建厂难、验证烦，Foundry和Fabless的同一个“困惑”

路科验证 2021-08-23 12:12

构建AI未来，Arm计算平台无处不在 芯片现货市场行情分析

| 问题到底出在哪里？

作者：亚亚君

引言——几年前，上海的一位领导向芯谋研究首席分析师顾文军问了一个问题：“作为国内领先的代工厂，中芯国际能给高通流片28纳米工艺，为什么不能给展锐流片？而展锐作为国内领先的设计公司，选择台积电流片28纳米，为什么不选择中芯国际。他们都在上海，为何合作很少？”顾文军用打篮球作为比喻，在篮球比赛中，大家都想抱大腿，都想和实力强劲的选手一组，在半导体领域中，中芯国际和展锐虽然当时在国内领先，但在全球还有不少实力上的差距，所以他们也都想抱“大腿”。领导闻之，哈哈一笑。

显然，当一个规模不大的设计公司（Fabless）去找非国际顶尖晶圆厂代工时，尤其是先进工艺，最终芯片出现了问题，搞不清是谁的责任，设计公司和Fab都认为自己没有问题，导致互相扯皮，效率大大降低。但如果这家代工厂是台积电，或者设计公司是国际顶尖设计公司，就不会存在这样的扯皮。因为顶尖企业有非常完备的芯片诊断系统，但问题的关键是，中国半导体企业绝大部分不那么顶尖。

除了自身实力上的差距，中国的Fabless与Foundry之间还缺少了一个“桥梁”式的第三方平台公司。

追本溯源，回顾全球半导体历史，IDM模式开创了先河，巨头公司承包了设计、制造、封装测试再到销售自有品牌芯片产品，该模式是上世纪八十年代世界半导体发展金科玉律，后晋玩家也靠此模式获得成功。随着1987年台积电的成立，一种全新的商业模式晶圆代工诞生，以台积电为代表的Foundry厂取得巨大成功。至此，主流的IDM模式被划分为Foundry（代工）+Fabless（设计）。

经过几十年的发展，Foundry越来越强大，Fabless越来越独立，背后的问题也越发凸显，国内对半导体产业的热情，也放大了问题的严重性。

严峻的问题

建厂多而技术积累少。如今国内刮起一阵建厂风，许多地方对半导体制造厂充满热情，同时也把建厂这件事看得过于简单，以为设备买好，产能就有了。殊不知，如果技术没有建立完备，设备进厂只是悲剧的开始。即便新厂工艺开发完，离产品完成还相差甚远，还需要开发PDK（Process design kits），目前很多公司PDK的能力是缺失的，而选择外包的方式。如果代工厂没有PDK能力，何谈最终产品落地，何谈有效产能。

缺少IP设计能力，存在安全风险。国内的代工厂绝大部分没有IP能力，既没有IP设计能力，也没有IP Debug能力。就算像中芯、华虹这样领先的公司，也是IP不全，设计部门自己开发的IP很少，绝大部分是国际巨头EDA公司的IP，这不仅存在价格昂贵的问题，也存在潜在的安全层面的问题。此外，对于代工厂来说，组建一个IP设计团队成本过高，毕竟使用频率不高，技术开发后，就会暂时停滞。

芯片可靠性和诊断能力差。如本文开头所说，一般的设计公司和代工厂没有芯片诊断能力。即便像中芯、华虹这样有实力的代工厂，在工艺开发完成后，需要找一个国际大公司流片，完成对整个工艺的验证，随后才可以服务相应制程工艺的设计客户。而国际大公司如博通、高通，会选择在代工厂工艺还不成熟的时候导入，当产品出来时，中间可以省去至少一年半的时间。反过来说，代工厂想要新工艺提前量产，需要仰仗国际大公司。

设计公司产品很难差异化。通常一家代工厂有几十家甚至上百家设计公司作为客户，然而代工厂并不会为此设计几十个甚至上百个PDK。因此，当设计公司拿到代工厂PDK，如果这些公司的设计类似，就很难做到差异化。在设计公司产品竞争极其激烈的当下，性能、成本和差异化才是竞争的关键。

