這樣來講IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，文科生都懂！ - 全文

我敢保證，這將會(huì)是你最容易看懂的 IC 產(chǎn)業(yè)介紹之一。

到底 IC 芯片是怎么被設(shè)計(jì)出來的呀？況且制造完，后又是誰要負(fù)責(zé)賣這些芯片呢？換個(gè)說法，這或許也該解讀成、那到底是誰委托晶圓代工廠代工做這些芯片呢？聽說… Intel 的經(jīng)營模式屬于 IDM 廠商、高通和發(fā)哥叫 Fabless，而他們兩種模式都會(huì)賣 IC 芯片？！ 但臺(tái)積電不賣芯片？！ 這些 IC 產(chǎn)業(yè)新聞一天到晚出現(xiàn)的專業(yè)術(shù)語到底是什么意思呢？

藉由理解這幾家廠商不同的定位與利基點(diǎn)，我們將能進(jìn)一步了然這些廠商彼此間的競合策略。

本篇先為大家做個(gè)小概覽，讓讀者能夠完全理解 IC 產(chǎn)業(yè)會(huì)用到的專業(yè)名詞和產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系。

什么是IC ？

IC 的中文叫「集成電路」，在電子學(xué)中是把電路（包括半導(dǎo)體裝置、組件）小型化、并制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。所以半導(dǎo)體只是制作 IC 的原料。

因?yàn)槭菍㈦娐房s小化，你也可以叫它「微電路 （microcircuit）」、「微芯片 （microchip）」、「芯片 （chip）」。

也就是說，***媒體常稱的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，正確一點(diǎn)來說應(yīng)該叫 IC 產(chǎn)業(yè)鏈，包括「IC設(shè)計(jì)」、「IC制造」、「IC封裝」。

因?yàn)樵?IC 設(shè)計(jì)和封裝的環(huán)節(jié)，都不會(huì)碰到半導(dǎo)體?。≈攸c(diǎn)是那顆IC！

IC 設(shè)計(jì)的廠商包括發(fā)哥 （MTK）、聯(lián)詠、高通，展訊等，也就是PTT鄉(xiāng)民常稱的豬屎屋 （Design House）。

IC 制造有臺(tái)積電、三星、Intel；封裝則有日月光和硅品等廠商。

什么是 IC 設(shè)計(jì)廠？

芯片根據(jù)功能有很多種類，比如計(jì)算機(jī)的 CPU、手機(jī)的 CPU 等等。就連電子手表、家電、游戲機(jī)、汽車… 等電子產(chǎn)品中也有自己的 CPU芯片。

可以說 IC 芯片是當(dāng)仁不讓的數(shù)字時(shí)代基石啊！

等等，你說你不清楚什么是 CPU？CPU （CentralProcessing Unit） 又稱中央處理器、處理器，是驅(qū)動(dòng)整臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)作的中心樞紐，就像是計(jì)算機(jī)的大腦；若沒有CPU，計(jì)算機(jī)就無法使用。

我們平?？吹降挠?jì)算機(jī)或手機(jī)接口只是「屏幕」，實(shí)際上真正運(yùn)行的是 CPU 。它會(huì)執(zhí)行完計(jì)算機(jī)的指令、以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)后、再輸出到屏幕上面顯示出來。（手機(jī)就是一臺(tái)小計(jì)算機(jī)）

IC 設(shè)計(jì)公司的營運(yùn)重心，包括了芯片的「電路設(shè)計(jì)」與「芯片銷售」的部分。

比如高通設(shè)計(jì)完芯片電路、命名為「Snapdragon」后，再交由三星代工晶圓制造、再交由日月光代工封裝芯片與測試。

待成品完工后，再送回高通進(jìn)行產(chǎn)品銷售，和小米或三星等手機(jī)廠商洽談新一代的手機(jī)機(jī)種、有哪些要使用Snapdragon 芯片。

最后你身為消費(fèi)者，就會(huì)看到小米推出紅米 Note 4X手機(jī)，搭載了高通 Snapdragon 625 芯片、或三星的 S8 搭載了 Snapdragon 835 芯片了。

***的 IC 設(shè)計(jì)的廠商包括了聯(lián)發(fā)科 （MTK， 發(fā)哥）、威盛、矽統(tǒng)。聯(lián)發(fā)科專門設(shè)計(jì)手機(jī)的通訊芯片，威盛、矽統(tǒng)則專攻計(jì)算機(jī)芯片組市場。

