2023年9月6日 星期三

設計與製造分離,認識半導體產業結構的第一步(Smart投資半導體)

本書除了說明半導體製程,同時點出其中的具潛力的企業,讓你不再憑感覺買股票,鍛鍊你的投資腦,從此不再困惑為何買進的企業營收上漲,股價卻下跌,看懂半導體族群股票漲跌原因,扎實、安心賺進投資報酬。本篇只介紹「設計與製造分離,認識半導體產業結構的第一步」。

半導體產業發產的初期,由一家企業同時完成設計和製造並非難事。但隨著生產半導體時所需要的設備投資愈來愈大,對多數半導體業者而言,在產品銷售之前就要進行大規模的投資,本身就是一個相當大的風險考驗,若未來產品銷售不力,可能會造成企業倒閉。

因此,半導體產業開始逐漸將設計與製造的領域分開,原先一手包辦設計和製造的IBM和AMD也開始放棄製造領域,只專注於設計的部分。所以在投資半導體產業時,就必須相當清楚自己想要投資的企業屬於哪一種半導體領域。

晶片專業化,催生IC設計公司

第一家無晶圓廠公司(IC設計公司),是成立於1969年的LSI計算系統公司。而在1970年代至1980年代,無晶圓廠公司(IC設計公司)的市場開始大幅成長。無晶圓廠公司(IC設計公司)所開發的產品並不是有形的產品,而是無形的設計資產,這樣的設計資產稱作IP(矽智財)。

IP(矽智財)可以是一張最終完成的晶片設計圖,但業界更常見的會是劃分晶片內部的主要功能區塊來設計,或是除了特定的硬體之外,還包括控制其他電路訊號,跟其他元件連接的介面功能。

實際上,無晶圓廠公司(IC設計公司)大量使用IP(矽智財),是為了可以重複使用滿足特定功能的功能模組,在這過程中,會讓設計的某些部分標準化。儘管,無晶圓廠公司(IC設計公司)可能會重新製造IP(矽智財)模組,但他們也會大量採用現有的IP(矽智財)模組來開發晶片。

IP:壯大半導體產業的原動力

IP(矽智財)是從1990年代中期開始正式被引進,隨著半導體製程逐漸微型化,2000年代以後,一個晶片裡有超過1000萬個電晶體,也使得設計變得更加複雜。因此,晶片漸漸邁向區塊化,每家企業會專注在自己專門的技術領域去強化設計。

在這種氛圍下,開始出現有一些企業只專注於開發IP(矽智財),而不把晶片設計出來,並以授權出售IP(矽智財)的方式為主要收入來源。最具代表性的公司就是安謀(ARM)與新思科技、高通、博通等企業。

因此,對於無晶圓廠公司(IC設計公司)而言,能夠多方面運用其他企業IP(矽智財),是很重要的能力。縮短開發週期,短時間內研發新一代產品是無晶圓廠公司(IC設計公司)的競爭優勢,但如果要從頭到尾設計出晶片所有的功能區塊,勢必會花上很長一段時間。

此外,不用其他企業的IP(矽智財),單純自行研發晶片的話,也可能會出現相容性的問題。基於上述原因,這些IC設計公司在設計晶片時,會盡可能使用已經開發設計好的IP(矽智財)模組,但問題是每使用一次其他企業的IP(矽智財),就必須另外付費。

無晶圓廠公司(IC設計公司)與晶圓代工廠的連接點——IC設計服務公司

無晶圓廠公司(IC設計公司)主要設計的是「晶片的演算法」,而這些設計圖幾乎不包含製造程序的相關細節。因此,在正式製造晶片之前,需要重新繪製一次製造程序的設計圖。在早期IC設計公司還可以自己包辦,但隨著半導體製造技術愈來愈複雜,開始有了專門從事再設計的企業,即是IC設計服務公司。

透過擁有豐富、專業設計經驗的IC設計服務公司,就可以將委託製造後量產失敗的可能性降到最低。此外,他們以統合各種設計圖面為起點,代為進行設計驗證作業,同時也會製作生產晶片時需要的光罩。另外還會制定演算法,以利進行晶片完成之後的性能測試。

IC設計服務公司為了繪製製造程序的設計圖,就必須與晶圓代工廠分享一定數量的製程相關資訊,也因此,晶圓代工廠與IC設計服務公司之間,必須建立深厚關係。也因為這樣,無晶圓廠公司(IC設計公司)在委託晶圓代工廠製造的過程中,通常會與晶圓代工廠指定的IC設計服務公司配合。

在半導體產業初期,其實完全不需要IC設計服務公司,但是隨著半導體製程愈來愈複雜,晶片的種類也愈來愈多,才開始有專業的公司負責。台積電是擁有全世界最先進的半導體製造技術,以及最優秀的IC設計服務輔助的企業。台積電與台灣的創意電子、世芯-KY等八家國際IC設計服務公司建立了緊密的關係,組成了價值鏈聚合聯盟。

結語

此書將IC設計公司、IP(矽智財)和IC設計服務公司之間的關係解釋的很清楚,想進一步瞭解細節的讀者,可去參閱這一本書。

IP(矽智財)公司,台灣較有名的,例如:力旺(3529)是嵌入式記憶體IP;M31(6643)是高速介面IP(USB、PCIe)和類比IP。

IC設計服務公司,台灣較有名的,例如:創意(3443)和智原(3035)。特別的是,創意是台積電轉投資,而智原是聯電轉投資。如書中所說的「晶圓代工廠與IC設計服務公司之間,必須建立深厚關係。」


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