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晶圓代工模式

晶圓代工模式（英文：Foundry Model）係微電子工程同製造嘅一種商業模式，由一間半導體製造廠（Semiconductor Fabrication Plant），或者叫晶圓代工廠（Foundry），同埋一間集成電路設計公司組成，雙方都係獨立嘅公司（一般係「無廠半導體公司」；英文：Fabless Semiconductor 公司）或者係子公司嘅關係[1][2][3][4]。

格羅方德嘅晶圓代工廠
起緊嘅台積電美國亞利桑那州晶圓廠
聯電嘅新加坡廠同埋寫字樓

最初，啲集成器件製造商（Integrated Device Manufacturers，IDM）都會同時做設計同埋製造集成電路，例如英特爾、三星、德州儀器等。後嚟好多公司，只係做設計嘅工作，呢啲公司俾人叫做「無廠半導體公司」（英文：Fabless Semiconductor Companies），例如 AMD、輝達（Nvidia）、高通（Qualcomm）；將生產嘅工序交俾嗰啲純晶圓代工廠，例如台積電、格羅方德（格羅方德）、聯電等，佢哋只係幫其他公司製造半導體裝置，而唔做設計嘅工作。

集成電路生產設施嘅建造同維護費用都好貴。除非佢哋可以保持到生產設施嘅幾乎充分使用，否則呢啲產能嘅浪費會成為公司嘅財務負擔。晶圓代工模式用兩種方法去避免呢啲產能浪費：無廠半導體公司透過唔需要擁有呢啲設施嚟避免成本；另一方面，商業晶圓代工廠會幫全球嘅無廠半導體公司代工，透過精準嘅生產線安排、定價同埋承包，保持佢哋工廠嘅生產設施充分使用。

歷史

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設計同生產呢啲裝置嘅公司，原本係負責製造微電子裝置嘅。呢啲製造商，既做製造工藝嘅研發，又做微電路設計嘅研發。

第一間純玩晶圓代工嘅半導體公司係台灣半導體製造公司（台積電：台積電），佢哋係喺政府工業技術研究院（工研院）分拆出嚟嘅，喺1987年，工研院將半導體嘅設計同製造部門分拆[5]，呢個分拆嘅模式最初係由加州理工學院嘅 Carver Mead 提倡嘅，但係俾人認為太貴，唔太適合。設計同製造嘅分離就係晶圓代工模式，而無廠半導體公司就將生產工序外包俾半導體晶圓代工廠[6]。

無廠半導體公司無任何半導體製造能力；佢哋同商業晶圓代工廠簽訂合同，將製造工序外判。無廠半導體公司專注喺研發 IC 產品；晶圓代工廠就專注喺製造同測試實體產品。如果嗰間晶圓代工廠冇任何半導體設計嘅能力，佢就係一間純半導體晶圓代工廠（pure-play semiconductor foundry）。

唔係所有半導體公司都係將設計同製造分開嘅。有啲公司仍然保留兩種工作，佢哋嘅執行營運，受益於設計同製造技能嘅密切結合。有啲公司會製造一啲自己嘅設計嘅晶片，然後喺佢哋睇到價值或者尋求特殊技能嘅情況下，將部分工序外判俾其他人去製造或者設計。

總結嚟講，晶圓代工模式係一個旨在優化生產力嘅商業願景。

MOSIS

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MOSIS ( Metal Oxide Semiconductor Implementation Service，中文可以譯做：金屬氧化物半導體實現服務 ) 係一個多項目嘅晶片服務（multi-project wafer service，又叫做shuttle service，穿梭服務），提供金屬氧化物半導體 ( MOS ) 芯片設計工具同相關服務，令大學、政府機構、研究所、初創企業可以既有效又有成本效益咁去攞到芯片工程原型（prototype）[7]。

設計師提交設計俾工廠，而呢啲提交係用商業公司嘅閒置產能去製造嘅。當一個加工步驟同兩個操作兼容嘅時候，製造商可以將一啲用嚟做 MOSIS 設計嘅晶片，安排同其他晶片用同一個工序。商業公司（擔任晶圓代工嘅工廠）點都需要執行呢啲工序，所以佢哋實際上係喺 MOSIS 嗰度攞到額外嘅錢，去做佢哋已經做緊嘅嘢。喺唔夠嘢做，產能過剩嘅工廠，MOSIS 設計亦可以幫佢哋好好利用呢啲閒置嘅設備，避免昂貴嘅資本設備閒置咗。