這些 IC 設(shè)計(jì)廠商由于沒有自己的晶圓廠，也被稱為Fabless、或無廠半導(dǎo)體公司。這究竟是什么意思呢？

早期，半導(dǎo)體公司多是從IC設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試到銷售都一手包辦的整合組件制造商（Integrated Device Manufacturer， 俗稱 IDM）。

IDM 廠包含了如英特爾 （Intel）、德州儀器 （TI）、摩托羅拉（Motorola）、三星 （Samsung）、飛利浦（Philips）、東芝 （Toshiba），以及國內(nèi)的華邦、旺宏。

然而，由于摩爾定律的關(guān)系，半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)和制作越來越復(fù)雜、花費(fèi)越來越高，單獨(dú)一家半導(dǎo)體公司往往無法負(fù)擔(dān)從上游到下游的高額研發(fā)與制作費(fèi)用。

因此到了1980年代末期，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸走向?qū)I(yè)分工的模式──有些公司專門設(shè)計(jì)、再交由其他公司做晶圓代工和封裝測試。

其中的重要里程碑，莫過于 1987 年臺(tái)積電 （TSMC） 的成立。

由于一家公司只做設(shè)計(jì)、制程交給其他公司，容易令人擔(dān)心機(jī)密外泄的問題 （比如若高通和聯(lián)發(fā)科兩家彼此競爭的IC設(shè)計(jì)廠商若同時(shí)請(qǐng)臺(tái)積電晶圓代工，等于臺(tái)積電知道了兩家的秘密），故一開始臺(tái)積電并不被市場看好。

然而，臺(tái)積電本身沒有出售芯片、純粹做晶圓代工，更能替各家芯片商設(shè)立特殊的生產(chǎn)線，并嚴(yán)格保有客戶隱私，成功證明了專做晶圓代工是有利可圖的。

因此，我們可以根據(jù)上面提到的歷史淵源與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將現(xiàn)有的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的廠商分成幾種主要的模式：

1. IDM （整合組件制造商） 模式

（1） 領(lǐng)導(dǎo)廠商

Intel、德州儀器 （TI）、三星

（2） 特點(diǎn)

集芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試、銷售等多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一身。

早期多數(shù)芯片公司采用的模式。

需要雄厚的運(yùn)營資本才能支撐此營運(yùn)模式，故目前僅有極少數(shù)的企業(yè)能維持。比如：

三星雖有自己的晶圓廠、能制造自己設(shè)計(jì)的芯片，然而因建廠和維護(hù)產(chǎn)線的成本太高，故同時(shí)也為 Apple 的iPhone、iPad 的處理器提供代工服務(wù)。

近日Intel 由于自身出產(chǎn)的行動(dòng)處理器銷售不佳，也有轉(zhuǎn)向晶圓代工廠的趨勢(shì)。

（3） 優(yōu)勢(shì)

能在設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)達(dá)到最佳優(yōu)化，充分發(fā)揮技術(shù)極限。

比如你就會(huì)看到 Intel 常常技術(shù)領(lǐng)先。

能有條件率先實(shí)驗(yàn)并推行新型的半導(dǎo)體技術(shù)。

Intel 獨(dú)排眾議采用 Gate-Last 技術(shù)、鰭式場效晶體管 （FinFET），后才引起其他廠商爭相復(fù)制。

2. FOUNDRY （代工廠） 模式

（1） 領(lǐng)導(dǎo)廠商

臺(tái)積電（TSMC）、聯(lián)電、日月光、矽品

（2） 特點(diǎn)

只負(fù)責(zé)制造、封裝或測試的其中一個(gè)環(huán)節(jié)。

不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)。

可以同時(shí)為多家設(shè)計(jì)公司提供服務(wù)，但受制于公司間的競爭關(guān)系。

比如產(chǎn)線若沒做到完全的獨(dú)立性，則有相當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)會(huì)外漏客戶的機(jī)密。

（3） 優(yōu)勢(shì)

不承擔(dān)商品銷售、或電路設(shè)計(jì)缺陷的市場風(fēng)險(xiǎn)。

IC 設(shè)計(jì)商才是做品牌營銷、賣芯片產(chǎn)品的。

做代工，獲利相對(duì)穩(wěn)定。

（4） 劣勢(shì)