Foundry和Fabless之间的桥梁

放眼中国半导体产业，虽然存在一些Design service公司，比如芯原微电子，但是做类似Foundry service的公司极其缺少，这类公司可以在Foundry和Fabless之间搭起桥梁。仰仗于对Foundry的充分而独到的理解，能够将设计公司的需求快速落地，节约成本，争取时间窗口。当然，这类公司的技术和产业门槛也很高，不仅要对Foundry的工艺流程和技术极其熟悉，还要对设计公司需求和流程有所了解。

这类“桥梁”公司之所以稀有，是因为台积电等一众代工厂不会单独剥离公司来做第三方服务平台，其中最为关键的一个词是“第三方”，第三方平台可以同时服务于多家设计公司，将其与代工厂进行有机串联。当下做设计的想了解代工，做工艺的想了解设计，双方需求旺盛。

服务于Foundry和Fabless的平台，能够在新建代工厂工艺开发阶段，甚至在设备清单阶段就切入进来。因为Foundry的工艺流程决定着需要怎样的设备，如果在早期阶段，有专业的团队协助新Foundry厂一起整理设备清单，可以大大降低后期开发难度。当下一些“烂尾”项目，由于组局人的不专业，所购买的设备存在不小问题，有的项目甚至从一开始的厂房建设和整体项目规划就存在问题，导致接盘人都难以找到。此外，还有一些项目，国家的钱也投了，厂房也盖了，设备也在路上了，却没有完整的专业团队，如今国内新建厂房之多，挖人内卷严重，就算团队凑齐了，但设备的折旧已经开始。如果有一个专业的技术团队协助前期研发工作，何乐而不为。

当一个项目初期已经建设完备，正在寻求扩产的时候，也会遭遇团队扩充问题。新厂建设，有时会通过低利润方式切入，但随着资金的不断投入，项目最终还是需要盈利，至少要收支平衡。想要达到收支平衡就要有一定规模的产能，而在产能爬坡阶段，需要一个专业的成建制的研发团队来进行技术升级，最好是从工艺开发、PDK、IP等全部囊括。即节约了成本，又能抢占时间窗口。

对于设计公司来说，时间窗口也是极其重要的。如果一家设计公司能够在新建Foundry初期就能切入进来，将会和Foundry绑定的极其紧密，在产能获取方面也会有一定优势。对于设计公司来说，与代工厂的沟通成本也非常可观，有些体量较大的设计公司会同时与两三家代工厂打交道，甚至在和同一个代工厂进行合作时，需要和不同部门打交道。此时，第三方Foundry服务平台重要性就凸显，可以帮助对接设计公司和代工厂，完成中间冗杂的事宜。服务平台还能够提供EDA工具相关服务，对于规模一般的设计公司来说，养一个EDA工具团队成本颇高，而一个项目完成后，EDA的复用率很低。而设计公司对产品差异化的需求也非常强烈，同一个代工厂可能用同一套PDK，导致设计公司最终产品很难形成差异化竞争。

协助人才培养，助力项目快速开出有效产能。如今新建厂房众多，作为头疼的问题就是人才。即便挖到了一些人，也很难成大事，行业的人才内卷只会将把行业搞的更惨。对于Foundry来说，最缺的是有经验的人才，而人才培养是需要几年周期的，这样的周期对于一个新厂来说是致命的。对于设计公司来说，也不会去培养一些专门与代工厂对接的技术团队。所以不管是Foundry还是Fabless，对于一个能够协助公司快速培养人才，完成Foundry和Fabless对接是很重要的。

结语

当下Foundry+Fabless模式成为了半导体行业一种主流方式，Foundry就像一条路，Fabless好似一辆车，当新车开新路出现问题时，我们很难判断到底是车出了问题，还是路的施工有问题。此时，谁来验证问题显得非常重要。当国内主流代工厂需要靠国际巨头设计公司来完成工艺验证时，当国内设计公司只能去境外代工厂进行先进工艺产品流片时，这是否在告诉我们，国内对Foundry和Fabless之间第三方平台缺失。快速搭建Foundry和Fabless的桥梁，是当下国内半导体产业需要的一个部分，快速解决产能问题，协助设计公司完成产品落地，抢占时间窗口。

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路科验证专注于数字芯片验证的系统思想和前沿工程领域。路桑是Intel资深验证专家，主持验证架构规划和方法学研究，担任过亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外，他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。著有书籍《芯片验证漫游指南》。

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