昂貴生產線嘅使用不足，甚至閒置，可能會導致工廠出現財務危機，甚至破產，所以盡量利用剩餘嘅晶圓生產容量對呢啲資本密集（Capital Intensive）公司好重要。用盡辦法「賣出」剩餘嘅晶圓容量，係一個將工廠利用率最大化嘅方法。所以，經濟因素創造咗一個氣候，即係晶圓廠經營者想賣出剩餘嘅晶圓製造能力，而設計師同埋初創企業好想「買」呢啲剩餘製造能力，咁就唔需要用大筆嘅錢（過億美元）去擁有自己嘅晶圓廠。

雖然 MOSIS 向一啲無自己嘅晶圓工廠嘅客戶打開咗大門，為晶圓代工廠賺取額外收入，同埋為客戶提供相對廉價嘅服務，但係想做好 MOSIS 生產經營嘅生意係好難嘅事。商業晶圓代工廠只能夠以額外收入嘅方式出售晶片產能，作為次要嘅商業活動。晶圓代工廠對 MOSIS 客戶嘅服務同支持都係好少保證嘅，始終 MOSIS 唔係晶圓代工廠嘅主要業務。商家嘅選擇決定咗佢哋提供俾無廠半導體公司嘅設計、開發流程、可用嘅技術。商業晶圓代工廠可能需要專有同埋非便攜式（non-portable）嘅準備步驟。 晶圓代工廠關注保護佢哋嘅商業秘密，所以晶圓代工廠可能只會喺經過繁重嘅保密程序（nondisclosure procedure）之後，先至願意向設計師發放重要數據。

專門嘅晶圓代工廠

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喺1987年，世界上第一間專門嘅商業晶圓代工廠開業：台灣半導體製造公司（台積電，TSMC）[8]。「專門」係指同當時嘅典型嘅商業晶圓廠唔同，當年佢哋嘅主要商業活動係製造同銷售自己嘅 IC 產品。專用嘅晶圓代工廠為客戶提供咗幾個重要嘅優勢：第一，佢唔會將生產出嚟嘅成品 IC 產品賣入供應渠道；所以一個專用嘅晶圓代工廠永遠唔會直接同佢嘅無廠半導體客戶競爭（消除咗無廠半導體公司嘅一個共同關注點，唔需要擔心競爭）。第二，專用嘅晶圓代工廠可以根據客戶嘅需要擴大生產能力，除咗提供全規模生產線之外，仲提供低數量嘅 Multi-Project Wafer Service（又叫做 Shuttle Services；穿梭服務）。最後，專門嘅晶圓代工廠提供一個基於行業標準 EDA 系統嘅「 COT-flow 」（客戶擁有嘅模具），而好多 IDM 商家要求佢嘅客戶用專用（非便攜式；Non-portable）嘅開發工具。 COT 嘅優勢係令到客戶可以完全控制設計過程，由概念到最終設計。

晶圓代工廠銷售排名

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  • 純代工（Pure-play semiconductor foundry；純晶圓代工廠）係指一啲唔會（或者唔會大量）提供自己設計嘅 IC 產品嘅公司，佢哋經營半導體製造嘅工廠，專注喺幫其他公司生產 IC [9]。
  • 集成器件製造商（ IDM ）半導體工廠係指公司（例如德州儀器、 IBM 同三星等）加入晶圓代工市場，只要各方之間無利益衝突，就會提供代工服務俾其他半導體公司。

2023

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截至2023年，純晶圓代工廠排名：[10]
排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
2023 Q4 2023 Q3 2023
1 台積電 純代工 台灣 19,660 17,249
2 三星半導體 IDM 韓國 3,619 3,690
3 格羅方德 純代工 美國 1,854 1,852
4 聯電 純代工 台灣 1,727 1,801
5 SMIC 純代工 中國 1,678 1,620
6 Hua Hong Semiconductor 純代工 中國 657 766
7 Tower Semiconductor 純代工 以色列 352 358
8 PowerChip IDM 台灣 330 305
9 Nexchip 純代工 中國 308 283
10 Vanguard (VIS) 純代工 台灣 304 333