仰賴實(shí)體資產(chǎn)，投資規(guī)模甚巨、維持產(chǎn)線運(yùn)作的費(fèi)用高。

臺(tái)積電對(duì)于 10 奈米級(jí)的投資金額約達(dá)臺(tái)幣 7，000 億元，對(duì) 3奈米 5奈米等級(jí)的投資金額亦已達(dá)5，000 億元、后續(xù)尚在增加中?？梢姷孟胱鼍A代工，沒有一定資本額玩不起。

進(jìn)入門坎高。除了制程上的技術(shù)突破不稀奇，良率才是關(guān)鍵的 Know-how。

晶圓代工與 IC 設(shè)計(jì)的電路有關(guān)、不同的客戶有不同的電路結(jié)構(gòu)，相當(dāng)復(fù)雜。中國的中芯半導(dǎo)體做晶圓代工十幾年，良率還是不高、問題多多。

一般能將良率維持在八成左右已經(jīng)是非常困難的事情了，臺(tái)積電與聯(lián)電的制程良率可以達(dá)到九成五以上，可見***晶圓代工的技術(shù)水平。

需要持續(xù)投入資本維持工藝水平，一旦落后、則追趕難度相當(dāng)大。

想想聯(lián)電當(dāng)初是如何因?yàn)榧夹g(shù)投入方向錯(cuò)誤和廠房大火，才輸臺(tái)積電的…。

臺(tái)積電和 Intel 現(xiàn)在在砸大錢力拼奈米制程、生怕輸給對(duì)方也是因?yàn)槿绱恕?/p>

3. FABLESS （無廠IC設(shè)計(jì)商） 模式

（1） 領(lǐng)導(dǎo)廠商

高通（Qualcomm）、聯(lián)發(fā)科（MTK）、博通（Broadcom）

（2） 特點(diǎn)

只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計(jì)與銷售。

將生產(chǎn)、測試、封裝等環(huán)節(jié)外包。

（3） 優(yōu)勢(shì)

無龐大實(shí)體資產(chǎn)，創(chuàng)始的投資規(guī)模小、進(jìn)入門坎相對(duì)低，以中小企業(yè)為主。

***的IC 設(shè)計(jì)廠商共約 250 家、其中有上市柜的公司約 80 家，數(shù)量眾多。

中國當(dāng)?shù)匦⌒虸C設(shè)計(jì)廠超過800間。

企業(yè)運(yùn)行費(fèi)用低，轉(zhuǎn)型靈活。

（4） 劣勢(shì)

與IDM 企業(yè)相比，較無法做到完善的上下游工藝整合、較高難度的領(lǐng)先設(shè)計(jì)。

代工廠會(huì)將制作完成的芯片送回 IC 設(shè)計(jì)公司、繼續(xù)進(jìn)行測試與分析。

若與預(yù)期不符，則 IC 設(shè)計(jì)公司得再修改電路設(shè)計(jì)圖，接著修改光罩圖形、制作新的光罩與芯片，再送回來測試。如此反復(fù)進(jìn)行至少三次以上，才能量產(chǎn)上市。

有鑒于晶圓代工廠和 IC 設(shè)計(jì)公司兩者須相當(dāng)密切的合作，兩者間有強(qiáng)烈的產(chǎn)業(yè)群聚效應(yīng)。

與Foundry 相比，需要進(jìn)行品牌塑造、市場調(diào)研，并承擔(dān)市場銷售的風(fēng)險(xiǎn)。一旦失誤可能萬劫不復(fù)。

聯(lián)發(fā)科原先的主力市場為中國的中低階白牌手機(jī)廠。雖在2016年推出高階芯片 Helio X25 力圖轉(zhuǎn)型，然而卻幾無客戶采用。

原有的市場又被高通推出的中低階芯片 Snapdragon 625/626 搶市，價(jià)格戰(zhàn)打得相當(dāng)辛苦。

聯(lián)發(fā)科的去年 （2016） 獲利僅240.31億元，創(chuàng)近四年來的最低數(shù)字。今年三月，聯(lián)發(fā)科了延攬「擅長數(shù)字管理」的前中華電信董事長蔡力行擔(dān)任共同執(zhí)行長，準(zhǔn)備實(shí)行開支撙節(jié)和裁員（Cost Down）。

