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semi_ecosystem [2022/02/14 12:51] gongyusu [6. 集成设备制造商(IDMs)] |
semi_ecosystem [2022/02/14 13:29] (当前版本) gongyusu [下一步是什么?] |
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行 13: | 行 13: | ||
如果您能够查看代表半导体行业的简单三角形内部,而不是一家制造芯片的公司,您会发现一个拥有数百家公司的行业,所有公司都相互依赖。 总体而言,它非常庞大,所以让我们一次描述生态系统的一部分。 (警告——这是一个非常复杂的行业的简化视图。) | 如果您能够查看代表半导体行业的简单三角形内部,而不是一家制造芯片的公司,您会发现一个拥有数百家公司的行业,所有公司都相互依赖。 总体而言,它非常庞大,所以让我们一次描述生态系统的一部分。 (警告——这是一个非常复杂的行业的简化视图。) | ||
- | **半导体行业细分** | + | ### 半导体行业细分 |
半导体行业有七种不同类型的公司。每一个不同的行业部门都将其资源输送到下一个价值链,直到最终一家芯片工厂(“Fab”)拥有制造芯片所需的所有设计、设备和材料。从下往上看,这些半导体行业细分如下: | 半导体行业有七种不同类型的公司。每一个不同的行业部门都将其资源输送到下一个价值链,直到最终一家芯片工厂(“Fab”)拥有制造芯片所需的所有设计、设备和材料。从下往上看,这些半导体行业细分如下: | ||
行 26: | 行 26: | ||
下面的部分提供了这七个半导体行业领域的详细信息。 | 下面的部分提供了这七个半导体行业领域的详细信息。 | ||
- | ### 1. 芯片知识产权(IP)核心 | + | #### 1. 芯片知识产权(IP)核心 |
* 芯片的设计可能由一家公司拥有,或者…… | * 芯片的设计可能由一家公司拥有,或者…… | ||
* 一些公司将自己的芯片设计通过软件构件模块(称之为IP核)授权其他公司以获得广泛的使用 | * 一些公司将自己的芯片设计通过软件构件模块(称之为IP核)授权其他公司以获得广泛的使用 | ||
行 33: | 行 33: | ||
{{ :1_Chip-IP-cores-2.jpg |}} | {{ :1_Chip-IP-cores-2.jpg |}} | ||
- | ### 2. 电子设计自动化(EDA)工具 | + | #### 2. 电子设计自动化(EDA)工具 |
* 工程师使用专门的电子设计自动化(EDA)软件设计芯片,这样可以在他们购买的任何IP核上添加他们自己的设计 | * 工程师使用专门的电子设计自动化(EDA)软件设计芯片,这样可以在他们购买的任何IP核上添加他们自己的设计 | ||
* 该行业主要由3家美国供应商主导——Cadence、Mentor(现在已属于西门子)和Synopsys | * 该行业主要由3家美国供应商主导——Cadence、Mentor(现在已属于西门子)和Synopsys | ||
行 41: | 行 41: | ||
{{ :1_EDA-tools-2.jpg |}} | {{ :1_EDA-tools-2.jpg |}} | ||
- | ### 3. 特殊材料和化学品 | + | #### 3. 特殊材料和化学品 |
到现在为止我们的芯片还在软件中,要把它变成有形的东西,我们必须在一个叫做“fab”的芯片工厂里进行实际生产。生产芯片的工厂需要购买特殊的材料和化学品: | 到现在为止我们的芯片还在软件中,要把它变成有形的东西,我们必须在一个叫做“fab”的芯片工厂里进行实际生产。生产芯片的工厂需要购买特殊的材料和化学品: | ||
* 硅晶圆 - 为了制造这些晶圆,他们需要晶生长炉 | * 硅晶圆 - 为了制造这些晶圆,他们需要晶生长炉 | ||
行 51: | 行 51: | ||
{{ :1_materials-2.jpg |}} | {{ :1_materials-2.jpg |}} | ||
- | ### 4. 用晶圆设备(WFE)制造芯片 | + | #### 4. 用晶圆设备(WFE)制造芯片 |
* 这些机器实际制造芯片 | * 这些机器实际制造芯片 | ||