2017

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截至2017年，純晶圓代工廠排名：[11]
排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
2017 2017 2016
1 台積電 純代工 台灣 32,040 29,437
2 格羅方德 純代工 美國 5,407 4,999
3 聯電 純代工 台灣 4,898 4,587
4 三星半導體 IDM 韓國 7,398 4,284
5 SMIC 純代工 中國 3,099 2,914
6 TowerJazz 純代工 以色列 1,388 1,249
7 PowerChip IDM 台灣 1,035 870
8 Vanguard (VIS) 純代工 台灣 817 801
9 Hua Hong Semiconductor 純代工 中國 807 721
10 東部高科 純代工 韓國 676 666

2016–2014

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截至2016年，純晶圓代工廠排名：[12][13]
排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
2016 2015 2016 2015 2014
1 1 台積電 純代工 台灣 29,488 25,574 25,138
2 2 格羅方德 純代工 美國 5,545 5,019 4,355
3 3 聯電 純代工 台灣 4,582 4,464 4,331
4 4 SMIC 純代工 中國 2,921 2,236 1,970
5 5 PowerChip 純代工 台灣 1,275 1,268 1,291
6 6 TowerJazz 純代工 以色列 1,249 961 828
7 7 Ruselectronics[14][15] 純代工 俄羅斯 971 774 800
8 8 Vanguard (VIS) 純代工 台灣 800 736 790
9 9 Hua Hong Semi 純代工 中國 712 650 665
10 10 東部高科 純代工 韓國 672 593 541
11 12 X-Fab 純代工 德國 510 331 330
12 13 Crocus Nano Electronics (CNE) 純代工 俄羅斯 – – –
其他 純代工 2,251 2,405 2,280

2013

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截至2013年，排名前13嘅純晶圓代工廠係：
2013 排名 2012 排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 Revenue (million $USD)
1 1 台積電 純代工 台灣 19,850
2 2 格羅方德 純代工 美國 4,261
3 3 聯電 純代工 台灣 3,959
4 4 三星半導體 IDM 韓國 3,950
5 5 SMIC 純代工 中國 1,973
6 – Ruselectronics[16] 純代工 俄羅斯 1,200
7 8 PowerChip 純代工 台灣 1,175
8 9 Vanguard (VIS) 純代工 台灣 713
9 6 Huahong Grace 純代工 中國 710
10 10 Dongbu 純代工 韓國 570
11 7 TowerJazz 純代工 以色列 509
12 11 IBM IDM 美國 485
13 12 MagnaChip IDM 韓國 411
14 13 Win Semiconductors 純代工 台灣 354
15 14 Crocus Nano Electronics (CNE) 純代工 俄羅斯 –

2011

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截至2011年，排名前14嘅純晶圓代工廠係：
排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
1 台積電 純代工 台灣 14,600
2 聯電 純代工 台灣 3,760
3 格羅方德 純代工 美國 3,580
4 三星半導體 IDM 韓國 1,975
5 SMIC 純代工 中國 1,315
6 TowerJazz 純代工 以色列 610
7 Vanguard (VIS) 純代工 台灣 519
8 東部高科 純代工 韓國 500
9 IBM IDM 美國 445
10 MagnaChip IDM 韓國 350
11 SSMC 純代工 新加坡 345
12 Hua Hong NEC 純代工 中國 335
13 Win Semiconductors 純代工 台灣 300
14 X-Fab 純代工 德國 285

2010

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截至2010年，排名前10嘅純晶圓代工廠係：
排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
1 台積電 純代工 台灣 13,332
2 聯電 純代工 台灣 3,824
3 格羅方德 純代工 美國 3,520
4 SMIC 純代工 中國 1,554
5 東部高科 純代工 韓國 512
6 TowerJazz 純代工 以色列 509
7 Vanguard (VIS) 純代工 台灣 505
8 IBM IDM 美國 500
9 MagnaChip IDM 韓國 410
10 三星半導體 IDM 韓國 390

