6月21日英特尔宣布分拆代工业务,计划将设计与制造彻底分开,二者成为客户与供应商的关系。这次改旗易帜意味着这艘IDM旗舰在犹豫十年之后,终于放下设计与代工一把抓的包袱。分拆之后,英特尔设计的芯片可以像AMD那样让台积电代工,在台积电最新制造技术的加持下,它将有更多底气与AMD竞争;英特尔的代工也因为与芯片设计部分分离,彻底卸下了友商的身份,将有机会接到苹果的订单。一拍两散,反而全局皆活。
强大如英特尔也不得不对规律低头,国内IDM企业以及一心从Fabless转型IDM的企业,应该从中借得一二真昧。从纯粹IDM到Fabless+Foundry,是半导体产业经典进化路线。从产业发展史和分工趋势看,专心做Fabless或Foundry,都比IDM效果好。从生产力发展的大维度看,产业分工越细生产效率越高是被广泛验证的真理,半导体自然也不是产业规律的“法”外之地,中国半导体更没有特殊可讲。
什么是IDM?
IDM是指Integrated Device Manufacturing,整合设备生产模式,是芯片领域的一种设计生产模式,这种模式白话说就是啥都自己做,从芯片设计、制造、封装到测试,一家公司覆盖整个产业链的模式。这样的模式对公司实力的要求非常高,全球也只有有数的几家公司有这样的实力,如英特尔、三星,德州仪器等超大型公司。与IDM对应的还有2种模式,Fabless模式和Foundry模式。
Fabless
Fabless是指无工厂模式,就是只做芯片设计和销售,其它环节全都使用外部资源,使用这种模式的有高通、联发科等公司。之前华为也是这种模式,在上下游产业链配合比较好的条件下,可以使用这种模式,很明显,在美国的打压下,华为逐渐不具备使用这种模式的条件。
Foundry
Foundry是指代工厂模式,就是不负责芯片设计,只进行芯片生产的模式,这类厂商处于产业链的下游,根据上游厂商的设计方案进行代工生产,这类公司有台积电、格罗方德、联华电子、中芯国际等。
其实芯片产业链中还有一个环节OSAT,封装测试环节,但由于处于产业链的最下游,对芯片设计生产模式也基本无影响,所以并没有把它单独列为一种设计生产模式。
IDM模式的转变
回顾芯片产业发展历程,在上世纪60年代起步初期,行业厂商均采用的是IDM运营模式,即芯片设计、制造、封测都由自己完成。
经过多年的发展,随着以台积电为代表的Foundry的兴起,给产业模式带来了新的冲击。过去20年,“Fabless+Foundry”模式成为半导体行业发展的主要推手。
根据IC insights数据统计,在1999-2020年间,相对于IDM厂商,全球前50 Fabless厂商的总营收增速更快、年平均增速达13.0%。Fabless厂商在其细分行业的市场占有率和话语权随之稳步提升。
而作为IDM模式中流砥柱的模拟芯片市场,也正在迎来新的波动。
不同于数字芯片对先进工艺制程和分析处理能力的持续追求,模拟芯片重在安全而精确地实现单一功能,更追求产品稳定性。
由于模拟芯片影响着信号处理、信号转换和电力调节等基础性性能,在电子终端中,可将模拟芯片比作下层基础而将数字芯片比作上层建筑,即:数字芯片决定着终端设备的高端化程度,而模拟芯片影响着终端设备的基础性能和数字芯片功能实现的稳定度。
因此,在生产模式上,模拟芯片与数字芯片有很大不同,相较于以Fabless+Foundry模式见长的数字芯片厂商,IDM是模拟芯片厂商比较倾向的模式,以TI、ADI、瑞萨电子和安森美半导体等为代表的全球前十的模拟厂商均采用IDM模式。
IDM模式中,模拟厂商可以针对产品需求来调试自身的工艺,让设计和工艺的结合度更紧密。此外,IDM公司还可以同步开展产品设计和工艺研发工作,研发设计部门和制造部门快速沟通,缩短开发时间。
而如今,随着IDM运营模式下成本的大幅提升和第三方代工厂的崛起,模拟芯片行业的“树林”里分出了两条路。
一众模拟IDM大厂转向Fablite
