淺談英國ARM公司的IP授權模式

2021年2月22日，大概從2020年第三季度時，各大晶圓廠產(chǎn)能緊缺的消息層出不窮，而最近美國得克薩斯州因為暴雪襲擊造成了電力短缺，從而導致三星、NXP、英飛凌等廠商的工廠陸續(xù)停工。這在加劇產(chǎn)能緊張的同時也大大沖擊了眾多無廠模式的芯片公司，而像Intel這樣的有廠模式公司則受到相關的影響較小。近期Intel新任CEO帕特·蓋爾辛格表示：“我們2023年的大部分產(chǎn)品將會在內部制造?！边@其實也暗示著Intel很有可能不會走向：“無廠模式”的發(fā)展道路。而業(yè)界其它很多半導體公司早已走上了無廠模式的發(fā)展道路，比如AMD、NVIDIA、華為。那么在這次晶圓廠產(chǎn)能緊缺的沖擊后無廠模式還會是半導體行業(yè)的未來嗎？

什么是無廠模式？

芯片廠商的工作可以大致分成兩個部分，芯片的設計和芯片的制造。芯片設計對工作場所要求不太高，而芯片的制造則需要晶圓廠。無廠模式也就是指沒有晶圓廠，芯片的制造工作外包給其它廠商?；蛘哂靡粋€更加流行的詞來形容，就是OEM（Original Equipment Manufacturer）。

以AMD的銳龍 9 5950X 臺式處理器為例，芯片的設計部分是由AMD完成的，而芯片的制造則是由像臺積電（TSMC）這樣的晶圓代工廠進行的。因此AMD就是一家無晶圓廠模式公司。

業(yè)界除了無廠模式，還有IP授權模式和IDM模式。

英國ARM公司的IP授權模式主要分為三種：

1、使用層級授權-可使用封裝好的ARM芯片，而不能進行任何修改。

2、內核層級授權-可基于購買的ARM內核進行芯片開發(fā)。設計，有一定的自主開發(fā)權。

3、架構/指令集層級授權-可對ARM架構進行改造，甚至對ARM指令集進行擴展或縮減。

拿學生完成作業(yè)舉個例子吧，班上有個學習比較差的同學叫小明，他找學霸要作業(yè)來抄。學霸的作業(yè)寫得非常好，所以他原封不動抄了，然后改了個名字交上去了（找晶圓廠流片），這是使用層級授權。但是后來，學霸覺得這樣直接抄不太好，所以之后只給小明抄主要的公式，最后的數(shù)據(jù)以及其它部分需要小明自己完成，這是內核層級授權。最后，學霸覺得授人以魚不如授人以漁，所以開始教小明好好學習，對于作業(yè)只教給小明基本的解題思路，剩下的都要由小明去完成，這是架構/指令集層級授權。由此可見，架構/指令集層級授權開發(fā)難度是最大的，但自由度也是最高的。

IDM模式是指涵蓋了IC設計、IC制造、封裝測試等各個環(huán)節(jié)的廠商，簡單來說就是自己設計自己制造，一條龍生產(chǎn)。像Intel、三星就是比較典型的IDM廠商。

無廠模式的優(yōu)勢

隨著半導體工藝的進步，先進工藝的各種成本越來越高。如果想要組建一個先進的晶圓廠，就需要花費高昂的費用去購買各種先進的半導體生產(chǎn)設備。同時后期設備的維護、折舊，以及新工藝的開發(fā)還需要消耗更多的資金。

另一方面就是產(chǎn)能分配了，對于晶圓廠來說，要想獲得更高的利潤就需要讓晶圓廠的設備滿負荷運行。而在過去的有廠模式下，自家的芯片訂單往往不能占滿自家晶圓廠的產(chǎn)能。雖然有些廠商也在出售晶圓和部分晶圓廠產(chǎn)能，但還是不能使晶圓廠的資源得到充分的利用，造成了資源上的浪費。

舉個例子，我們打車回家一次的費用是20元，但如果是自己開車回家的話可能就是3塊的油錢。無廠模式就像每天打車回家的人，而有廠模式則是自己開車回家的人。如果要自己開車回家的話，首先就需要花幾萬甚至十幾萬買一輛車，同時維護車輛還需要一定的費用支出。這就像組建一個晶圓廠需要高昂的費用一樣。

那么這種情況買不買車呢？回家的次數(shù)就很重要了，如果經(jīng)常回家肯定是買車合算，因為自己開車的單次成本會比較低。但如果回家次數(shù)少呢，那肯定打車合適。

其中x軸為坐車次數(shù)，y為費用，紅線為買車方案，綠線為打車方案

粗略計算一下吧，假設上下班打車一次花20元，買車需要8萬元，開車回家則是3元油錢，一年工作日為251天（以2020年為例），一天往返兩次。那么你如果選擇買車并且只是用來上下班的話至少需要9年才能比打車更省錢。因此在半導體行業(yè)“造不如買，買不如租”的策略非常盛行。