2009–2007

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截至2009年，排名前17嘅純晶圓代工廠係：

排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
2009 2009 2008 2007
1 台積電 純代工 台灣 8,989 10,556 9,813
2 聯電 純代工 台灣 2,815 3,070 3,430
3 Chartered(1) 純代工 新加坡 1,540 1,743 1,458
4 格羅方德 純代工 USA 1,101 0 0
5 SMIC 純代工 中國 1,075 1,353 1,550
6 Dongbu 純代工 韓國 395 490 510
7 Vanguard 純代工 台灣 382 511 486
8 IBM IDM USA 335 400 570
9 Samsung IDM 韓國 325 370 355
10 Grace 純代工 中國 310 335 310
11 HeJian 純代工 中國 305 345 330
12 Tower Semiconductor 純代工 以色列 292 252 231
13 HHNEC 純代工 中國 290 350 335
14 SSMC 純代工 新加坡 280 340 359
15 Texas Instruments IDM USA 250 315 450
16 X-Fab 純代工 德國 223 368 410
17 MagnaChip IDM 韓國 220 290 322

(1) 俾格羅方德收購咗

2008–2006

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截至2008年，排名前18嘅純晶圓代工廠係：

排名 公司 原產國 收入（百萬美元）
2008 2008 2007 2006
1 台積電 台灣 10,556 9,813 9,748
2 聯電 台灣 3,400 3,755 3,670
3 Chartered 新加坡 1,743 1,458 1,527
4 SMIC 中國 1,354 1,550 1,465
5 Vanguard 台灣 511 486 398
6 Dongbu 韓國 490 510 456
7 X-Fab 德國 400 410 290
8 HHNEC 中國 馬來西亞 335 315
9 HeJian 中國 345 330 290
10 SSMC 新加坡 340 350 325
11 Grace 中國 335 310 227
12 Tower Semiconductor 以色列 252 231 187
13 Jazz Semiconductor 美國 190 182 213
14 Silterra 馬來西亞 175 180 155
15 ASMC 中國 149 155 170
16 Polar Semiconductor 日本 110 105 95
17 Mosel-Vitelic 台灣 100 105 155
18 CR Micro (1) 中國 - 143 114
其他 140 167 180
Total 20,980 20,575 19,940

(1) 2008年同 CR Logic 合併，重新歸類為 IDM

2007–2005

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截至2007年，排名前面嘅14間晶圓代工廠包括：

排名 公司 晶圓廠嘅類型 原產國 收入（百萬美元）
2007 2007 2006 2005
1 台積電 純代工 台灣 9,813 9,748 8,217
2 聯電 純代工 台灣 3,755 3,670 3,259
3 SMIC 純代工 中國 1,550 1,465 1,171
4 Chartered 純代工 新加坡 1,458 1,527 1,132
5 Texas Instruments IDM 美國 610 585 540
6 IBM IDM 美國 570 600 665
7 Dongbu 純代工 韓國 510 456 347
8 Vanguard 純代工 台灣 486 398 353
9 X-Fab 純代工 德國 410 290 202
10 Samsung IDM 韓國 385 75 -
11 SSMC 純代工 新加坡 350 325 280
12 HHNEC 純代工 中國 335 315 313
13 HeJian 純代工 中國 330 290 250
14 MagnaChip IDM 韓國 322 342 345

台灣晶圓代工廠喺全球排名：

排名 公司 原產國 收入（百萬美元） 2006/2005 changes
2006 2005 2006 2005
6 7 台積電 台灣 9,748 8,217 +19%
21 22 聯電 台灣 3,670 3,259 +13%

2004

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截至2004年，十大純半導體代工廠係：

排名 2004 公司 原產國
1 台積電 台灣
2 聯電 台灣
3 Chartered 新加坡
4 SMIC 中國
5 Dongbu/Anam 韓國
6 SSMC 新加坡
7 HHNEC 中國
8 Jazz Semiconductor 美國
9 Silterra 馬來西亞
10 X-Fab 德國

財務同知識產權問題

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同所有其他行業一樣，半導體行業都要面對挑戰同障礙。

隨住每一代新晶片嘅推出，技術嘅穩步改進，意味住成本都會穩步增加。大型商業晶圓代工廠同佢哋嘅無廠半導體公司客戶都感受到財務壓力。新嘅晶圓代工生產線嘅成本超過10億美元。呢啲費用一定要轉嫁俾客戶。好多商業晶圓代工廠都同佢哋嘅競爭對手成立咗合資企業，目的就係將研究同設計開支同工廠維修開支分開。

