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輕晶圓廠(Fab-lite)趨勢

作者: 馬立得
隨著越來越多的數位整合元件製造商(IDM)求助代工廠來滿足生產其需求,其中一些數位IDM們並宣稱不再建設晶圓廠,一個無可避免的問題便應運而生:大型的類比IDM也將步其後塵並轉向輕晶圓廠(Fab-lite)或無晶圓廠策略嗎?類比元件供應商否認了這種說法,但代工廠卻表示贊同。事實也許可說是介於二者之間吧!

由於代工廠已經大舉成功地攻克了數位領域,類比元件製造就成為晶片委外製造下一個富饒的新疆界。根據IC Insights公司預測,2007年的整體類比IC市場達362億美元,約將下滑2%。但該公司也預測類比晶片銷售將會有15%的反彈增幅,預計可在2008年達到417億美元的最高記錄。

多年來,類比IDM多半在公司內部自行製造大量的類比產品,由於某些原因,只有一小部份產品交給代工廠生產。許多類比產品並不需要特別先進的晶圓廠或製程,類比產品通常也具有更長的生命週期,而且可在較舊製程的晶圓廠中以低成本生產數年。因此類比元件供應商堅持認為,自行擁有晶圓廠仍可為其帶來競爭優勢。

但是,一家專業代工供應商暗示,目前的趨勢是正緩慢地轉向類比IDM,如亞德諾公司(ADI)、Maxim Integrated Products、凌力爾特(Linear Technology)、國家半導體(NS)和德州儀器(TI)公司。

美國加州Jazz Semiconductor公司的技術與工程副總裁Marco Racanelli說:“這些公司現在正尋求委外製造。”

Jazz、X-Fab與其它類比元件製造有關的專業代工公司正開始注意到一些產品製造的需求,這些產品傳統上一直是不曾委外製造的,如高精密度的資料轉換器。“我們注意到類比元件委外製造業務正呈加速之勢,”Racanelli在最近的一次採訪中表示。

然而,委外製造的趨勢不單只是一兩種元件而已。類比IDM並不想關閉他們的晶圓廠,然後蜂擁轉向代工廠,但是,他們“對於委外製造的興趣已經大為增加了,”晶圓代工公司X-Fab銷售與行銷副總裁Thomas Hartung說。

部份類比元件的委外製造的確已經發生,Semiconductor Partners公司分析師Joanne Itow指出,“像國家半導體和快捷(Fairchild)等公司目前已經擁有大量產能,今年不會再進行太多的委外製造,但一些較小的RF類比公司正採用Jazz、X-Fab等公司的代工服務。”

對於類比IDM來說,這種轉移將是一種演進的過程,X-Fab公司的Hartung說,“有些公司的轉型動作更快。”

 

圖:從2007上半年的代工業務排名中可看出,X-Fab等類比專業廠商的排名正持續向前提升。
圖:從2007上半年的代工業務排名中可看出,X-Fab等類比專業廠商的排名正持續向前提升。

就像製造數位元件一樣,類比IDM們正選擇性地使某些產品委外製造,以削減生產成本。而有些公司內部如果缺乏某種技術能力,他們也會選擇若干產品線交由代工廠製造。

隨著採用較舊製程的類比晶圓廠產線逐漸淘汰,朝向代工廠的轉移便會加劇。許多類比晶圓廠能夠生產小至0.35微米的元件,但是大量的新設計活動則以0.25和0.18微米為主。

這種趨勢讓人憶起始於1980年代末到1990年代初的數位元件委外製造榮景。在那個時候,特許半導體(Chartered Semiconductor)、台積電(TSMC)、聯電(UMC)和其他數位元件代工廠協助推動了無晶圓廠設計產業的發展。近年來,飛思卡爾半導體(Freescale)、恩智浦(NXP)、意法(ST)和TI等大型的邏輯元件IDM均已經欣然擁抱代工廠,以其作為削減研發與生產成本的方法。