但你以為 IC 設(shè)計(jì)公司只要直接設(shè)計(jì)出 IC 就行了嗎？當(dāng)然，他們會(huì)需要一些工具、與協(xié)作廠商的輔助。

現(xiàn)在的芯片開發(fā)，可能是由分布在全球的一百多人團(tuán)隊(duì)、合作至少六個(gè)月，最后寫下共約數(shù)百萬行的Spec。這么龐大的工程，一定會(huì)有其他的輔助廠商或工具商。但這又有誰呢？包括了：

（1） 「矽智財(cái)提供商」─ ARM：

純出售知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），又稱硅智財(cái)（SIP），包括了電路設(shè)計(jì)架構(gòu)、或已驗(yàn)證好的芯片功能單元。

比如希望芯片上能有一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算功能時(shí)，可以不用自己花時(shí)間從頭開發(fā)、向硅智財(cái)公司購買一個(gè)已經(jīng)寫好的功能即可。

（2） 「EDA工具廠商」─ CADENCE與新思科技：

IC 設(shè)計(jì)工程師會(huì)先利用程序代碼規(guī)劃芯片功能；而 EDA 工具能讓程序代碼再轉(zhuǎn)成實(shí)際的電路圖。

（3） 「設(shè)計(jì)服務(wù)公司」─智原科技、巨有科技、創(chuàng)意電子、芯原微電子：

又稱為「沒有芯片的公司」 （Chipless），沒有晶圓廠、也沒有自己芯片產(chǎn)品；為 IC 設(shè)計(jì)公司提供部分流程的代工服務(wù)。

許多人數(shù)不足的小型 IC 設(shè)計(jì)廠商會(huì)將設(shè)計(jì)的某些環(huán)節(jié)委外，使得人力與成本的調(diào)整彈性也較高。

所以這又衍生出了第四種服務(wù)模式。

4. DESIGN SERVICE （芯片設(shè)計(jì)服務(wù)提供商） 模式

（1） 領(lǐng)導(dǎo)廠商

ARM、Imagination、Synopsys （新思科技）、Cadence

（2） 特點(diǎn)

不設(shè)計(jì)和銷售芯片。

為芯片設(shè)計(jì)公司提供相應(yīng)的工具、完整功能單元、電路設(shè)計(jì)架構(gòu)與咨詢服務(wù)。

由于沒有實(shí)體產(chǎn)品、而是販賣知識(shí)產(chǎn)權(quán)「設(shè)計(jì)圖」，又稱硅智財(cái)（SIP）。

（3） 優(yōu)勢(shì)

無龐大實(shí)體資產(chǎn)。公司規(guī)模較小、資金需求不高，但對(duì)于技術(shù)的要求非常高。

不必負(fù)擔(dān)產(chǎn)品銷售的市場風(fēng)險(xiǎn)。

（4） 劣勢(shì)

市場規(guī)模較小且容易形成壟斷，后進(jìn)者難以打入。

目前全球的 CPU 架構(gòu)，以 Intel 的 X86 架構(gòu)和 ARM 的 ARM 架構(gòu)為兩大要角。

前者多用于 PC 和服務(wù)器上，后者則幾乎壟斷了所有的行動(dòng)通訊芯片、市占率高達(dá) 95% 的智能型手機(jī)。

后續(xù)的IC 設(shè)計(jì)和制程的部分都必須根據(jù)該 CPU 架構(gòu)量身打造。既然整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菄@在這個(gè)架構(gòu)上去制造芯片，則易形成壟斷。

技術(shù)門坎較高、累積技術(shù)的時(shí)間較長。

根據(jù)上面的介紹后，我們已經(jīng)大致上對(duì) IC 從最上游的設(shè)計(jì)、到最下游的消費(fèi)者販賣的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈流程，有一個(gè)全盤的掌握了！

為大家簡單畫個(gè)示意圖：

有了這樣的產(chǎn)業(yè)鏈認(rèn)知后，就可以了解到各廠商間的競合策略為什么這么制定，并藉此來討論一些有意思的產(chǎn)業(yè)消息啦?。梢园焉厦嫣徇^的信息一一代入來進(jìn)行分析，并搭配之前的晶圓代工戰(zhàn)爭系列的知識(shí)服用）

