建廠難、驗證煩，Foundry和Fabless的同一個“困惑”

TechSugar 2021-09-02 08:00

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問題到底出在哪里？

作者：亞亞君

引言——幾年前，上海的一位領導向芯謀研究首席分析師顧文軍問了一個問題：“作為國內領先的代工廠，中芯國際能給高通流片28納米工藝，為什么不能給展銳流片？而展銳作為國內領先的設計公司，選擇臺積電流片28納米，為什么不選擇中芯國際。他們都在上海，為何合作很少？”顧文軍用打籃球作為比喻，在籃球比賽中，大家都想抱大腿，都想和實力強勁的選手一組，在半導體領域中，中芯國際和展銳雖然當時在國內領先，但在全球還有不少實力上的差距，所以他們也都想抱“大腿”。領導聞之，哈哈一笑。

顯然，當一個規模不大的設計公司（Fabless）去找非國際頂尖晶圓廠代工時，尤其是先進工藝，最終芯片出現了問題，搞不清是誰的責任，設計公司和Fab都認為自己沒有問題，導致互相扯皮，效率大大降低。但如果這家代工廠是臺積電，或者設計公司是國際頂尖設計公司，就不會存在這樣的扯皮。因為頂尖企業有非常完備的芯片診斷系統，但問題的關鍵是，中國半導體企業絕大部分不那么頂尖。除了自身實力上的差距，中國的Fabless與Foundry之間還缺少了一個“橋梁”式的第三方平臺公司。追本溯源，回顧全球半導體歷史，IDM模式開創了先河，巨頭公司承包了設計、制造、封裝測試再到銷售自有品牌芯片產品，該模式是上世紀八十年代世界半導體發展金科玉律，后晉玩家也靠此模式獲得成功。隨著1987年臺積電的成立，一種全新的商業模式晶圓代工誕生，以臺積電為代表的Foundry廠取得巨大成功。至此，主流的IDM模式被劃分為Foundry（代工）+Fabless（設計）。經過幾十年的發展，Foundry越來越強大，Fabless越來越獨立，背后的問題也越發凸顯，國內對半導體產業的熱情，也放大了問題的嚴重性。

嚴峻的問題

建廠多而技術積累少。如今國內刮起一陣建廠風，許多地方對半導體制造廠充滿熱情，同時也把建廠這件事看得過于簡單，以為設備買好，產能就有了。殊不知，如果技術沒有建立完備，設備進廠只是悲劇的開始。即便新廠工藝開發完，離產品完成還相差甚遠，還需要開發PDK（Process design kits），目前很多公司PDK的能力是缺失的，而選擇外包的方式。如果代工廠沒有PDK能力，何談最終產品落地，何談有效產能。 缺少IP設計能力，存在安全風險。國內的代工廠絕大部分沒有IP能力，既沒有IP設計能力，也沒有IP Debug能力。就算像中芯、華虹這樣領先的公司，也是IP不全，設計部門自己開發的IP很少，絕大部分是國際巨頭EDA公司的IP，這不僅存在價格昂貴的問題，也存在潛在的安全層面的問題。此外，對于代工廠來說，組建一個IP設計團隊成本過高，畢竟使用頻率不高，技術開發后，就會暫時停滯。芯片可靠性和診斷能力差。如本文開頭所說，一般的設計公司和代工廠沒有芯片診斷能力。即便像中芯、華虹這樣有實力的代工廠，在工藝開發完成后，需要找一個國際大公司流片，完成對整個工藝的驗證，隨后才可以服務相應制程工藝的設計客戶。而國際大公司如博通、高通，會選擇在代工廠工藝還不成熟的時候導入，當產品出來時，中間可以省去至少一年半的時間。反過來說，代工廠想要新工藝提前量產，需要仰仗國際大公司。設計公司產品很難差異化。通常一家代工廠有幾十家甚至上百家設計公司作為客戶，然而代工廠并不會為此設計幾十個甚至上百個PDK。因此，當設計公司拿到代工廠PDK，如果這些公司的設計類似，就很難做到差異化。在設計公司產品競爭極其激烈的當下，性能、成本和差異化才是競爭的關鍵。

