM產(chǎn)品所加工的晶圓數(shù)量可以達(dá)到數(shù)十萬甚至數(shù)百萬片，可以充分滿足IDM模式對高產(chǎn)能利用率的要求。

　　實際上，除了內(nèi)存外，一些CPU處理器芯片廠商（如Intel）和具有長生命周期的模擬芯片廠商(如德州儀器等），也采用IDM模式制造。一些汽車電子、航空航天等領(lǐng)域所需的數(shù)模產(chǎn)品，性能(如功耗等)并不像手機用數(shù)字芯片那樣高，但是應(yīng)用環(huán)境惡劣(如高溫、抗輻射等)，也采用IDM模式制造。

　　2021年和2022年上半年“一芯難求”的情況下，也有部分Fabless 廠商考慮自建成熟技術(shù)節(jié)點的制造或封測產(chǎn)線，以更好應(yīng)對市場變化。但是，到了2022年下半年，芯片由短缺突然變成庫存過剩，令預(yù)測專家們大跌眼鏡。

　　毫無疑問，IDM模式最適合于量大面廣的DRAM江湖。