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前有芯恩,后有海芯,CIDM模式为何广受欢迎?

前不久,广东海芯集成电路有限公司研发生产基地项目举办开工仪式,计划生产功率器件、MOSFET、IGBT、数模混合、微机电、单片机等产品,该项目建成后,预计将达到年产 8 英寸芯片 42 万片,12 英寸芯片 8 万片的生产能力。

海芯开工仪式上,芯恩创始人张汝京的身影引发了行业对于两者之间的猜测。直到张汝京本人出面声明,才使得猜测告一段落。“海芯集成电路项目系由原摩托罗拉中国区总经理陈永正先生发起,彼此是旧识老友;由于陈永正刚从海外回来还在隔离,所以替他参加了奠基仪式。”

提到广州半导体产业,笔者在先前《广州“芯”破局》一文中,描述了广州集成电路产业的现状与格局。其中,广州粤芯半导体作为国内首座以虚拟 IDM(VIDM)模式为运营策略的 12 英寸芯片制造公司曾名噪一时,公司联合芯片设计、封装测试、终端应用、产业基金等资源,为广州链结半导体产业跨出第一步。

那么海芯选择的是怎样的商业模式呢?陈永正在接受采访时表示,海芯将以 CIDM模式前行,降低研发成本,快速推向市场,这是 CIDM 模式抱团取暖、互利共赢的第一步。公司也将成立一个 Power IC 设计团队,和 CIDM 合作伙伴们共同打造高端产品,进行中国自有品牌的打造。

VIDM 名声大噪之后,这个 CIDM 又是什么情况?我们一起来研究一下。

什么是 CIDM 模式?

IDM(Integrated Device Manufacturer)模式相信大家都不陌生,IDM 是指集芯片设计、晶圆制造、封装测试到产品销售等环节于一体,比较典型的厂商有英特尔、三星、德州仪器、意法半导体、华润微、士兰微等。

因为设计、制造等环节协同优化,有助于充分发掘技术和市场潜力,早期多数集成电路企业采用 IDM 模式;但由于此模式下公司规模庞大,前期建设和后期管理等成本较高,资本回报率偏低,目前仅有少数企业能够维持。

到上世界八十年代,由于 Fabless(无晶圆厂)的出现,以及台积电纯晶圆代工厂的建立,Fabless 模式开始盛行。IDM 模式工艺开发不灵活,产品研发慢等问题逐渐暴露出来。

因而,在产业发展与商业模式推动下,合作共赢就是其中一个解决办法,于是 CIDM(Commune IDM,共享 IDM)应运而生,多个设计公司一起加入共享产能。

图源:芯恩官网

CIDM 模式,即创建共享共有式整合元件制造公司,整合芯片设计、芯片研发、芯片制造,芯片封装测试,为终端客户提供高品质、高效率的产品。采用共建共享的模式,由 IC 设计公司、终端应用企业与 IC 制造厂商共同参与项目投资,并通过成立合资公司的形式将多方整合在一起。

这些出资者就像共同体一样合作,形成一个半导体的生产平台,在这个平台上所有参加者共同构筑 win-win 关系。这一模式可使 IC 设计公司拥有芯片制造厂的专属产能及技术支持,同时 IC 制造厂得到市场保障,实现了资源共享、能力协同、资金及风险分担。

CIDM 发展历程

CIDM 最早是由海外公司所创,整套模式在新加坡、美国和我国台湾等多地都有实践。

其中,TECH 就是比较有名的 CIDM 公司,由德州仪器(TI)、新加坡政府经济发展局(EDS)、佳能(Cannon)、惠普(Hewlett-Packard)四家公司共同投资而成,以生产存储器为主,计划在满足自需 DRAM 的基础之上实现盈利。当初 TECH 在通过自身设计过程后,根据设计的需求进行制造,再通过封装测试形成产品,最后将其推向销售市场,成立后的第二年就已产生一定的盈利。后续由于参与企业种种原因,公司最后被美光收购。