* 全球有5家公司主导这个行业 —— Applied Materials、KLA、LAM、Tokyo Electron和ASML | * 全球有5家公司主导这个行业 —— Applied Materials、KLA、LAM、Tokyo Electron和ASML | ||
行 58: | 行 58: | ||
{{ :1_Wafer-Fab-Equipment-2.jpg |}} | {{ :1_Wafer-Fab-Equipment-2.jpg |}} | ||
- | ### 5. “无晶圆”芯片公司 | + | #### 5. “无晶圆”芯片公司 |
* 以前使用现成芯片的系统公司(苹果、高通、英伟达、亚马逊、Facebook等)现在设计自己的芯片。 | * 以前使用现成芯片的系统公司(苹果、高通、英伟达、亚马逊、Facebook等)现在设计自己的芯片。 | ||
* 他们创建芯片设计(使用IP核和他们自己的设计),并将设计发送给拥有“晶圆厂”的“制造厂”进行制造 | * 他们创建芯片设计(使用IP核和他们自己的设计),并将设计发送给拥有“晶圆厂”的“制造厂”进行制造 | ||
行 67: | 行 67: | ||
{{ :1_fabless-2.jpg |}} | {{ :1_fabless-2.jpg |}} | ||
- | ### 6. 集成设备制造商(IDMs) | + | #### 6. 集成设备制造商(IDMs) |
* 集成设备制造商(IDMs)设计、制造(在他们自己的晶圆厂)和销售他们自己的芯片 | * 集成设备制造商(IDMs)设计、制造(在他们自己的晶圆厂)和销售他们自己的芯片 | ||
* 他们不为其他公司生产芯片(这也正在发生改变)。 | * 他们不为其他公司生产芯片(这也正在发生改变)。 | ||
行 77: | 行 77: | ||
{{ :1_IDMs-2.jpg |}} | {{ :1_IDMs-2.jpg |}} | ||
- | ### 7. 芯片晶圆代工厂 | + | #### 7. 芯片晶圆代工厂 |
- | * 铸造厂在他们的“晶圆厂”里为别人生产芯片。 | + | * 代工厂在他们的“晶圆厂”里为别人生产芯片。 |
* 他们从各种制造商那里购买和整合设备 | * 他们从各种制造商那里购买和整合设备 | ||
- | * 晶圆厂设备及专用材料和化学品 | + | * 晶圆厂设备及专用材料和化学品 |
* 他们利用这种设备设计了独特的工艺来制造芯片 | * 他们利用这种设备设计了独特的工艺来制造芯片 | ||
* 但他们不设计芯片 | * 但他们不设计芯片 | ||
* 台湾的台积电(TSMC)是逻辑领域的领先者,三星(Samsung)位居第二 | * 台湾的台积电(TSMC)是逻辑领域的领先者,三星(Samsung)位居第二 | ||
- | * 其他晶圆厂专门生产模拟芯片、电源芯片、射频芯片、显示器芯片、安全军用芯片等。 | + | * 其它晶圆厂专门生产模拟芯片、电源芯片、射频芯片、显示器芯片、安全军用芯片等。 |
* 建造新一代芯片(3nm)制造工厂的成本为200亿美元 | * 建造新一代芯片(3nm)制造工厂的成本为200亿美元 | ||
{{ :1_foundries-2-1.jpg |}} | {{ :1_foundries-2-1.jpg |}} | ||
- | 晶圆厂 | + | ### 晶圆厂 |
* 晶圆厂是制造工厂的简称——制造芯片的工厂 | * 晶圆厂是制造工厂的简称——制造芯片的工厂 | ||
- | * 集成设备制造商(IDMs)和铸造厂都有晶圆厂。唯一的区别是他们是制造芯片给别人用还是卖,还是制造芯片给自己卖。 | + | * 集成设备制造商(IDMs)和代工厂都有晶圆厂。唯一的区别是他们是制造芯片给别人用还是卖,还是制造芯片给自己卖。 |
* 可以把Fab想象成一家图书印刷厂(见下图) | * 可以把Fab想象成一家图书印刷厂(见下图) | ||
行 105: | 行 106: | ||
{{ :4_Chip-fab-steps-2.jpg |}} | {{ :4_Chip-fab-steps-2.jpg |}} | ||
- | 工厂的问题 | + | ### 工厂的问题 |
* 随着芯片的密度越来越大(在一个晶片上有上万亿个晶体管),建造晶圆厂的成本也直线上升——现在一家晶圆厂的成本高达100亿美元 | * 随着芯片的密度越来越大(在一个晶片上有上万亿个晶体管),建造晶圆厂的成本也直线上升——现在一家晶圆厂的成本高达100亿美元 | ||
