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【DRAM江湖春秋】好家伙！这篇文章终于讲透了：芯片产业的发展模式

2021年和2022年上半年“一芯难求”的情况下，也有部分Fabless 厂商考虑自建成熟技术节点的制造或封测产线，以更好应对市场变化。

2022-08-18 15:23 · 微信公众号：芯光社ChipHub 二马路的冰

01、人类历史上第一块集成电路

1958年9月12日，来自德州仪器公司的35岁工程师Jack S. Kilby在一块锗片上集成了由两个晶体管组成的触发器（flip-flop），也就是人类历史上*块集成电路。他的工作开创了“三百六十行，行行用芯”的新时代。Jack S. Kilby据此获得了2000年的诺贝尔物理学奖。

1965年，Intel公司联合创始Gordon Moore提出了“摩尔定律”。70多年来，芯片的发展一直遵循所谓的“摩尔定律”：每隔18-24个月，相同面积的芯片上集成的晶体管数量（即集成度）会翻一番，芯片性能也相应提升一倍。

以中国大陆迄今为止*进的华为海思的*麒麟9000芯片为例，集成了153亿个晶体管，采用了中国台积电公司的5nm技术节点技术制造，搭载于华为 Mate 40 Pro 手机。

02、芯片产业的发展模式

麒麟9000芯片*的原因已经众所周知了。简单来说，麒麟9000芯片采用Foundry（代工厂）制造模式，即华为海思进行芯片设计，交付中国台湾省台积电公司进行制造。由于美国前任总统特朗普政府的一系列禁令，加上现任美国总统拜登政府的禁令加码，所以就没有后来了。

芯片产业起步的时候，厂商采用的运营模式是IDM（垂直整合制造）模式、经过多年的发展，逐渐衍生出Fabless（无工厂芯片供应商）、Foundry（代工厂）和Fab-lite（轻晶圆厂）模式。

芯片产业生态系统的演进，图片来源：芯光社

IDM（垂直整合制造）模式：

除了材料、设备、EDA|和IP之外，从设计、制造、封测到产品销售都一手包办，拥有自有品牌。其优点不言而喻，有助于实现设计与工艺系统优化（DTCO），保证产品从设计到制造环节的一体性，产品迭代周期短，等等。

其缺点也很明显，重资产（12吋生产线建设资金通常需要20亿美元以上），不仅要求设计和制造技术先进，管理和运营成本高，需要高产能利用率、高良率、高产品利润。所有运行模式中，风险最高。

部分IDM厂商，数据来源：Gartner等

中国大陆的IDM运营模式厂商包括长江存储、长鑫存储、华润微、士兰微、燕东微电子、闻泰科技等。

Fabless（无工厂芯片供应商）模式：

厂商只进行芯片电路设计和产品销售，将生产、封测等环节外包给代工厂。其优点不言而喻，轻资产，不需要承担建设、运行昂贵的芯片生产线，开支仅包括人员工资、场地、IP、EDA等费用，产品转型较为容易。

其缺点是难以进行工艺协同优化，流片费也是很贵的。即使是MPW方法，通常也需要几十甚至几百万。如果是Full mask方法，流片费更是几百万甚至上亿元，一旦有几次失误，就难以承受了。当然，对于中国大陆厂商而言，也有可能面临华为海思事件的风险。

2021年Fabless厂商前十名，数据来源：TrendForce

中国大陆的厂商包括华为海思、龙芯中科和寒武纪等。

其中华为海思2018年发布麒麟980，采用7nm工艺，销售额达 75 亿美元，这是全球*7nm工艺制作的芯片，据此华为海思跻身全球前5大Fabless厂商之列。

2019年，销售额达 110 亿美元。

2020年上半年，成为首家进入全球前十名的中国大陆半导体供应商。之后，美国商务部将华为列入实体名单进行出口管制。麒麟芯片9月15日之后无法制造，销售额跌至82 亿美元。

2021年，海思芯片基本无货可出，仅靠库存在支撑，销售额进一步跌至15 亿美元。

2021年代工厂前十名，数据来源：TrendForce

另外，当标准芯片无法满足电子设备的实际需求，一些科技大公司，国际上如苹果、Facebook、特斯拉等公司，国内如OPPO、小米、百度、阿里巴巴等公司，也会采用Fabless模式自研芯片。

Foundry（代工厂）模式：

只负责制造或者封测；不负责芯片设计和销售，不与客户争利。其优点不言而喻，可以同时为多家设计公司提供服务，不承担产品设计和销售风险。

其缺点是重资产（产能2万片/月的5nm芯片生产线投资80亿美元以上），管理和运营成本高，对产能利用率要求极高，技术门槛高、技术风险也高。

➢1987年2月21日，张忠谋于中国台湾省新竹创办了台积电公司，专注于晶圆代工，创造了Foundry模式。台积电公司分别与1994年与1997年在中国台湾省与纽约上市。

➢2000年，台积电并购德基和世大，成为全球规模*的代工厂一哥。其在中国台湾省拥有12/8英寸晶圆生产工厂各4座，6英寸晶圆生产工厂1座,在中国大陆有12/8英寸晶圆生产工厂各1座，在美国有8英寸晶圆厂1座。

➢2020年底获准在美国亚利桑那州投资建厂，也计划在日本、德国投资建设晶圆厂。

Fab-lite（轻晶圆厂）模式：

由IDM演变而来，是一种近年来兴起的介于Fabless模式与IDM模式之间的运行模式。厂商自主完成关键生产环节，在保证芯片质量和可靠性的前提下，非关键生产环节业务委外加工。

该模式可为需要扩大芯片制造产能的厂商提供低成本、更为灵活的解决方案，市场需求响应快速。比如，如德州仪器、ADI等模拟产品IDM厂商都将部分业务委外代工。IDM厂商的江湖一哥Intel公司也将部分业务外包给中国台积电公司。

Fab-lite模式正在成为需要自主可控关键生产环节和产能的模拟芯片厂商的发展趋势。

代工厂不与无工厂芯片供应商之间互惠互利。IDM厂商则与无工厂芯片供应商之间存在竞争。近年来，代工厂模式的营收增速已明显高于IDM模式，支撑了数以万计的芯片设计公司的高速发展（当然，也包括华为海思）。

比如，1987年，中国台积电公营收为200多万美元，2019年，台积电市值超过Intel和三星电子公司，成为全球半导体公司市值一哥。目前，台积电获得了50%以上的的全球代工市场份额，且毛利率长期维持在40%以上，与芯片装备厂商的毛利率差不多，比代工行业同行15%的平均利润率水平高出约25个百分点。在当前缺芯的情况下，各大代工厂无不满负荷运转。

那么，既然Foundry模式的优势如此之好，IDM模式正在逐渐走下坡路，为什么DRAM厂商大多采用 IDM 模式呢？

其原因很简单，一个逻辑芯片产品所加工的晶圆数量通常为数百到数万片。而一个DRAM产品所加工的晶圆数量可以达到数十万甚至数百万片，可以充分满足IDM模式对高产能利用率的要求。