晶片設計公司有時會避開其他公司嘅專利，最簡單嘅做法就係幫襯一間同專利擁有者簽咗廣泛交叉授權協議嘅晶圓代工廠[17]。

半導體公司最擔心嘅係俾其他公司偷設計資料；偷咗設計資料嘅公司好少會直接複製人哋嘅設計，因為明顯嘅複製好容易由晶片嘅特徵識別出嚟[18]。但係，包括任何工序、製程系統、操作方法或者概念嘅數據都可能會俾人賣俾競爭對手，噉樣可以慳返幾個月或者幾年時間嚟做嗰啲煩躁嘅逆向工程（reverse engineering）。

睇埋

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參考

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  1. ↑ M. Liu (14 May 2021). "Taiwan and the foundry model". Nature Electronics. 4 (5): 318–320. doi:10.1038/s41928-021-00576-y.
  2. ↑ S. K. Saha (25–27 June 2012). "The Role of Semiconductor Foundries in Advanced Integrated Circuit Product Development". International Technology Management Conference. pp. 32–35. doi:10.1109/ITMC.2012.6306393. ISBN 978-1-4673-2134-1.{{cite book}}: CS1 maint: date format (link)
  3. ↑ F. C. Tseng (8–11 Dec 1996). "Foundry Technologies". International Electron Devices Meeting. Technical Digest. pp. 19–24. doi:10.1109/iedm.1996.553030. ISBN 0-7803-3393-4.{{cite book}}: CS1 maint: date format (link)
  4. ↑ J.Y.-C. Sun (1998). Burnett, David; Wristers, Dirk; Tsuchiya, Toshiaki (編). "Foundry Technology Trend". Proceedings of SPIE. Microelectronic Device Technology II. 3506: 19–24. Bibcode:1998SPIE.3506...19S. doi:10.1117/12.323970.
  5. ↑ "Company Profile". TSMC. 喺2020-12-06搵到.
  6. ↑ Brown, Clair; Linden, Greg (2011). Chips and change : how crisis reshapes the semiconductor industry (第1版). Cambridge, Mass.: MIT Press. ISBN 9780262516822.
  7. ↑ Suzanne Berger; Richard K. Lester (12 February 2015). Global Taiwan: Building Competitive Strengths in a New International Economy. Routledge. pp. 142–. ISBN 978-1-317-46970-4.
  8. ↑ Hitoshi Hirakawa; Kaushalesh Lal; Shinkai Naoko (2013). Servitization, IT-ization and Innovation Models: Two-stage Industrial Cluster Theory. Routledge. pp. 34–. ISBN 978-0-415-63945-3.
  9. ↑ "Pure-Play Foundry Market On Pace For Strongest Growth Since 2014". EPS News. 22 September 2020. 喺2021-01-06搵到.
  10. ↑ Chung, Eden. "Press Center - Global Top 10 Foundries Q4 Revenue Up 7.9%, Annual Total Hits US$111.54 Billion in 2023, Says TrendForce | TrendForce - Market research, price trend of DRAM, NAND Flash, LEDs, TFT-LCD and green energy, PV". TrendForce (英文). 喺2024-03-29搵到.
  11. ↑ "Press Center – TrendForce Reports Top 10 Ranking of Global Semiconductor Foundries of 2017, TSMC Ranks First with Market Share of 55.9% | TrendForce – Market research, price trend of DRAM, NAND Flash, LEDs, TFT-LCD and green energy, PV". TrendForce (英文). 喺2020-07-01搵到.
  12. ↑ McGrath, Dylan (23 January 2017). "X-Fab is Fastest Growing Foundry". EE Times. 原著喺2017-01-29歸檔. 喺2017-05-10搵到.
  13. ↑ Clarke, Peter (16 January 2017). "SMIC, Tower, X-Fab are strongest growing pure-play foundries". eeNews Analog. 喺2021-01-29搵到.
  14. ↑ "RBK Data base of companies". rbc.ru. 喺20 February 2018搵到.
  15. ↑ "United States dollar (USD) and Russian ruble (RUB) Year 2014 Exchange Rate History". 喺20 February 2018搵到.
  16. ↑ "Ruselectronics to triple revenues by 2020".
  17. ↑ R. H. Abramson (February 28 – March 4, 1994). "When the chickens come home to roost: The licensed foundry defense in patent cases". Proceedings of COMPCON '94. pp. 348–354. doi:10.1109/CMPCON.1994.282907. ISBN 978-0-8186-5380-3.
  18. ↑ Carol Marsh and Tom Kean. "A Security Tagging Scheme for ASIC Designs and Intellectual Property Cores". Design & Reuse.
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