代工硝烟又起

智慧产品圈 · 公众号 · · 2021-05-10 08:08

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IBS首席执行官Handel Jones表示，受人工智能、汽车、移动设备、服务器和其他产品需求的推动，全球代工市场预计将从2020年的779亿美元增长到2021年的917亿美元。

多年来，代工厂商为客户提供了模拟、CMOS图像传感器、化合物半导体、逻辑、MEMS、RF等多种不同技术市场的第三方制造服务。

对于每个市场，代工厂都在一家工厂开发一种工艺技术，该技术指的是在一家工厂中“用于制造集成电路的一系列步骤”。WikiChip的DavidSchor解释说。

一些供应商，如GlobalFoundries、三星、中芯国际、台积电和UMC，在许多技术领域提供代工服务。大多数专攻一到几个领域。

纯粹的代工玩家出现在1987年成立的台积电（TSMC），当时还是一家默默无闻的公司，为外部公司提供芯片制造服务。接着，其他代工供应商也很快跟进。

当时，大多数IC厂商都是集成器件制造商（IDMs），并在自己的工厂生产芯片。在那些日子里，许多IDMs都放弃了技术落后的生产线。

即使在那时，先进的工艺技术市场也是竞争激烈的。IDMs和发展缓慢的制造商试图跟上摩尔定律的步伐，即每18到24个月晶体管密度翻一番。每18到24个月的周期或节点需要一种晶体管密度更高的新工艺技术。

在每个节点，芯片制造商将晶体管规格缩放0.7X，使该行业能够在功耗和面积减少50%的情况下实现40%的性能提升。这反过来又使集成电路制造商能够在一个器件上集成更多的晶体管，从而使新的电子产品以更低的成本实现更多的功能。

据IBS统计，2001年，有18家芯片制造商的晶圆厂可以加工130nm芯片，这是当时的先进工艺。当时，一些代工厂主要在成熟节点为其他客户代工生产芯片。代工厂也为无晶圆厂的设计公司生产芯片。

到2010年，随着制造和加工成本上升，许多IDMs转向了“fab-lite”模式。他们在自己的工厂生产一些芯片，同时将一些生产外包给代工厂。许多IDMs继续在自己的工厂生产器件，而另一些IDMs转型fabless或退出了业务。

一个大的变化发生在20nm节点，传统的平面晶体管走到尽头。平面晶体管仍在28nm/22nm及以上的芯片中使用，但业界需要一种新的解决方案。

这就是英特尔在2011年推出22nm finFETs的原因。三年后，代工厂采用了16nm/14nm的finFETs。

▲ FinFET与平面晶体管（来源：Lam Research）

finFETs比平面晶体管具有更好的性能，“与先前的平面晶体管相比静态漏电更低，通过栅极在三个侧面接触的鳍提供了对在鳍内形成的沟道的更好的控制，”Lam Research大学活动主任Nerissa Draeger说。

但是finFETs也很难在每个节点上制造和缩放。正因为如此，工艺研发成本直线上升。所以，现在一个完全缩放的节点的节奏已经从18个月延长到了30个月甚至更长。

尽管如此，随着finFETs的引入，英特尔在微处理器市场和处理技术方面的领先地位得以扩大。为了利用这项技术进入新市场，英特尔在2010/2011年进入了代工行业。

公司取得了一些成功。当时，英特尔基于其22纳米finFETs工艺，为多家厂商生产FPGA。后来，英特尔为Altera生产14nm FPGA。直至2015年，英特尔收购了Altera。

台积电当时仍在代工市场占据主导地位。GlobalFoundries、三星、中芯国际、UMC等是另一股力量。英特尔的代工份额微乎其微，但由于其技术领先地位，它构成了真正的威胁。

这一情况在2016年发生了变化，当时英特尔首次推出了10nm finFETs工艺。但英特尔在10nm处遇到了几次延迟，最终在2019年出货，比预期晚了两年多。

“英特尔设计其10nm制造工艺，同时考虑（a）目标，试图为IDM定制工艺，并使工艺通用化，以支持更异构的产品路线图和新兴的代工业务，” Cowen分析师Matthew Ramsay在最近的一份报告中说。“简言之，这帮助制造了10纳米的混乱。”