另外對于大多數(shù)廠商來說產(chǎn)能肯定是用不完的，把部分產(chǎn)能賣出去也是一種止損的方式，就像買了汽車之后回家路上接順風車的生意。

所以這就造成了很多廠商走向了無廠模式，對于新廠商來說，他們可能真掏不起買車的成本，無廠模式顯然能夠降低創(chuàng)業(yè)的資金門檻。而對于一些老牌廠商來說，自己的晶圓廠產(chǎn)能利用率低，而且更新?lián)Q代成本也很高，那么逐漸放棄晶圓廠走向無廠模式也是個不錯的主意。因為這些原因，無廠模式逐漸變?yōu)榱藰I(yè)界的主旋律。

IDM模式（有廠模式）

雖然無廠模式逐漸變?yōu)榱藰I(yè)界的主旋律，但有廠模式也絕非一無是處。

首先隨著半導體工藝的進步，先進工藝的代工費用越來越高。如果芯片制造外包給晶圓廠，那這就是費用。但如果這部分由自己制造，那就是利潤。

三星就是比較典型的例子，在2020年晶圓代工廠營收排名中三星排名第二，僅次于排名第一的臺積電。三星的晶圓廠不光能給自己造芯片，同時也為其它芯片設計公司提供代工服務，比如英偉達的RTX 30系顯卡核心芯片就是由三星制造的。

比起有廠模式，無廠模式還有一個弊病，那就是芯片制造外包給晶圓廠時，需要等待排期。每個晶圓廠的產(chǎn)能是有限的，因此其它廠商來找晶圓廠造芯片是需要排隊的，因此就給最終產(chǎn)品上市以及供貨帶來不可控因素。典型的問題就是產(chǎn)品缺貨，比如像去年的英偉達顯卡缺貨。對于這種問題，像自有晶圓廠的Intel應對起來就會自如很多。

芯謀研究的顧文軍就在微博上發(fā)文表示，“一個設計公司的老總為了拿到產(chǎn)能竟然給代工廠的高管下跪！”

有廠模式的另一個優(yōu)點就是可以獨占先進工藝。對于芯片產(chǎn)品來說，設計和制造，二者得一可得天下。對于無廠模式來說，大家都只能選擇代工晶圓廠，因此在芯片制造方面都處于同一水平線上，所以只能通過設計來提升產(chǎn)品競爭力。但有廠模式就不同了，因為自有晶圓廠，所以可以采用和其它代工廠不同的工藝。當自家晶圓廠工藝水平超過代工晶圓廠時，自家的產(chǎn)品必然從中獲益。

但這其實也是一把雙刃劍，自有晶圓廠的技術需要在業(yè)界保持領先才能獲得這樣的優(yōu)勢，如果技術被其它代工廠超過，則會成為自家產(chǎn)品的劣勢。同時因為技術標準不同，短時間內還不可能將自家產(chǎn)品轉移到其它代工廠進行生產(chǎn)。簡而言之就是有廠模式需要承擔半導體工藝開發(fā)失敗的風險，而無廠模式則不需要承擔此風險。

未來之路

如果要對比無廠模式和有廠模式，大家很容易想到Intel和AMD。但是在這場對比中也許應該加入一家公司，那就是華為。華為海思長期采用的就是無廠模式，其芯片主要由臺積電制造。之前的華為吃到了無廠模式的甜頭，無廠模式降低了進入半導體行業(yè)的資金門檻，也給華為省下了建晶圓廠和開發(fā)先進工藝的錢。

但在美國一紙禁令之后，就被芯片制造卡了脖子。那么對于此時的華為來說，無廠模式已經(jīng)不香了。

Xilinx（賽靈思）作為無廠化的早期推行者，當時計劃“在年收入達到5000萬美元時自建晶圓廠，并確?？傆械诙檀！钡请S著工藝的不斷進步，不少晶圓廠發(fā)展的速度開始變慢甚至停滯，對于華為來說已經(jīng)很難找到第二供應商了。

無廠模式如果從供應鏈的角度看，其在風險控制方面具有先天缺陷。芯片制造押寶在其它公司始終是有風險的，即使遇不到像華為這樣的斷供情況，就地漲價和延期交付也會造成不小的麻煩。

對于芯片制造行業(yè)，一定要把高端芯片制造同普通芯片制造劃分清楚，這個觀點其實很多人比較模糊。高端芯片制造行業(yè)是塊蛋糕，因為技術資金的門檻問題，這不是所有人都能吃到的蛋糕。而普通芯片制造是塊饅頭，直至今日成熟工藝的市場份額占比依舊很高，腳踏實地吃這塊饅頭是餓不死的。我們真正該注意的是一些拿著造饅頭的機器但卻想吃蛋糕的人。

對于未來，可能會涌現(xiàn)出極少數(shù)從事高端芯片制造的企業(yè)，但大多數(shù)還是只能從事普通芯片制造。即使有些芯片設計廠商想要染指芯片制造行業(yè)，也很可能在相當長的時間里只能制造普通芯片而非高端芯片。
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