目前我国半导体行业在产能和技术方面都正在快速发展,构建 CIDM 公司不失为一条探索和实现半导体上下游整合的特色发展道路。

张汝京是国内 CIDM 模式的带头人,张汝京指出,在当前阶段,下游制造环节对上游设计环节的支持十分重要。然而,现在投资和维持一家晶圆制造厂的成本太高。因此,针对这一现状和趋势,张汝京希望以 CIDM 模式来带动中国半导体行业发展,通过这种整合资源方式攻破一批关键技术和产品,进一步解决国内产业链之间配套能力弱的难题。

CIDM 与 VIDM、Foundry 有什么区别?

CIDM 与 VIDM 不太一样,CIDM 是由数家设计公司共同投资成立 Fab,实际拥有代工工厂,可以根据各设计公司的实际需求合理规划产能结构,形成共享、共有式的 IDM 公司。而 VIDM 指的是一家设计公司将产品委托给代工厂加工生产,但是代工厂的产能专门用于满足设计公司的需要,这部分的产能不能给其他公司使用。所以,CIDM 的优点是大家共同拥有的,资源共享,分担风险,协同能力大增,有很多好处。

与代工厂相比,CIDM 模式的运作要简单很多。CIDM 开始阶段对工艺种类数目的要求并不高,研发力量比较集中。CIDM 中的产能分配可以通过其组成公司的内部协商来决定,“进可攻,退可守”。如果产能有需求,便增加产能;如果产能过剩,便可以向外部客户提供服务,因此过剩的产能就派上用处了。

CIDM 的优点与挑战

优点:

(1)高利润:CIDM 可以比先进代工和 IDM 的利润更高。在不使用先进工艺的情况下,CIDM 快速高效的设计能力能够降低成本,进而使得开发出来的产品利润较高;

(2)减少恶性竞争:CIDM 能将许多相同领域的设计公司结合在一起,减少彼此之间的恶性竞争,使得产品能够快速走向市场;

(3)提供更高效和快速的平台:CIDM 提供的平台能够让电路设计更迅速,让产品利用工厂数据,通过大数据分析,使得产品调试、迭代更快;

(4)适合未来芯片发展:由于 AI 和 IoT 芯片更新换代快,且少量多餐、应用碎片化,因此,芯片导入市场的速度成为关键因素。

CIDM 模式在国内推行有哪些困难?

·需要多种技术方案,给设计和代工企业带来挑战

在中国 CIDM 需要代工厂和集成电路设计企业共同构建,将设计与制造融为一体,联合互动发展。这些特征将对设计和制造双方带来一些挑战:对于制造业,代工厂需要为客户提供量身定制的工艺流程,尤其在客户种类不单一的 CIDM 模式中,代工厂需要提供多元化、低成本的完整服务能力。即一个 CIDM 可能服务于 5 个或者 10 个客户,因此需要 Fab 厂给多家公司提供技术,这个挑战性要比 IDM 模式只给单一客户提供服务大一些;

对于设计业,Fab 厂需要将设计环节贯穿于制造以及封测过程中,并且需要保证设计同技术发展的步调一致性。

·归属权问题下的协同与竞争

此外,这 5 到 10 家客户的协调也是一个难点,因为 CIDM 模式下产能的归属权和优先级颇具争议。CIDM 是由多家公司共同组合而成,如果采用优先满足 CIDM 内部公司的使用需求,这从另一方面也局限了 CIDM 的发展,限制了其难以服务于广大的设计厂商。

因此,如何平衡好 CIDM 投资方与第三方设计企业的产能优先级问题,也是一个不容忽略的因素。以及 CIDM 内部众多 fabless 之间最好不要有竞争,客户面对的市场要有差异性,协同作业十分重要。

海芯之外,本土还有哪些 CIDM 企业?

