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晶圓制造+設計IP 晶圓代工模式再度轉型

作者: 時間:2026-02-02 來源: 收藏

1983 年,張忠謀(Morris Chang)離開德州儀器(Texas Instruments)創辦臺積電(TSMC)時,并非僅僅是成立一家新公司 —— 他更是提出了一種全新的產業邏輯。張忠謀意識到,半導體制造已變得資本密集度極高,無法再作為垂直整合企業內部的單一職能存續。在當時看來,他的解決方案極具顛覆性:專業化分工。讓晶圓代工廠專注制造,讓無晶圓廠公司專注設計,讓規模經濟決定企業的生存。在接下來的四十年里,這一模式重塑了整個半導體產業。

但推動純占據主導地位的市場環境正再度發生變化。

隨著制程演進放緩、產品生命周期延長,以及競爭差異化不再依賴單純的晶體管密度,僅靠制造能力已不足以構成競爭優勢 —— 尤其是在消費級和云計算市場之外。價值正逐漸向產業鏈上游遷移,轉向系統賦能層面:硬化知識產權(hardened IP)、軟件連續性、平臺長效性以及可預測的全生命周期支持。在這種環境下,晶圓代工廠不再只是晶圓供應商,正轉型為基礎設施提供商。

從這一視角來看,格芯(GlobalFoundries)近期收購新思科技(Synopsys)的 CPU 知識產權業務(包括 ARC 處理器系列),其意義遠超產品組合擴張。這標志著本身的第二次演進。當年張忠謀為應對制程規模化的經濟壓力,將制造與設計分離;如今的晶圓代工廠則為應對產業成熟階段的經濟規律,有選擇性地重新整合高價值硬化知識產權。

這并非退回垂直整合制造(IDM)時代,而是源于一種認知:在汽車、工業、基礎設施和嵌入式系統等長生命周期市場中,客戶日益需要的是平臺確定性,而非僅僅是晶圓產品。并未被拋棄,而是正在適應性演變。

隨著傳統制程規模化的經濟效益減弱、資本密集度上升,競爭優勢(尤其是在消費級和超大規模計算之外的領域)正從單純的晶體管密度轉向生命周期管理能力和設計賦能。“在嵌入式和工業市場,領先供應商明確承諾提供 10-15 年以上的產品供應保障和連續性,這反映了客戶對長效平臺的需求,而非頻繁重新設計產品。”

與此同時,半導體知識產權業務已成為價值數十億美元的市場機遇(據 MarketsandMarkets 數據,年規模約 70-80 億美元),其中亞太地區(以中國為主)占據最大份額。此外,該市場仍在持續增長,近期行業數據顯示知識產權收入增速強勁。晶圓代工廠正對此作出回應,從單純的晶圓產出向 “設計基礎設施” 拓展 —— 包括經認證的知識產權生態、合格的電子設計自動化(EDA)流程、工藝設計套件(PDKs)、可制造性設計(DFM)、封裝技術及相關服務,臺積電的開放式創新平臺(OIP)便是典型例證。在這種趨勢下,晶圓代工廠不再只是晶圓供應商,更成為覆蓋產品全生命周期的平臺和基礎設施提供商。

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靠整合崛起的晶圓代工廠

格芯并非源于單一的創立契機,而是通過一系列結構性決策逐步整合形成,每一步決策都旨在應對半導體產業的不同壓力。

這一進程始于 2008-2009 年,當時超威半導體(AMD)剝離其制造部門,以擺脫垂直整合制造(IDM)模式下不斷攀升的資本需求。此舉既保障了 AMD 對先進產能的獲取,又使其設計部門擺脫了不可持續的成本結構。

若非穆巴達拉投資公司(Mubadala Investment Company)的支持,此次剝離難以實現 —— 該公司提供了 AMD 缺乏的長期資本和股權穩定性。穆巴達拉最終持有這家新晶圓代工廠 82% 的股份,使其免受短期財務壓力影響,并得以制定以 “持久性” 而非 “速度” 為核心的戰略。

