前文中介绍了IDM模式、代工厂模式和无厂的设计公司模式,以及无厂芯片模式下的COT形式和ASIC形式。然而实际的公司运营并不是非黑即白。因芯片设计公司的产品种类异常繁多,对于上规模的公司,很难在同一制造、合作模式下管理和制造所有的产品。就如张忠谋先生曾说的一样,如今世上已经没有完全纯粹的IDM公司。
以下介绍3类芯片设计公司的其他表现和合作形式。
大型公司往往因为收购兼并、历史传承和业务需要而混合多种运营模式。比如德州仪器虽然是非常著名的IDM,但是据2020年年报,其仍然会向代工厂采购20%的芯片产品和外包40%的封测服务。
IDM使用混合模式较多出于以下原因:
(1)在经济形势好、产能吃紧,而没有资金计划或来不及新建工厂时,IDM可使用代工厂产能以补充自身产能的不足,当然这只能建立在工艺比较类似的基础上。事实上除了存储等特殊芯片,大部分代工厂的工艺已经接近或者超出IDM的平均水平,如果未雨绸缪做好计划,IDM完全可使用代工厂生产与自己工厂同样的产品。
(2)有一些大型IDM需要从成熟工艺到最先进工艺的多重组合。这些IDM可能继续运营自己拥有的,折旧完毕而运营成本较低的老工厂,继续使用成熟工艺,但是有很多多年积累下来特殊的器件设计,使得公司能够保持与同类产品的性能优势;而同时为应对摩尔效应带来的压力,使用来自代工厂的先进工艺来设计先进数字芯片而不用自己投巨资建设先进工厂。
(3)当经济形势下滑,工厂出现剩余产能时,可以出售一些自己的产能,进入代工模式。
(4)代工厂有时拥有IDM没有计划或者来不及开发的制造技术、器件和IP。事实上这往往是工艺相似的一些代工厂抢生意的重要卖点,比如我从前的产线所需要的隔离器件就只有一家代工厂可以提供,要是自己做可能得多花一两年时间。
(5)IDM可能收购无厂设计公司以补充自己的产品线,这些设计公司可能出于各种原因需要继续沿用以往的供应商。
如今其实大多IDM并不那么纯粹,多少都在使用代工厂的业务,甚至英特尔和三星也是如此,英特尔就是台积电非常大的客户。大型芯片公司几乎每年都有一定规模的业务重整,经常能看到出售老旧生产工厂、淘汰产品线或者收购兼并新业务的消息。使我忧虑的是很多已被欧美淘汰、毛利极低、市场萎缩的产品线被包装一番以后,又回到国内的科创板。
芯片设计公司的另一种模式称为虚拟IDM,代表了一种比外包更为深入的密切合作。此模式下的设计公司拥有自己的工艺设计,要求晶圆厂能够导入此特殊工艺,签订严格的保密协议,并且后续能像是同一家公司那样精诚合作,可能共同优化工艺、试产芯片,互相派驻人员等。有些芯片设计公司有自己的工程师和技术员驻扎在代工厂来管控自己的生产,等于是只租赁代工厂的设备和厂房。虽然有这样的合作关系,但是因为工艺是设计公司自有的,其在需要的情况下(如优化价格、增加产能时)可以随时与其他代工厂合作而增加自己供应链的灵活度。
虚拟IDM的优势是能够持续优化工艺,以满足自身芯片设计的需求,而使用代工厂普适的工艺平台往往无法达到性能、成本等总体的最优化。比如某代工厂的90nm标准工艺需要兼容数字、模拟、电源等多种芯片的制造,那么其可能不太愿意因为模拟芯片可以少用几层金属,就为其专门做优化,除非该模拟芯片的业务足够庞大。像TI和ADI的自研工艺,有在自己工厂生产的,也有在虚拟IDM模式下制造的,都为其自身的产品且已经优化了数十年以上,还有不同工厂可供选择。我自己看过一些细节,认为这两家最优的一些性能在代工厂还无法实现,有时很古老的工艺,可能有特殊的器件在最新的工艺上还无法支持。
读者可以想见,虚拟IDM的合作形式对设计公司的实力有一定要求。从前我与著名的代工厂上海华虹配合,华虹表示对客户的筛选方法就是需要对工艺非常了解,甚至要具有修改工艺的能力,这样华虹才愿意去配合。其实华虹也是借此来挑选自己的客户,希望客户品质较高,合作比较成功。否则如果代工厂对所有初创公司照单全收,都去支持,那显然非常浪费资源,而客户如果都使用同样的工艺,就只会造成在价格上而非性能上的内卷,对代工厂有害无益,代工厂也希望客户是比较赚钱的高端类型。
此种模式又称CIDM,其愿景是由不同设计公司投资建立工厂,并且产能共享,分担风险,甚至可以分享PDK和其他设计资源。
曾经类似此概念的案例是新加坡TECH合资公司,由德州仪器、新加坡政府、佳能和惠普共同投资来生产存储器,技术来自德州仪器,而佳能和惠普可以得到产能的保证,但其似乎不太成功,最后该合资公司被美光兼并。国内青岛的芯恩公司在推进CIDM的模式。
以作者的浅见,很多代工厂的设备和硬件都类似,其造成显著差异的往往是需要保密的PDK、IP、工艺、质量和其他软实力。几大股东集资来造厂看似比较美好,但是如果各有其他利益的实业,似乎很难形成资源的共享,肯定有利益冲突之处。诚然,台积电当初成立的初衷,是为中国台湾几家初创设计公司成立一个可以共享生产资源的工厂,而不是为每家各建一家工厂,但是情况已经今非昔比了,今天的设计公司不再为生产资源发愁。