建厂难、验证烦,Foundry和Fabless的同一个“困惑”

日期:2021-09-02     来源:TechSugar    作者:亚亚君    
核心提示:建厂难、验证烦,Foundry和Fabless的同一个“困惑”
问题到底出在哪里?
 
引言——几年前,上海的一位领导向芯谋研究首席分析师顾文军问了一个问题:“作为国内领先的代工厂,中芯国际能给高通流片28纳米工艺,为什么不能给展锐流片?而展锐作为国内领先的设计公司,选择台积电流片28纳米,为什么不选择中芯国际。他们都在上海,为何合作很少?”顾文军用打篮球作为比喻,在篮球比赛中,大家都想抱大腿,都想和实力强劲的选手一组,在半导体领域中,中芯国际和展锐虽然当时在国内领先,但在全球还有不少实力上的差距,所以他们也都想抱“大腿”。领导闻之,哈哈一笑。
 
显然,当一个规模不大的设计公司(Fabless)去找非国际顶尖晶圆厂代工时,尤其是先进工艺,最终芯片出现了问题,搞不清是谁的责任,设计公司和Fab都认为自己没有问题,导致互相扯皮,效率大大降低。但如果这家代工厂是台积电,或者设计公司是国际顶尖设计公司,就不会存在这样的扯皮。因为顶尖企业有非常完备的芯片诊断系统,但问题的关键是,中国半导体企业绝大部分不那么顶尖。 除了自身实力上的差距,中国的Fabless与Foundry之间还缺少了一个“桥梁”式的第三方平台公司。 追本溯源,回顾全球半导体历史,IDM模式开创了先河,巨头公司承包了设计、制造、封装测试再到销售自有品牌芯片产品,该模式是上世纪八十年代世界半导体发展金科玉律,后晋玩家也靠此模式获得成功。随着1987年台积电的成立,一种全新的商业模式晶圆代工诞生,以台积电为代表的Foundry厂取得巨大成功。至此,主流的IDM模式被划分为Foundry(代工)+Fabless(设计)。 经过几十年的发展,Foundry越来越强大,Fabless越来越独立,背后的问题也越发凸显,国内对半导体产业的热情,也放大了问题的严重性。
 
严峻的问题
 
建厂多而技术积累少。如今国内刮起一阵建厂风,许多地方对半导体制造厂充满热情,同时也把建厂这件事看得过于简单,以为设备买好,产能就有了。殊不知,如果技术没有建立完备,设备进厂只是悲剧的开始。即便新厂工艺开发完,离产品完成还相差甚远,还需要开发PDK(Process design kits),目前很多公司PDK的能力是缺失的,而选择外包的方式。如果代工厂没有PDK能力,何谈最终产品落地,何谈有效产能。缺少IP设计能力,存在安全风险。国内的代工厂绝大部分没有IP能力,既没有IP设计能力,也没有IP Debug能力。就算像中芯、华虹这样领先的公司,也是IP不全,设计部门自己开发的IP很少,绝大部分是国际巨头EDA公司的IP,这不仅存在价格昂贵的问题,也存在潜在的安全层面的问题。

此外,对于代工厂来说,组建一个IP设计团队成本过高,毕竟使用频率不高,技术开发后,就会暂时停滞。芯片可靠性和诊断能力差。如本文开头所说,一般的设计公司和代工厂没有芯片诊断能力。即便像中芯、华虹这样有实力的代工厂,在工艺开发完成后,需要找一个国际大公司流片,完成对整个工艺的验证,随后才可以服务相应制程工艺的设计客户。而国际大公司如博通、高通,会选择在代工厂工艺还不成熟的时候导入,当产品出来时,中间可以省去至少一年半的时间。反过来说,代工厂想要新工艺提前量产,需要仰仗国际大公司。设计公司产品很难差异化。通常一家代工厂有几十家甚至上百家设计公司作为客户,然而代工厂并不会为此设计几十个甚至上百个PDK。因此,当设计公司拿到代工厂PDK,如果这些公司的设计类似,就很难做到差异化。在设计公司产品竞争极其激烈的当下,性能、成本和差异化才是竞争的关键。
 