隨后,穆巴達拉通過收購新加坡特許半導體(Chartered Semiconductor)擴大了格芯的業務版圖。這一舉措使格芯從 AMD 剝離的單一制造部門,轉變為一家具有實際規模的全球化分布晶圓代工廠,新增了多家晶圓廠、多元化客戶群體和特色制程技術廣度。

2014 年,格芯完成了最后一塊奠基拼圖:IBM 退出半導體制造業務,將其東菲什基爾(East Fishkill)和埃塞克斯 Junction 晶圓廠,連同先進研發團隊以及與 POWER 和 Z 系列產品相關的長期供應協議,一并轉讓給格芯,甚至支付資金讓格芯接手運營。美國工程人才的注入以及基于絕緣體上硅(SOI)的制程技術,使格芯從中端廠商躍升至在專用邏輯領域具備世界級能力的晶圓代工廠。

綜上,格芯是通過整合而非獨創形成的公司:AMD 貢獻了制造基因,阿布扎比提供了資本和產業耐心,特許半導體帶來了全球規模,IBM 賦予了先進技術。最終形成的這家晶圓代工廠,其戰略與那些單純追逐先進制程節點的企業截然不同。頗具諷刺意味的是,如今 AMD 的先進鰭式場效應晶體管(FinFET)制程反而依賴臺積電。

兩大電子產業領域

從宏觀層面看,全球電子產業已形成兩個截然不同的競爭領域。

第一個領域是消費級和云計算:涵蓋智能手機、個人電腦、數據中心和超大規模人工智能(AI)。該領域的核心驅動力是每瓦峰值性能、快速產品周期以及對晶體管密度的持續追求。其資本密集度極高,產品生命周期較短,少數客戶占據了絕大部分需求。該領域的制造業務已集中在少數幾家企業手中 —— 臺積電居于首位,三星和英特爾是唯一能在先進制程領域與之抗衡的競爭對手。

第二個領域是格芯深耕的物理、嵌入式和基礎設施電子領域。包括汽車系統、工業自動化、射頻連接、電力電子、航空航天與國防、醫療設備、能源系統以及嵌入式控制和推理系統。在該領域,成功的關鍵并非噱頭式的性能參數,而是可靠性、確定性表現、產品認證和供應連續性。產品生命周期長達數十年,而非短短幾年。

拿格芯與臺積電對比并無意義

臺積電、三星和英特爾處于三強競爭格局,規模、冗余能力和地緣政治韌性是企業生存的關鍵。每個新制程節點都需要數百億美元的資本投入,一旦執行失敗,代價將極為慘重。

格芯刻意退出了這場競賽。此舉使其避開了淘汰眾多其他晶圓代工廠的 “中間擠壓” 困境 —— 這些企業既沒有足夠規模在先進制程領域勝出,又缺乏足夠的差異化優勢以留住長期客戶。

相反,格芯圍繞重視穩定性而非創新性的市場進行了業務重組。汽車、工業、射頻、電力和基礎設施領域的客戶并不希望每兩年就對芯片進行重新認證,他們需要的是可預測性、長期供應保障和穩健的制程演進。對于這些客戶而言,一款能夠持續穩步優化的成熟制程節點,往往比商業半衰期極短的前沿制程更具價值。

這就是為何臺積電有英特爾和三星作為同行,而格芯看似 “獨樹一幟”。這種不對稱反映的是不同的市場規律,而非競爭劣勢。

不執著于密度的制程創新

退出前沿制程競賽并不意味著放棄制程創新。格芯退出的是晶體管密度競賽,而非對其客戶至關重要的制程代際演進。

格芯持續在現有節點內提升性能、功耗效率和可靠性,同時推進全耗盡型絕緣體上硅(FD-SOI)、射頻絕緣體上硅(RF-SOI)和電力制程等特色平臺的演進。這些進步在以消費為中心的敘事中往往不引人注目,但在汽車和工業系統中卻具有決定性意義 —— 在這些領域,漏電率、模擬性能和認證裕量對實際表現起著主導作用。