与TI相比,随着产业发展的变化,ADI、安森美、瑞萨电子等模拟大厂选择将相当大的一部分产能外包给代工厂,由传统的模拟IDM逐渐走向了Fablite模式。
Fablite模式是指IDM+Fabless的综合,是一种轻晶圆模式,即IDM企业将部分制造业务转由协力厂商代工,自身则保留一部份制造业务。
Fablite模型由IDM演化而来,是企业降低投资风险的一种策略。
实际上,早在10年前,Fablite模式已经被提出。据IC Insights调查显示,在2014年之前的5年里,全球有72家晶圆厂被关闭,其中8英寸和6英寸晶圆厂高达65%,12英寸晶圆厂占11%。这意味着全球半导体行业不愿意承受巨大的产能压力,正在走向Fablite或Fabless。
当时欧洲的模拟芯片企业先知先觉,比如恩智浦、ST和英飞凌等,都较早开始实施Fablite策略。比如2015年恩智浦收购飞思卡尔后,就很少再展开其他大的收购,更多时候是不断剥离一些业务。ST和英飞凌等也都执行Fablite策略,出于利润最大化的考虑将部分产能委外代工。
日本在过去几年间陆续关停了大量晶圆厂。去年瑞萨电子宣布,2022年将关闭位于日本山口县的6英寸晶圆制造厂,将部分能转移到其它8英寸厂,部分产品停产。实际上2020年时,瑞萨就已经宣布关闭其位于高知县的6英寸晶圆厂。
瑞萨高管Sailesh Chittipeddi表示,虽然公司依然坚持芯片自主制造计划,但先进工艺节点会选择外包给台积电等代工厂。他说:“从长远来看,更先进的节点我们将不得不依赖第三方,对于任何比成熟工艺的40纳米更高级的芯片,我们都必须依赖代工合作伙伴。”
即使在经历了2021年全球芯片产能短缺问题后,瑞萨电子也表示,即使日本政府推动振兴本土半导体制造业,仍会选择将先进的工艺节点外包给台积电等代工厂,专注于成本控制。
近日,瑞萨电子在媒体沟通会上强调了其一直坚持的Fablite策略,增加了前端和后端流程的外包占比。截至2022年,瑞萨电子自产比例不到一半,前后端工艺均为40%。
瑞萨电子总裁兼首席执行官Hidetoshi Shibata表示,“瑞萨将继续投资自己的工厂,但总体而言,将提高代工/OSAT 外包的比例。尤其是前端工艺,我们会让自己工厂和代工厂的定位更容易理解。” 例如,先进的工艺使用代工厂。对于更成熟的工艺将使用自己工厂和代工厂的“混合模式”。
安森美近期也在转变策略,由传统IDM模式向更加灵活的Fablite模式转型。近年来,安森美已经卖掉了其位于美国缅因州南波特兰、比利时Oudenaarde、爱达荷州波卡特洛的200mm晶圆厂,以及位于日本的新泻工厂。
同时,安森美逐渐退出小规模晶圆厂,将重心转向300mm晶圆的产能,并提高通用封装后端厂的灵活性,进一步加大该部分的外部产能,其外部产能从2021年的34%增加到现在的约45%。
这种转型再叠加公司其他的战略调整,让安森美过去几年获得了不错的业绩表现。2022财年,安森美收入同比增长24%至创纪录的83亿美元,毛利率亦创新高。
本土功率IDM大厂,不甘示弱
对本土半导体厂商来说,IDM厂商是相对稀有的,因为建造晶圆产线的费用实在过于昂贵,不是普通的中小企业可以负担得起的,即便如此,我国依然有不少功率IDM厂商,这与功率半导体本身的产业性质有着莫大的关系。去年,在一众海外功率半导体厂商不断涨价,和延长交货的影响下,本土功率IDM厂商开始崭露头角,迎来了前所未有的发展新机遇。今年下半年,面对半导体产业寒冬,他们的扩产势头也是丝毫不减。
10月14日,士兰微披露再融资预案,65亿元募集资金将用于SiC功率器件生产线等项目的建设。公告显示,SiC功率器件生产线建设项目投资总额为15亿元,在士兰明镓现有芯片生产线及配套设施的基础上,通过购置生产设备提升SiC功率器件芯片的产能,用于生产SiC MOSFET、SiC SBD 芯片产品;项目达产后,将新增SiC MOSFET芯片12万片/年、SiC SBD芯片2.4万片/年的生产能力。
