从 FSA 到 GSA,无晶圆模式发展历程
1980 年之前,全球半导体业首先是采用垂直集成模式,后再进入集成器件制造模式(Integrated Device Manufacturer,简称 IDM)。该模式要求芯片制造商从 IC 产品设计开始,自己开发工艺制程技术,运行制造生产线,最后一直到 IC 产品的封装、测试,都由自己独立完成。
其间,在私募基金的帮助下,开始有少数具备 IC 设计经验的工程师组成的小公司,它们能依更快的速度设计出新的产品来满足市场的需求。
由于半导体技术进步很快,芯片的工艺制程技术越来越复杂,初创小公司进入半导体行业的门槛越来越高。而另一方面,有些时候 IDM 厂却有多余产能可以帮助小公司来制造它们设计的芯片。
Jodi Shelton
众所周知,IDM 模式有其独特优势。IDM 厂商能够完全掌控一个 IC 产品产出的全部过程,包括那些专有的技术(knowhow),不易被竞争对手窃取。然而该模式也有其不足之处,IDM 产业链复杂,IC 产品的生产周期又太长,往往会丢失市场机会,所以这样的过程逐渐推动了无晶圆模式(Fabless Mode,也称为无厂模式或 IC 设计业,Fabless 公司也称为 IC 设计公司)的成长。
FSA 会议
在 80 年代后期,中国台湾地区首先推出了代工(foundry)服务,它专门为无晶圆公司加工制造 IC 产品。在那个时期代工最关键的是必须保证加工产品的设计技术不会外泄,代工厂要保持中立地位。
因为代工厂与设计公司的互相配合,奠定了半导体产业由 IDM 这样一种制造模式,走向四业分离,即设计、制造、代工及封装与测试(编者注:国内传统上将半导体产业分为三业,即制造、设计和封测,代工是包含在制造里面的)。无晶圆模式能更快地推动新的 IC 产品呈现,这促进了半导体业更迅速地发展与增长。
然而,无晶圆模式在其初创阶段也并非一帆风顺。直到 1990 年时,半导体业界的权威人士才普遍承认无晶圆模式的成功。那时己经有 Nvidia,Broadcom 及 Xilinx 等公司。早期还有一家 Cyrix 公司(1988 至 1997,1997 年被并入美国国家半导体)大出风头,由于其生产的产品在价格上具有竞争力,推动了全球计算产品的市场发展。
1994 年 Jodi Shelton 女士与六家设计公司的 CEO 组建了无晶圆厂半导体联盟(Fabless Semiconductor Association,简称 FSA),目的是把无晶圆模式推向全球化。
至 2007 年 12 月 FSA 转变成全球半导体联盟(Global Semiconductor Alliance,简称 GSA)。这表明 FSA 已经起到全球化的作用,它的作用不仅在 IC 设计领域中,而且起到了加强全球半导体业间合作发展的作用。
Jodi Sheldon 与李力游
之后的无晶圆模式进一步被半导体业界认可,导致有些大的 IDM 公司开始卖掉产线,完全转变成无晶圆公司,典型的如 Conexant System,AMD 以及 LSI Logic 等。工艺制程进入 28 纳米之后更是个转折点,全球众多 IDM 厂更倾向采用轻晶园厂策略,即 fab lite 模式。包括德州仪器、飞思卡尔、英飞凌、赛普拉斯半导体等大牌的 IDM 厂都开始拥抱代工。
到 2007 年时,无晶圆模式己成为推动半导体业发展的优先模式。在 2007 年 GSA 跟踪的 10 家 IC 设计公司销售额己经超过 10 亿美元。
据 FSA 2005 年 5 月的资料,在 1994 年全球半导体销售额达 1,000 亿美元,彼时的 IC 设计公司销售额才 32 亿美元;2000 年全球半导体销售额刚超过 2000 亿美元时,相应的 IC 设计公司销售额为 176 亿美元;而到 2015 年,全球半导体销售额己达 3350 亿美元,相应的设计公司销售额己增长到 842 亿美元(2015 年半导体与无晶圆公司销售数据来自 IC Insights 2016 年 4 月)。
据 FSA 的数据,在 1994 至 2010 年的 16 年间,全球 IC 设计公司的营收由 32 亿美元增加到 736 亿美元,增长达 23 倍,年均复合增长率(CAGR)达到 21.66%。
按 IC Insights 的数据,2015 年全球设计公司排名中第一次把苹果 / 台积电列于第七,它的销售额为 30.85 亿美元,同比增长 111%,可见终端电子产品供应商的自制 IC 产品获得认可。
无晶圆模式的成长动能
在市场经济推动下,半导体业发展是理性的。对于如存储器、CPU 等需求量很大的 IC 产品,采用 IDM 模式有它的独特优势。另外,尽管单一模拟 IC 产品的数量并不大,但是由于模拟产品种类多,工艺要求特殊,技术要求非常高,也需要 IC 设计经验的积累,因此目前也以 IDM 为主。
所以,全球无晶圆模式的黄金时期主要集中在进入新世纪之后,全球移动产品的盛行阶段。
据 IC Insights 2015 年 1 月的数据,比较 1999 至 2014 年期间的半导体产品销售额年均复合增长率(CAGR),设计公司销售额年均复合增长为 15%,IDM 销售额年均复合增长为 3%,全球半导体销售额综合年均复合增长为 5%。
