晶圓代工業者與無晶圓廠晶片供應商所面臨的挑戰有哪些?

兩個月前，英特爾(Intel)高層MarkBohr指“無晶圓廠經營模式快不行了”的說法，引發不少熱烈討論;以下這篇由顧問機構InternationalBusinessStrategies(IBS)執行長HandelJones所撰寫的分析文章，或許可以提供一些反駁論點。

　　目前半導體產業面臨的挑戰究竟有哪些?

　　1.28奈米制程節點的參數良率尚未到達預期水準：

　　在28奈米節點，包括隨機摻雜擾動(randomdopantfluctuations)、線寬、線間距變動，以及導孔電阻值(viaresistance)等會影響RC相關時序的種種問題，為目標規格帶來不可預知且低落的參數良率。這種制程變異帶來不斷增加的漏電、功耗與良率等沖擊，而晶圓代工業者與無晶圓廠晶片供應商所面臨的挑戰如下圖所示。

　　為了弭平圖中所示的鴻溝，晶圓代工廠的制程技術團隊與無晶圓廠晶片供應商設計團隊之間，需要有一個IDM形式的溝通介面。大型無晶圓廠晶片業者與晶圓代工廠，具備建立該種介面的財源，也能合作解決問題;但是較小型的廠商將會面臨財務挑戰。不過關鍵是，誰應該負責建立那種IDM形式的溝通規則，并支付所需成本?是無晶圓廠業者、晶圓代工廠，還是兩邊都要負擔?看來其中有很多都是需要雙方共享的。

　　半導體制程演進過程中，晶圓代??工廠與無晶圓廠業者之間的技術鴻溝越來越深

　　2.要成為晶圓代工產業龍頭，所需支出的資本越來越高：

　　臺積電(TSMC)的2012年資本支出為80億美元，也就是每1萬片晶圓需要10億美元成本，以因應每月8萬片晶圓的28奈米與20奈米制程額外產能。三星(Samsung)的非記憶體業務2012年資本支出金額也在80億美元左右(官方公布為65億美元)，大約也是供應每月8萬片的額外產能。

　　Globalfoundries則是正在提升Malta晶圓廠的產出，計劃在目前Dresden晶圓廠每月8萬片晶圓產能之外，再增加每月3萬片晶圓的額外產能。至于聯電(UMC)，其2012年資本支出金額為20億美元，并宣布其Fab12廠將籌資80億美元。只有很少數的半導體廠商有能力在14奈米節點投資更大產能所需的成本，因此無晶圓廠晶片供應商也會去選擇*佳的合作對象。

　　3.隨著晶片微縮，制程技術復??雜度也更高：

　　無論是對IDM廠商或是晶圓代工業者來說一個很大的問題是，隨著晶片微縮，開發先進制程技術的成本也越來越高，如下方圖所示。在20奈米節點，主要的成本來自于bulkCMOS技術，但到了14奈米節點則是FinFET(已知英特爾在22奈米節點就使用FinFET)。

開發新一代制程技術所需成本

　　據估計，要成為領導廠商，開發FinFET制程技術所需成本約在20至30億美元，若不想落后太多*起碼也要投資18億美元;以研發成本占據總營收10%的比例來計算，需要達到90億美元的營收才夠，而且技術開發時間超過2年。而在14奈米節點，要擁有適合的晶圓制程技術以及廠房設備，以每月4萬片晶圓產能計算，成本將超過50億美元。

　　若要升級18寸晶圓，以每月4萬片晶圓產能計算，則需要100億美元的額外投資，不過每年也有達到100億美元營收的潛力。因此有能力投入18寸晶圓領域的，會是那些能取得龐大資金來源的廠商;但對晶圓代工廠來說，如果能建立適當的業務模式，回收也會不錯。這么樣一個高風險、高回收的產業環境，如果晶圓代工廠與無晶圓廠晶片供應商之間能建立IDM形式的溝聽介面，其效益沒理由會比一家IDM廠來得差。

　　下圖是在不同半導體制程節點的晶圓代工市場規模;估計到2018年，整體晶圓代工市場將達630億美元。一家擁有40%全球市占率的晶圓代工業者，2018年的營收規模可達252億美元;擁有越高市占率的晶圓代工廠，也能確保高利潤(這也會成為廠商繼續參與晶圓代工業務的動力)。

　　不同半導體製程節點的晶圓代工市場規模

　　不同半導體製程節點的晶圓代工市場規模(列表)

　　那些有能力弭平設計與制造之間鴻溝的晶圓代工業者可獲得龐大的財務回收，但前提是需要開發能拉近設計與制造部門之間距離的介面與溝通橋梁。在14奈米這樣的先進制程節點，大概只有兩家──或者*多三家──晶圓代工廠能擁有大量晶圓產能(每月5萬片以上)，這些業者還需要開發能讓他們獲利的業務模式。

　　那么，類似IDM的晶圓代工廠與無晶圓廠晶片供應商關系是怎樣的呢?無晶圓廠業者需要提供更詳細的設計資訊給晶圓代工伙伴，晶圓代工廠則需要有專門團隊與無晶圓廠晶片供應商的設計團隊合作，好讓客戶的產品能順利在晶圓廠生產。晶圓代工廠也需要在設計布建階段，與策略性無晶圓廠客戶在程式庫、IP等支援上有更緊密的合作。無論是晶圓代工廠或無晶圓廠內部的技能都必須強化，并應該建立一種類IDM的運作架構。

　　到20奈米與14奈米技術節點，晶圓代工業務模式還能生存;但未來制程節點的演進，等待時間會越來越長。前面說的兩年時間是不切實際的，未來進展至每個制程節點的新產品開發周期，會需要適應更長的制程演進時間。英特爾雖在晶圓制造領域扮演***角色，但關鍵問題是英特爾將如何利用其領導地位優勢;英特爾有許多種選項，該公司正遭遇十字路口。

　　晶圓代工與無晶圓廠晶片供應商的業務模式，雖然會遭遇投資與技術方面的挑戰，但那些問題在14奈米節點之后都能被解決。然而在FinFET的時代過去之后，半導體產業將會經歷一段非常陰霾的時期，那對無晶圓廠/晶圓代工業務模式，以及IDM廠商來說，將是另一個挑戰的開始。