Foundry和Fabless之间的桥梁
 
放眼中国半导体产业,虽然存在一些Design service公司,比如芯原微电子,但是做类似Foundry service的公司极其缺少,这类公司可以在Foundry和Fabless之间搭起桥梁。仰仗于对Foundry的充分而独到的理解,能够将设计公司的需求快速落地,节约成本,争取时间窗口。当然,这类公司的技术和产业门槛也很高,不仅要对Foundry的工艺流程和技术极其熟悉,还要对设计公司需求和流程有所了解。 这类“桥梁”公司之所以稀有,是因为台积电等一众代工厂不会单独剥离公司来做第三方服务平台,其中最为关键的一个词是“第三方”,第三方平台可以同时服务于多家设计公司,将其与代工厂进行有机串联。当下做设计的想了解代工,做工艺的想了解设计,双方需求旺盛。服务于Foundry和Fabless的平台,能够在新建代工厂工艺开发阶段,甚至在设备清单阶段就切入进来。因为Foundry的工艺流程决定着需要怎样的设备,如果在早期阶段,有专业的团队协助新Foundry厂一起整理设备清单,可以大大降低后期开发难度。当下一些“烂尾”项目,由于组局人的不专业,所购买的设备存在不小问题,有的项目甚至从一开始的厂房建设和整体项目规划就存在问题,导致接盘人都难以找到。

此外,还有一些项目,国家的钱也投了,厂房也盖了,设备也在路上了,却没有完整的专业团队,如今国内新建厂房之多,挖人内卷严重,就算团队凑齐了,但设备的折旧已经开始。如果有一个专业的技术团队协助前期研发工作,何乐而不为。当一个项目初期已经建设完备,正在寻求扩产的时候,也会遭遇团队扩充问题。新厂建设,有时会通过低利润方式切入,但随着资金的不断投入,项目最终还是需要盈利,至少要收支平衡。想要达到收支平衡就要有一定规模的产能,而在产能爬坡阶段,需要一个专业的成建制的研发团队来进行技术升级,最好是从工艺开发、PDK、IP等全部囊括。即节约了成本,又能抢占时间窗口。对于设计公司来说,时间窗口也是极其重要的。如果一家设计公司能够在新建Foundry初期就能切入进来,将会和Foundry绑定的极其紧密,在产能获取方面也会有一定优势。

对于设计公司来说,与代工厂的沟通成本也非常可观,有些体量较大的设计公司会同时与两三家代工厂打交道,甚至在和同一个代工厂进行合作时,需要和不同部门打交道。此时,第三方Foundry服务平台重要性就凸显,可以帮助对接设计公司和代工厂,完成中间冗杂的事宜。服务平台还能够提供EDA工具相关服务,对于规模一般的设计公司来说,养一个EDA工具团队成本颇高,而一个项目完成后,EDA的复用率很低。而设计公司对产品差异化的需求也非常强烈,同一个代工厂可能用同一套PDK,导致设计公司最终产品很难形成差异化竞争。协助人才培养,助力项目快速开出有效产能。如今新建厂房众多,作为头疼的问题就是人才。 即便挖到了一些人,也很难成大事,行业的人才内卷只会将把行业搞的更惨。 对于 Foundry来说,最缺的是有经验的人才,而人才培养是需要几年周期的,这样的周期对于一个新厂来说是致命的。 对于设计公司来说,也不会去培养一些专门与代工厂对接的技术团队。 所以不管是Foundry还是Fabless,对于一个能够协助公司快速培养人才,完成Foundry和Fabless对接是很重要的。
 
结语
 
当下Foundry+Fabless模式成为了半导体行业一种主流方式,Foundry就像一条路,Fabless好似一辆车,当新车开新路出现问题时,我们很难判断到底是车出了问题,还是路的施工有问题。此时,谁来验证问题显得非常重要。当国内主流代工厂需要靠国际巨头设计公司来完成工艺验证时,当国内设计公司只能去境外代工厂进行先进工艺产品流片时,这是否在告诉我们,国内对Foundry和Fabless之间第三方平台缺失。快速搭建Foundry和Fabless的桥梁,是当下国内半导体产业需要的一个部分,快速解决产能问题,协助设计公司完成产品落地,抢占时间窗口。
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