中国芯片发展的新尝试——CIDM模式
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文/图 半岛记者 王丽平 在目前新冠疫情的形势下,如果出现发烧,很多人的第一反应是去做新冠病毒核酸检测。如果结果呈阴性,同时又发烧,此时会依然忐忑不安,因为你不知道到底只是普通感冒,还是得了新冠肺炎,因为试剂或检测方法的问题,没有检测出来。针对
半导体生产领域,大家比较熟悉的是IDM(Integrated Design and Manufacture,垂直整合制造)和Foundry(半导体芯片生产加工厂商,“代工厂”)两种成熟的模式,最近几年,张汝京(中芯国际创始人)提出更适合中国情况的是新型半导体生产模式——“Commune IDM”,即“CIDM”模式。
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。
中国的CIDM,青岛芯恩、武汉弘芯到广州海芯
青岛芯恩:是由张汝京先生率领成立的CIDM第一号企业。芯恩成立于2018年第一季度,据说在青岛市划取了一片40万平米的土地,其中,25万平米会用于200nm(Fab,最大月生产能力6万颗)和300nm(Fab,最大月生产能力4万颗),目前在建设中。
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。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。不过近期 CEO 蒋尚义表示,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。
广州海芯:是由原摩托罗拉中国区总经理陈永正先生发起。2020年3月,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。
对于CIDM模式而言,事先做好协同作业(Concordance)尤为重要。
在技术层面,张汝京认为,CIDM一开始的时候只需要提供10至20种工艺,力量比较集中,做到40-28nm就足够了,这个节点及以上的工艺,70-80%的产品都可以生产了,有很大的获利市场。40nm之后接着就上28nm。最赚钱的也可以接得上。
他建议先不要一开始就去做14纳米或者10纳米这种最先进的工艺和产品。更先进的14-7纳米的工艺和产品还是先让那几家领先的公司去研发和生产。
在市场策略方面,CIDM自家的产能分配可以内部协商,必要时可以增加产能;如果产能过剩,就对其他客户提供服务。是一种“进可攻,退可守”的模式。
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。
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。
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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。
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中国芯片70年发展历程