·青岛芯恩

中国的 CIDM 第一号企业当芯恩莫属。

芯恩成立于 2018 年,据官网公开资料显示,芯恩为中国首个协同式集成电路制造(CIDM)项目,总投资约 150 亿元,其中一期总投资约 78 亿元,建成后可以实现 8 英寸芯片、12 英寸芯片、光掩膜版等集成电路产品的量产。产品覆盖 MEMS/MOSFET/IGBT、RF/Wireless IC、电源管理 IC,MCU,嵌入式逻辑 IC,以及模拟 IC。同时,吸引海内外知名芯片设计、制造、封测等企业落户,打造集成电路上下游全产业链。

芯恩完工构想图

由于国内的部分特殊芯片,无法单独由设计公司完成,而长期遭国际厂商垄断所导致的缺芯,以及利基型芯片缺乏等问题,都是因为没有 IDM 公司研发生产制造所致。

芯恩的 CIDM 模式就是为了解决 fabless 的订单安全问题,芯恩公司是一家以 CIDM 共享、共有式整合元件制造公司,联合多家 fabless,在某些特定产品,或者工艺领域中可以提供优质的 PDK(工艺套件)资源。CIDM 就是为针对上述问题所提出的解决方案。

正如芯恩的专家季明华强调,芯恩采用的是欧洲 IDM 大厂的 PDK,不会与晶圆代工厂竞争。因为各个代工厂的 PDK 都是不一样的,在当今的商业模式下,由于资源是孤立的,所以会存在较多的壁垒, CIDM 的目标就是要逐步打破这些壁垒,实现资源共享最大化,这样也可以加速研发进度,提高效率。

目前,青岛芯恩正处于设备安装阶段,预计今年 6 月底前开始试投产。

·武汉弘芯

武汉弘芯成立于 2017 年 11 月,锁定 14 纳米、7 纳米及以下先进逻辑工艺晶圆制造服务,旨在成为全球第二大 CIDM 晶圆厂。

据公开信息披露,武汉弘芯项目总投资额约 200 亿美元。主要投资为 14 纳米和 7 纳米项目:

14 纳米自主技术研发项目:2019 年 3 月已启动技术研发计划,拟在 2020 年下半年开始首次测试片流片及首次 SRAM 母盘功能测试工作;

7 纳米自主技术研发项目:2020 年开始进行 7 纳米的自主技术研发,目标在 2021 年第三季开始首次测试片流片及首次 SRAM 母盘功能测试。

不过,2019 年 11 月,由于工程问题导致武汉弘芯土地被封,突如其来的变故可能会影响其上述项目进展。后续,武汉弘芯提交了举证材料,并依法启动解封土地程序。去年 12 月,武汉弘芯还举行了首台高端光刻机设备进厂仪式,该光刻机制造商为 ASML,具体型号未知。

然而,就 CIDM 问题,接任武汉弘芯 CEO 的蒋尚义在后来的采访中表示,“武汉弘芯绝对不会是 CIDM 模式,这会是一个全新的模式,不会与台积电有竞争关系,而且也没有人做过,即使国外公司也没有人做过,我认为这全新的模式值得一试,所以才会加入武汉弘芯。”

此外,武汉弘芯原计划持续研发世界先进制程工艺,但根据蒋尚义的说法,将来可能不会朝 10 纳米或 7 纳米工艺以下发展。

其中缘由,除了在台积电任职近 20 年之久的蒋尚义不愿意跟老东家竞争之外,其他原因还不得而知。

CIDM 成了武汉弘芯未遂的志向。

结语

至于 CIDM 模式,未必就特别重要,因为事物总有它的两重性,好坏参半。

任何一种商业模式都要根据当前发展阶段和现状来进行评估和选择,适合的就是最好的。

对于中国半导体业的发展要有正确的估计,各方面都存在不少问题,有些问题也不是短期内就能解决的,然而事物总是要循序渐进,国家实力在不断增强,结合中国巨大的应用市场,相信只要在选定的模式上坚持下去,中国芯片产业中的 IDM 模式也会达到新的高度。