一枚小小的芯片从设计之初到诞生会涉及到芯片设计、芯片生产、芯片封装和测试等多个产业链,可以说每一个环节都是一个国家综合国力的体现。
接下来我就以盖房子对比芯片制造过程
盖房子 |
芯片制造 |
开发商拿地 | 芯片需求 |
规划设计 | 芯片设计 |
施工建设 | 芯片生产 |
装修 | 芯片封装 |
验收 | 测试验收 |
首先我们来看盖房子,并不是每个开发商都有能力全部流程都自己搞定的,他会去找设计院做设计规划,找施工队搬砖,找装修公司做装修,找第三方机构做验收。当然不排除一些大的开发商有能力(主要是要有钱)自己完成全部工作,其实大部分也是自己的子公司。
接下来我们开看芯片制造,同样的芯片制造也是只有少数几家大公司能够能够集全部芯片制造产业链于一身(IDM)。芯片厂商首先提出需求,由芯片设计公司(Fabless)根据需求对芯片进行设计,设计完成后交由芯片生产公司(Foundry)进行生产,然后进行芯片封装,最后测试验收。
细心的同学们已经注意到,我上面提到的IDM、Fabless和Foundry,这其实是三种芯片制造的运作模式,下面我将对着几种模式一一道来。
少数几家大公司能够能够集全部芯片制造产业链于一身,如三星、TI等,我们称这种运作模式为IDM(Integrated Device Manufacture),早期多数集成电路企业采用的模式,这种模式的优势是设计、制造等环节协同优化,有助于充分发掘技术潜力,能有条件率先实验并推行新的半导体技术,IDM的劣势也很明显,公司规模庞大,管理成本较高,运营费用较高,资本回报率偏低。目前仅有极少数大企业能够维持。相当于龙头房企万科、恒大等。
除了IDM模式,目前大部分芯片制造是由芯片设计公司主导的,相当于是盖房子找设计院做规划设计,但是这些设计公司并不具备芯片生产的能力,所以芯片设计完成后要将生产测试等环节交由代工厂进行生产,这种无工厂芯片供应商的模式称为Fabless模式,直译过来就是无晶圆,因为芯片的生产的主要原材料是硅晶圆,Fabless芯片公司只负责芯片的电路设计与销售,将生产、测试、封装等环节外包,Fabless的优势是资产较轻,初始投资规模小,创业难度相对较小,企业运行费用较低,转型相对灵活;劣势是与IDM相比无法与工艺协同优化,因此难以完成指标严苛的设计,同时由于tapeout(流片)成本非常高,所以与代工厂相比需要承担各种市场风险。这类企业主要有:海思、联发科(MTK)、博通(Broadcom)。相当于各大设计院。
最后提供芯片生产制造、封装或测试的其中一个环节的代工厂模式称为Foundry模式,他们不负责芯片设计,可以同时为多家设计公司提供服务。主要的优势是不承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等决策风险;劣势是:投资规模较大,维持生产线正常运作费用较高;需要持续投入维持工艺水平,一旦落后追赶难度较大。这类企业主要有:台积电、中芯国际集SMIC、台湾联华电子UMC、格罗方德Global Foundry。相当于施工队高级技术工种。
OK,对于芯片制造就了解到这里,当别人在说fabless的时候,你知道是做纯芯片设计的我的目的就达到了。
芯片的设计过程可分为两个部分,分别为:前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计),这两个部分并没有统一严格的界限,凡涉及到与工艺有关的设计可称为后端设计,根据标题我们可以知道本课程是关于芯片设计的所以其他的环节我们只做了解。