過去幾年來,若干類比和混合訊號代工廠均已逐漸浮出檯面,他們希望能複製台積電和其它在數位領域的公司們所成就的成功模式。

致力於類比和混合訊號代工業務的廠商包括先進半導體(ASMC)、奧地利微電子(Austriamicrosystems)、Jazz、MagnaChip Semiconductor、Vanguard和X-Fab等公司。而特許半導體、台積電、聯電、中芯國際(SMIC)和IBM等大型代工廠也分別在各方面提供混合訊號和類比等製程。

根據Gartner公司的分析報告,全球代工市場在2007年可望成長3.3%,明年將成長17%,達到262億美元。

類比與混合訊號代工服務供應商大約有70%的業務是來自於成長中的無晶圓IC設計公司。其餘的30%則來自IDM和OEM。

 

圖:代工業者預期明年市場可望出現兩位數以上的成長。
圖:代工業者預期明年市場可望出現兩位數以上的成長。

一些類比元件IDM已開始增加委外製造的比例。多年來,ADI一直把它的一些生產業務外包給台積電,這已經是公開的事實了。ADI還採用了Win Semiconductor公司的代工服務來生產砷化鎵IC。

但是,凌力爾特、Maxim及National等幾家公司強調,它們僅外包少量的業務給代工業者。

“凌力爾特計劃繼續投資其晶圓廠、封裝業務和最終測試業務,”該公司一位發言人說,“凌力爾特利用代工廠生產晶圓的比例還不到5%,未來也將仍持續這樣的委外製造比重。”

“類比元件IDM並不急於委外製造,”Gartner公司分析師Stephan Ohr表示。許多量小但專用的類比產品並不適合在代工廠生產,他說。

然而,像音訊類比/數位轉換器、數位/類比轉換器與D類放大器等具有數位電路的類比產品,目前都已在代工廠量產製造。

American Technology Research公司的分析師Doug Freedman指出,一般而言,類比IDM僅將其總產量約5%的業務外包給代工廠,但該領域現正開始發生一些微妙的變化。

類比IDM正“將更先進的產品需求轉移到代工廠,但他們也將繼續在公司內部逐漸增加產量或實現專用產品的生產,”Freedman說。

如Intersil和Semtech等公司正擴大與代工廠間的關係,但Freedman預測,這將不至於出現大規模的轉移。

“我認為類比IDM並不會放棄他們的晶圓廠,”Freedman說,“他們在自己的晶圓廠生產著幾千種類型的晶片,這些並不適用於代工模式。”

儘管如此,專業代工廠正準備迎接可能出現的類比元件製造榮景。Jazz Semiconductor不久前才宣佈加速其於類比與混合訊號代工廠市場的努力。Jazz公司的類比密集混合訊號(AIMS)計劃將推動其現有製程的發展,如專用的CMOS、BiCMOS、SiGe Bi-CMOS和高壓CMOS。

“未來的18個月內,Jazz將宣佈提供新製程和服務,以支援此一積極的計劃,”Jazz公司主席兼執行長Gil Amelio在宣佈該計劃時說。

除了推動其類比與混合訊號製程之外,德國X-Fab公司則採取了稍微不同的策略。該公司已經收購了幾家不同IDM的晶圓廠。1999年,X-Fab併購了TI在美國德州的晶圓廠;然後,又在2002年時併購了Zarlink Semiconductor公司在英國的晶圓廠。

去年,X-Fab收購了馬來西亞的代工供應商1st Silicon。今年初,X-Fab更收購ZMD AG的晶圓加工子公司ZFoundry。因此,ZMD將成為無晶圓廠的公司;而X-Fab則可為該晶片製造商提供代工服務。

“我們堅信,在未來的5到10年內,類比與混合訊號生產領域的合併趨勢將會持續,”X-Fab公司的Hartung表示,“許多IDM都在問:‘如何才能最佳化營運模式?’他們正積極尋求委外製造以便提高效率。我認為這是時勢所趨。”
‘輕晶圓廠’漸成主流 暗示IDM模式終結?