全耗盡型絕緣體上硅(FD-SOI)技術尤為能體現這一理念。盡管它仍在進行幾何尺寸縮放,但其節奏和目標與鰭式場效應晶體管(FinFET)截然不同。強大的靜電控制能力使其能夠通過體偏置、電壓縮放和系統集成實現性能提升,從而降低了對激進幾何尺寸縮減的依賴。這種穩健的演進模式與長生命周期市場天然契合。

精心設計的雙制程戰略

格芯戰略中一個關鍵且常被忽視的方面是,其同時實現了全耗盡型絕緣體上硅(FD-SOI)和鰭式場效應晶體管(FinFET)制程系列的規模化量產。與幾乎完全專注于鰭式場效應晶體管(FinFET)節點縮減的前沿晶圓代工廠不同,格芯維持著兩大互補的制程支柱,分別針對不同的工作負載和生命周期進行優化。

22FDX 和 28FD-SOI 等全耗盡型絕緣體上硅(FD-SOI)平臺,針對超低漏電率、確定性時序和寬工作電壓范圍進行了優化,非常適合安全關鍵型、混合信號和始終在線的應用領域。12LP 和 14LPP 等成熟鰭式場效應晶體管(FinFET)節點,能為支持 Linux 系統的嵌入式系統、汽車域控制器和基礎設施芯片提供更高性能,同時避免了前沿制程的頻繁迭代。

這些平臺的共存并非過渡性的,而是結構性的。它們共同使格芯能夠支持各類物理世界電子設備,而無需依賴 7 納米、5 納米或 3 納米等先進制程競賽。

精簡指令集架構 - V(RISC-V)與自主掌控計算知識產權的邏輯

隨著精簡指令集架構 - V(RISC-V)的采用率加速提升,這一模式的戰略連貫性變得更加清晰。精簡指令集架構 - V(RISC-V)的最快增長并非出現在消費級計算領域,而是在格芯已深耕的嵌入式、汽車和工業市場。

市場預估顯示,當前全球精簡指令集架構 - V(RISC-V)生態系統規模約為 16-26 億美元,預計復合年增長率為 25%-33%,到 2030 年將達到 80-90 億美元,到 21 世紀 30 年代中期可能達到 200-260 億美元。盡管與 ARM 和 x86 相比規模仍較小,但其發展軌跡已不容置疑。

格芯收購美普思科技(MIPS)和新思科技(Synopsys)ARC 知識產權的舉措,應放在這一背景下理解。這些舉動使格芯在最關鍵的層面 —— 系統賦能 —— 更深地扎根于精簡指令集架構 - V(RISC-V)生態系統。ARC-V 與全耗盡型絕緣體上硅(FD-SOI)天然契合,MIPS RISC-V 則與成熟鰭式場效應晶體管(FinFET)相得益彰。其目標并非推廣特定指令集架構(ISA),而是構建基礎設施,減少計算知識產權、工具與制造之間的銜接障礙。

關鍵市場

高端消費級增強現實 / 虛擬現實(AR/VR)產品通常受益于前沿制程節點,但該市場經濟規模較窄且受消費需求驅動。相比之下,機器人技術屬于實時系統應用,確定性延遲和功耗穩定性比峰值吞吐量更為重要。汽車行業的案例最具說服力:長生命周期、功能安全和供應連續性是核心需求,僅有極少數工作負載真正需要前沿制程芯片。

格芯之所以能保持競爭力,是因為它與電子產業中更具持久性的領域保持了對齊。盡管消費級和云計算占據了媒體頭條,但物理和基礎設施電子領域更看重資本紀律、穩定性和長期執行力。格芯早早退出了密度競賽,并圍繞這些市場現實重組了業務。在這個眾多企業因追逐無法持續的規模而消亡的行業中,格芯通過選擇不同的 “戰場”,并構建與之匹配的商業模式得以生存。


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