Foundry和Fabless之間的橋梁

放眼中國半導體產業，雖然存在一些Design service公司，比如芯原微電子，但是做類似Foundry service的公司極其缺少，這類公司可以在Foundry和Fabless之間搭起橋梁。仰仗于對Foundry的充分而獨到的理解，能夠將設計公司的需求快速落地，節約成本，爭取時間窗口。當然，這類公司的技術和產業門檻也很高，不僅要對Foundry的工藝流程和技術極其熟悉，還要對設計公司需求和流程有所了解。這類“橋梁”公司之所以稀有，是因為臺積電等一眾代工廠不會單獨剝離公司來做第三方服務平臺，其中最為關鍵的一個詞是“第三方”，第三方平臺可以同時服務于多家設計公司，將其與代工廠進行有機串聯。當下做設計的想了解代工，做工藝的想了解設計，雙方需求旺盛。服務于Foundry和Fabless的平臺，能夠在新建代工廠工藝開發階段，甚至在設備清單階段就切入進來。因為Foundry的工藝流程決定著需要怎樣的設備，如果在早期階段，有專業的團隊協助新Foundry廠一起整理設備清單，可以大大降低后期開發難度。當下一些“爛尾”項目，由于組局人的不專業，所購買的設備存在不小問題，有的項目甚至從一開始的廠房建設和整體項目規劃就存在問題，導致接盤人都難以找到。此外，還有一些項目，國家的錢也投了，廠房也蓋了，設備也在路上了，卻沒有完整的專業團隊，如今國內新建廠房之多，挖人內卷嚴重，就算團隊湊齊了，但設備的折舊已經開始。如果有一個專業的技術團隊協助前期研發工作，何樂而不為。 當一個項目初期已經建設完備，正在尋求擴產的時候，也會遭遇團隊擴充問題。新廠建設，有時會通過低利潤方式切入，但隨著資金的不斷投入，項目最終還是需要盈利，至少要收支平衡。想要達到收支平衡就要有一定規模的產能，而在產能爬坡階段，需要一個專業的成建制的研發團隊來進行技術升級，最好是從工藝開發、PDK、IP等全部囊括。即節約了成本，又能搶占時間窗口。對于設計公司來說，時間窗口也是極其重要的。如果一家設計公司能夠在新建Foundry初期就能切入進來，將會和Foundry綁定的極其緊密，在產能獲取方面也會有一定優勢。對于設計公司來說，與代工廠的溝通成本也非常可觀，有些體量較大的設計公司會同時與兩三家代工廠打交道，甚至在和同一個代工廠進行合作時，需要和不同部門打交道。此時，第三方Foundry服務平臺重要性就凸顯，可以幫助對接設計公司和代工廠，完成中間冗雜的事宜。服務平臺還能夠提供EDA工具相關服務，對于規模一般的設計公司來說，養一個EDA工具團隊成本頗高，而一個項目完成后，EDA的復用率很低。而設計公司對產品差異化的需求也非常強烈，同一個代工廠可能用同一套PDK，導致設計公司最終產品很難形成差異化競爭。協助人才培養，助力項目快速開出有效產能。如今新建廠房眾多，作為頭疼的問題就是人才。即便挖到了一些人，也很難成大事，行業的人才內卷只會將把行業搞的更慘。對于Foundry來說，最缺的是有經驗的人才，而人才培養是需要幾年周期的，這樣的周期對于一個新廠來說是致命的。對于設計公司來說，也不會去培養一些專門與代工廠對接的技術團隊。所以不管是Foundry還是Fabless，對于一個能夠協助公司快速培養人才，完成Foundry和Fabless對接是很重要的。

結語

當下Foundry+Fabless模式成為了半導體行業一種主流方式，Foundry就像一條路，Fabless好似一輛車，當新車開新路出現問題時，我們很難判斷到底是車出了問題，還是路的施工有問題。此時，誰來驗證問題顯得非常重要。當國內主流代工廠需要靠國際巨頭設計公司來完成工藝驗證時，當國內設計公司只能去境外代工廠進行先進工藝產品流片時，這是否在告訴我們，國內對Foundry和Fabless之間第三方平臺缺失。快速搭建Foundry和Fabless的橋梁，是當下國內半導體產業需要的一個部分，快速解決產能問題，協助設計公司完成產品落地，搶占時間窗口。

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