舉個(gè)例子好了，比如說 Intel 現(xiàn)在的處境。

本來是自己設(shè)計(jì)、制造、銷售，一手包辦上中下游所有流程，同時(shí)幾乎壟斷處理器市場的 Intel ，由于在 PC 往行動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)型速度甚緩，導(dǎo)致現(xiàn)在的行動(dòng)處理器市場幾乎被「ARM+高通」、也就是「ARM的電路架構(gòu)加上高通設(shè)計(jì)的Snapdragon系列芯片」的模式壟斷。

（我們?cè)诒疚那鞍氩糠值?Foundry 介紹提到過）晶圓代工廠的斥資和實(shí)體廠房龐大，為了不讓原先龐大的產(chǎn)線與產(chǎn)能閑置，現(xiàn)在的 Intel 正在積極搶攻 ARM 芯片的晶圓代工業(yè)務(wù)、與臺(tái)積電搶攻 10 奈米制程。

對(duì)于代工廠來說，需要持續(xù)投入資本維持工藝水平。若能即早上市，則代表當(dāng)時(shí)的市場尚無競爭者、可在一時(shí)之間壟斷市場。待競爭對(duì)手上市后、再用降價(jià)的方式逼迫對(duì)手出局，同時(shí)發(fā)布更新一代的技術(shù)。

故若代工廠的技術(shù)一旦落后、后續(xù)要追趕上競爭者的難度會(huì)相當(dāng)大。當(dāng)初臺(tái)積電和聯(lián)電之所以拉開差距，便是如此情形。

因此 Intel 和臺(tái)積電可以說是磨拳霍霍；尤其 Intel 還有芯片銷售等業(yè)務(wù)，但臺(tái)積電的本業(yè)是完全地仰賴代工，可知此時(shí)正是危急存亡之秋。

目前臺(tái)積電預(yù)定今年第二季發(fā)布 10 奈米制程、英特爾則要等到今年第四季。然而目前外界仍看好 Intel 的技術(shù)更甚臺(tái)積電一籌。

（我們?cè)诒疚那鞍氩糠值?IDM 介紹提到過）由于 IDM 廠能從上游設(shè)計(jì)到下游制造的過程中緊密協(xié)同合作，使其能在設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)達(dá)到最佳優(yōu)化，充分發(fā)揮技術(shù)極限。也能提早測試并推行最新型的技術(shù)。

因此你可以看到 Intel 常常技術(shù)領(lǐng)先，包括了當(dāng)初的Gate-Last 戰(zhàn)爭。知名科技網(wǎng)站 VentureBeat 便指稱， 根據(jù)晶體管的數(shù)量和密度看來，Intel的 10 奈米技術(shù)是超越臺(tái)積電的。

大家原先都老老實(shí)實(shí)的用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)命名，直到 FinFET 制程上的命名慣例被三星打破，廠商們開始灌水營銷。

事實(shí)上，三星的 14 奈米和臺(tái)積電的 16 奈米在 Intel 的標(biāo)準(zhǔn)之下，都只有在Intel 20 奈米制程而已…

看起來好像 Intel 勝券在握？不過事實(shí)上，技術(shù)在市場上并不是唯一的競爭考慮。

臺(tái)積電之所以能成功，是因?yàn)楸Ｃ芊桨缸龅暮艿郊药ぉじ咄ê吐?lián)發(fā)科假若同時(shí)都交給臺(tái)積電代工，臺(tái)積電會(huì)開獨(dú)立產(chǎn)線、讓兩方的設(shè)計(jì)信息在生產(chǎn)過程中隔開來，讓客戶不用擔(dān)心其商業(yè)機(jī)密被盜取。

Intel 販賣自己的處理器，和高通等同樣是販賣自己的處理器的 IC 設(shè)計(jì)大廠，彼此間存在的是相互競爭的關(guān)系。因此對(duì)于高通來說，就算制程技術(shù)有差、找臺(tái)積電代工的風(fēng)險(xiǎn)仍小于找 Intel。

鹿死誰手，尚未可知。且讓我們靜靜觀戰(zhàn)吧。

我們今天介紹了 IC 產(chǎn)業(yè)鏈中， IDM、Foundry、Fabless 與Design Service 四種模式的企業(yè)，并根據(jù)這些企業(yè)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，來推測其在市場上的競爭策略。希望您今天已對(duì)各廠商間的競合關(guān)系有個(gè)大略上的了解。