又据中国台湾拓扑研究所 2016 年 11 月数据,全球 IC 设计业 2014 年销售额为 880 亿美元,同比增长 7.1%,2015 年销售额为 805 亿美元,同比下降 8.5%,并估计 2016 年设计业销售额为 775 亿美元,再次下降 3.2%。这表明全球 IC 设计业也日趋成熟,近几年营收都出现了下降,高速增长的往日荣景不再。
另据 IC Insights 数据,2015 年全球 IC 设计业按地区计:美国占 62%,中国台湾地区占 18%,中国占 10%。
2015 年 5 月,总部位于新加坡的 Avago 以 370 亿美元收购 Broadcom(博通),也是显示无晶圆模式成熟的一项标志性事件,博通在被收购前年营收为 84 亿美元,长期位居全球 IC 设计公司的榜眼位置,业界称 Avago 此举为“蛇吞象”。(编者注:合并后的新公司称博通)
为什么无晶圆模式能取得骄人成绩
1) 风险资本(VC)的支持。GSA 2012 年发布一个统计,列举了过去 12 年全球风险资本支持的初创设计公司在种子期(seed,早期阶段投资)的数量:2000 年为 54 家,2001 年为 53 家,2002 年为 32 家,2003 年为 28 家,2004 年为 42 家,2005 年为 37 家,2006 年为 22 家,2007 年为 22 家,2008 年为 4 家,2009 年为 4 家,2010 年为 7 家,2011 年为 6 家。这个数据反映了自 2008 年之后,实际上风险资本己经开始远离半导体产业。
2)IC 设计业技术迅速进步,也与全球代工技术同步发展。据高通(Qualcomm)2007 年 1 月的资料,高通与 IDM(编者注:其实就是指英特尔)的工艺制程技术差异变化:130 纳米工艺,高通与 IDM 之间的差距为 24 个月;90 纳米工艺,差距为 12 至 15 个月;65 纳米工艺,差距为 6 个月;在 45 纳米工艺节点上,高通与 IDM 的差距缩短至 3 个月。
3)无晶圆厂的盈利能力强
根据 FSA 数据,比较 2000 至 2005 年 IC 设计业与半导体业整体的净资产收益率(ROE):2000 年,IC 设计业的 ROE 为 26.4%,半导体整体为 17.8%;2001 年,IC 设计业的 ROE 为负 8.8%,半导体整体为负 9.6%;2002 年,IC 设计业的 ROE 为负 1.7%,半导体整体为负 5.5%;2003 年,IC 设计业的 ROE 为 8.7%,半导体整体为 1.5%;2004 年,IC 设计业的 ROE 为 17.8%,半导体整体为 12%;2005 年,IC 设计业的 ROE 为 15.1%,半导体整体为 9.0%。明显可以看出,IC 设计业的投资盈利回报率要胜过半导体业平均值。
注;净资产收益率(英文简称 ROE),又称股东权益报酬率、净值报酬率、权益报酬率,是衡量企业获利能力的重要指标。
4) 第三方 IP 的成熟,促进 IC 设计业的迅速扩张。如今的 IC 设计与二十年前己大不同,很多 IC 设计公司主要依赖于第三方 IP 来开发产品。据 Gartner 2014 年 4 月数据,全球半导体设计 IP 市场增长 11.5%,达 24.5 亿美元,其中处理器专利提供方 ARM 公司占总市场的 43.2%,Synopsys 占 13.9%,第三名 Imagination 占 9%。
无晶圆模式的未来初探
无晶圆模式红红火火己经有很长一段时间,近年显示出颓势,未来会怎么样?业界众说纷纭,全球 IC 设计业的销售额连续两年下降已是一个不争的事实,另据市场研究机构 IC Insights 的数据,2015 年 IC 设计业惨淡经营,业绩增长还不如芯片制造商,这种状况 25 年以来仅出现两次。
造成这种情况可能有多个方面因素。首先,台积电的垄断地位不断巩固,导致它的代工价格坚挺,而从半导体应用市场来看,终端电子产品市场价格总体始终处于下降趋势,这就造成了矛盾。其次,为了实现差异化,增强竞争力,终端电子产品供应商开始自己设计芯片,典型的例子如苹果、海思、三星、Facebook 等。第三,随着工艺尺寸进入 10 纳米、7 纳米及以下,芯片设计开发费用呈火箭状上升,同时随着工艺制程的缩小,代工对于设计公司的支持能力收窄,这都会影响到设计公司是否采用最先进的工艺制程来开发产品。
未来无晶圆模式将会走向何方?总体上 IC 设计加晶圆代工模式,两者间的互相依存关系不会改変,但是增长态势减缓可能是事实。另一方面,由于全球手机市场渐趋饱和,而未来的产品市场呈碎片化,因此未来 IC 设计业的集中度可能减缓。或者,IC 设计业者都忍受不住价格压力时,多家公司联合起来收购晶圆厂或许是一种可能。
市场经济,胜者为王,在半导体业中没有一种模式是“常胜将军”。今天可能是 IDM 占优,明天是设计公司加晶圆厂占优,未来也许或有新的模式出现?
所以,采用什么样的“模式”未必有那么重要,关键要能为客户创造附加值。业界曾有人猜测,将来可能会出现是终端电子产品制造商加晶圆厂的模式(编者注:在半导体业的早期,很多公司采用这种模式,大家耳熟能详的摩托罗拉、西门子和飞利浦都曾采用这种模式,现在的三星可以视为是这种模式),这种旧梦重温是否会实现?恐怕暂时谁也无法回答。