Crolles2聯盟的分崩離析,以及德州儀器(TI)決定為其日後的先進製程開發尋求代工夥伴,這兩大消息不禁使得業界分析師懷疑:整個半導體產業是否已經開始走向無晶圓廠的營運模式。

由於邏輯製程快速地商品化,因此晶片差異化的關鍵便在於IC設計本身,而非製造過程。因此,業界觀察人士紛紛臆測,哪一家整合元件製造商(IDM)將成為下一個徹底擺脫高成本晶圓廠,或者至少成為轉向‘輕晶圓廠’(fab lite)模式的公司?輕晶圓廠模式指的是僅在內部進行少量製造,而讓更多的製造任務轉交代工廠。

“毫無疑問地,IDM的商業模式已經過時。”倫敦ABN Amro銀行半導體分析師Didier Scemama表示,“那些在晶片領域排名前幾大的IDM廠商們,正逐步交出其於製程方面的控制權。”

“對於TI而言,32nm製程的複雜性、浸入式微影和重複圖形曝光等技術都太難了。”他並補充道,“製程方面的優勢很明顯地抵不上開發的成本。”

事實上,“如今製程技術根本不用自行開發,都可以完全外購而取得。”美國科技研究公司(ATR)分析師Doug Freedman認為,“很明顯的,晶圓代工廠有能力提供最先進的製程與產能。”

日前,Crolles2聯盟成員飛思卡爾半導體(Freescale)與意法半導體(ST)分別宣佈改變發展方向,而與其它晶圓廠或代工廠結盟。飛思卡爾業已加入了IBM公司的‘fab club’,而ST也計劃改變製造策略,在32nm節點上尋求與‘業界主導廠商’結盟。這對已經處於困境的Crolles2聯盟來說,無疑是雪上加霜。

“如果再考慮到先前恩智浦(NXP)半導體的退出,Crolles2已是名存實亡。”一位分析師歸結道。與此同時,TI更出人意料地宣佈,將放棄代價高昂的數位邏輯製程開發業務。TI表示計劃關閉位於美國德州達拉斯的200mm Kilby晶圓廠,並把設備轉移到的現有類比晶圓廠中。據悉,該公司還將在今年年底前裁員500人。

分析師們還指出,包括Cypress、IDT以及Spansion等其它主要的IDM廠商預計也將會調整其晶片製造策略。

 


F1: 因應深次微米的挑戰,晶圓代工廠與IDM業者形成了各種合作關係。

 

 

建設一座300mm晶圓廠的成本大約在50億美元或更高,再加上製程開發和IC設備成本的暴漲,使得IDM如果要想控制成本以便趕上摩爾定律的速度,就必須與代工廠密切合作,這似乎已成為一項艱難但又不得不然的選擇。

逐漸地,IDM不但會委由晶圓代工業者為其處理更多IC生產方面要求,更會包括一些研發工作。隨著時間的推移,製程技術將不再是許多晶片公司用以實現差異化的主要方法─至少在數位CMOS領域便是如此。相較於一向是競爭對手的無晶圓廠IC設計公司而言,IDM在製程技術方面將幾乎不具任何優勢,因為IC設計公司往往能從相同的代工廠中取得最先進的技術。

“IDM從製程源頭以及關係掌控者的身份,轉變為僅僅是一名客戶。”市場分析公司Future Horizons的執行長Malcolm Penn表示,“從這個角度來看,市場情勢將會產生大幅變化。當只有少數廠商掌握製程和製造技術時,價格就會上升;但是如果每個人都擁有相同的製程,如何能實現差異化呢?靠設計、還是靠在產品上執行的軟體呢?我想,那時差異化就會變成二階(second order)或甚至三階的問題了。”