另一家功率巨头时代电气则投资百亿元扩产功率器件项目。9月底时代电气发布公告称,控股子公司中车时代半导体拟投资中低压功率器件产业化建设项目,项目投资总额约111.2亿元,主要投资项目包含宜兴子项目和株洲子项目。其中,宜兴子项目投资金额约58.3亿元,产品主要用于新能源汽车领域;株洲子项目投资金额约52.9亿元,产品主要应用于新能源发电及工控、家电领域。
从时代电气最新一季度的财报来看,其业绩确实十分喜人。今年前三季度时代电气实现营业收108.76亿元,同比增长27.56%,其中新兴装备产品收入同比增长约1.37倍,细分来看,时代电气功率半导体器件实现营业收入12.92亿元,同比增长77.82%,可以说实现了飞速增长,也从侧面证实了功率半导体的景气市场。
除了扩产外,近期不少IDM大厂的功率半导体项目也取得了新进展,比如长沙比亚迪半导体8英寸汽车芯片生产线9月5日顺利完成安装,并启动生产调试预计10月初正式投产;9月,捷捷微电高端功率半导体项目主体已完工。捷捷微电曾在今年上半年发布公告称,将在“高端功率半导体产业化建设项目”的基础设施及配套的基础上,建设总投资约6.5亿元的二期项目,拟采用芯片线宽0.13微米先进工艺制程。
对中国的启示
Fab与Fabless分离已经有相当多的成功案例了。AMD将晶圆制造业务剥离出售成为Fabless企业,才有了今天十大代工厂中的GlobalFoundries。高通从成立之初就坚定地选择Fabless模式,小步快跑成长为今日之巨头。为了解决产能焦虑,高通的思路是选择绑定Foundry的产能,使自己能够灵活应对市场需求的变动。英飞凌、恩智浦、TI等IDM巨头也在纷纷转型Fablite。
这些案例几乎耳熟能详,其中的道理大家也都懂,但家家都有本难念的经。否则英特尔也不会拖到今天。而国内企业各有自己的特殊情况,所以才有了各种Fabless却不断有转型IDM的冲动。
国内Fabless有充分的诉求,一方面,自建Fab可以解决产能紧张时期,小体量Fabless产品的产能问题。另一方面,自建Fab可以灵活应对产品需求的快速变化,从设计和Fab两头提升研发效率。所以这些Fabless拥有Fab的想法无可厚非。
但有利因素综合起来没有风险那么大,自建Fab投资大、周期长,会造成设计公司资金、精力的分散,短期内影响设计公司实力提升,在调整周期影响企业生存。
第一,Foundry是开放式平台,拥有技术多元化、产品多元化、客户群体多元的优势,因此对其产能的需求属于“东方不亮西方亮”。相比之下,IDM企业产线是为了满足自身产能需求,产品单一,客户更是唯一,受市场需求变动和企业自身经营状况的影响较大。尤其是在市场需求不景气的情况下,IDM产线闲置风险高。当市场需求旺盛且企业竞争力强劲的情况下,IDM产线会满载;但进入产能过剩期,IDM产能空置的风险就陡然升高。在海外,IDM多是巨头选择的方式。而国内设计公司的体量还远没有海外巨头大,其工艺水平、风险抵御能力都还有所欠缺。
第二,国内IDM企业体量小,多为单一产品,产能需求不大。产线则讲求规模效应,很多IDM企业多年内难以收回产线投资。粗略估算建设一条12吋生产线需要20亿美元起步,后续还要扩大产能,每年还需要投入高昂的研发和运营费用。即便是英特尔这样的老牌IDM巨头,在先进工艺研发突破上也难以凭一家之力,不得不下场做起“Foundry”。
第三,国内的Fabless规模都很小,营收超过十亿美元的企业只有少数,产能需求较小,其向IDM转型仅是一时的需求。若身上真压上个Fab,则犹如小马拉大车。设计公司如果对Fab控股过多,则会造成较大拖累,进而整个国内设计业进步速度也堪忧。
总之,不能因为一时产能需求,而背上长期的包袱。如果担心市场多变,未来产能紧张,可以学习高通提前锁定产能的模式。这笔账很好算,锁定产能要花多少钱,自建产能又要花多少钱?