TI與ST仍有可能會在某種特殊情況下建立晶圓廠,並在內部使用其授權的製程,這樣他們就能夠繼續製造先進的數位邏輯產品。如果情況的確實這樣的話,我們或許就可以看到它們朝向‘fab lighter’的模式轉移。

但是Penn堅持認為,製程開發和製造之間的關係是不可分割的。因此,TI和ST做此決定可能意味著,數位CMOS製程將在晶圓廠中逐漸式微。而在Penn的觀點看來,放棄製程開發將損害股東的長期權益。

“當晶片製造業務被三、四家晶圓代工廠壟斷後,他們會怎樣展開這場競賽?”Penn質疑道。

TI和ST這兩家公司都打算實現更特殊的製造製程,如類比和RF CMOS製程,但台積電(TSMC)和其它代工廠都早已經知道如何進行該製程了,ABN Amro的Scemama指出。藍牙晶片供應商CSR已經是CMOS RF方面的主導供應商了,而且它也是一家無晶圓廠的公司,他補充道。

強化合作關係

IC產業的變化快速,加深了該領域中企業夥伴間的合作,有時甚至還包括與競爭對手的合作,Gartner公司分析師Jim Hines指出。“我們預計在一段時間內,半導體製造商之間會產生更密切的合作關係。”他說,“而這種合作是必要的。公司與公司之間必須聯合才能不斷的成功。”

在2000年初,幾個大型的晶片聯盟組織紛紛成立,這使得供應商們可以彼此分擔半導體製造和製程開發時的風險與成本,Crolles2聯盟正是其中之一。2000年,ST和飛利浦半導體(現在的NXP)在法國成立了備受矚目的Crolles2聯盟,兩年後,飛思卡爾加入其中,隨後代工業巨擘台積電也簽約成為其合作夥伴。

但不久前,NXP透露在2007年底合約到期後將不再續約。取而代之地,它將與其長期代工夥伴台積電發展進一步的合作關係。

目前仍不清楚的是,TI和ST放棄先進的邏輯製程開發將會對International Sematech等組織,以及IMEC領導的大型團隊產生什麼樣的影響。這兩個組織都正準備開發32nm和22nm節點技術。

根據最新資料顯示,業界的10家公司均參與了IMEC的32nm CMOS研發計畫,其中包括英飛凌、英特爾、Micron、NXP、松下、奇夢達、三星、ST、TI和台積電。如果有半數成員由於缺乏持續的製程開發興趣而放棄該計劃,那麼剩下的五家公司便需負擔所有的研發費用,這可能會使得整個計劃不再那麼具有價值,而也可能使這些公司因而退卻到各自的起點。尤有甚者,這樣的改變還可能延緩整個產業的製程開發進展。

然而,IMEC的矽晶製程和設備技術部門營運長兼副總裁Luc Van den Hove反駁了這樣的看法, “我們還必須進行更多的研發工作,才能為像我們這樣彈性化的共同研發計劃開創更多的商機。”他還說道:“最近我們增加了對記憶體技術的關注程度,因此我們現在的核心計畫中已經包括了邏輯以及記憶體(包括快閃記憶體和DRAM)。”

同樣地,Van den Hove也不認為摩爾定律正邁向尾聲。“整體而言,特別是在記憶體方面,仍將存在著一股持續朝向微縮製程發展的巨大推動力。”他說道。

日本晶片製造商除了參與許多國際性聯盟組織以外,也在日本境內形成了各種的合作關係。去年,日立、瑞薩和東芝在建立合資代工廠的努力告吹後,旋即成立了一個45nm技術的三方聯盟。此外,東芝、Sony和NEC在2006年也成立了另外一個類似的合作關係。

“日本公司的合作方式的確令人質疑。他們試圖重組,但規模太小,進入時間也太晚。”ABN Amro的Scemama指出,“無論是要走向輕晶圓廠或無晶圓廠模式,你都必須擁有IP。”

作者:馬立得、蔡培德

 

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