* 原因之一是制造芯片所需的设备成本已经飞涨 | * 原因之一是制造芯片所需的设备成本已经飞涨 | ||
行 111: | 行 112: | ||
* 工厂里有500多台机器(不都像ASML那么贵) | * 工厂里有500多台机器(不都像ASML那么贵) | ||
* 晶圆厂的建筑非常复杂。制造芯片的洁净室只是一套复杂的管道系统的冰山一角,所有这些管道系统都在正确的时间和温度向晶圆厂设备输送气体、电力和液体 | * 晶圆厂的建筑非常复杂。制造芯片的洁净室只是一套复杂的管道系统的冰山一角,所有这些管道系统都在正确的时间和温度向晶圆厂设备输送气体、电力和液体 | ||
- | * 为了保持领先地位,要付出数十亿美元的成本,这意味着大多数公司已经退出了竞争。2001年有17家公司生产最先进的芯片。如今只有两家——韩国的三星和台湾的台积电。 | + | * 为了保持领先地位,要付出数十亿美元的成本,这意味着大多数公司已经退出了竞争。2001年有17家公司生产最先进的芯片,如今只有两家——韩国的三星和台湾的台积电。 |
- | * 鉴于中国认为台湾是中国的一个省,这对西方来说可能是个问题。 | + | |
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- | 下一步是什么-科技 | + | ### 下一步是什么? |
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+ | #### 科技 | ||
* 现在越来越难制造出密度更大、速度更快、耗电更少的芯片,那么下一步会是什么呢? | * 现在越来越难制造出密度更大、速度更快、耗电更少的芯片,那么下一步会是什么呢? | ||
* 逻辑芯片设计者将多个专门的处理器放在一个芯片中,而不是让一个处理器完成所有的工作 | * 逻辑芯片设计者将多个专门的处理器放在一个芯片中,而不是让一个处理器完成所有的工作 | ||
行 123: | 行 125: | ||
* 晶圆设备制造商正在设计新的设备,以帮助晶圆厂生产更低功耗、更好性能、最优面积成本和更快上市时间的芯片 | * 晶圆设备制造商正在设计新的设备,以帮助晶圆厂生产更低功耗、更好性能、最优面积成本和更快上市时间的芯片 | ||
- | 下一步是什么-业务 | + | #### 业务 |
- | * 像英特尔这样的集成设备制造商(idm)的商业模式正在迅速改变。在过去,垂直整合有一个巨大的竞争优势,即拥有自己的设计工具和晶圆厂。今天,这是一个劣势。 | + | * 像英特尔这样的集成设备制造商(idm)的商业模式正在迅速改变。在过去,垂直整合有一个巨大的竞争优势,即拥有自己的设计工具和晶圆厂,今天,这可能是一个劣势。 |
- | * 铸造厂具有规模经济和标准化。他们可以利用整个生态系统的创新,而不是自己发明。专注于制造业 | + | * 铸造厂具有规模经济和标准化,他们可以利用整个生态系统的创新,而不是自己发明,他们可以专注于制造业 |
- | * AMD已经证明,从IDM模式向无晶圆厂代工模式转变是可能的。英特尔正在。他们将使用台积电作为他们自己芯片的代工厂,也将建立他们自己的代工厂 | + | * AMD已经证明,从IDM模式向无晶圆厂代工模式转变是可能的,英特尔也正在这个过程中。他们在建立自己的代工厂的同时,也将使用台积电作为他们自己芯片的代工厂。 |
- | 下一个是什么-地缘政治 | + | #### 地缘政治 |
- | * 在21世纪控制先进的芯片制造很可能就像在20世纪控制石油供应一样。控制这种制造业的国家可以扼杀其他国家的军事和经济实力。 | + | * 在21世纪控制先进的芯片制造很可能就像在20世纪控制石油供应一样,控制这种制造业的国家可以扼杀其他国家的军事和经济实力。 |
- | * 确保芯片的稳定供应已成为国家的头等大事。(以美元计,中国最大的进口额是半导体,超过石油) | + | * 确保芯片的稳定供应已成为国家的头等大事(以美元计,中国最大的进口额是半导体,超过了石油) |
- | * 如今,美国和中国都在迅速地试图将各自的半导体生态系统与对方解耦;中国正投入1000多亿美元的政府激励措施来建设中国的晶圆厂,同时试图创造晶圆厂设备和电子设计自动化软件的本土供应 | + | * 如今,美国和中国都在迅速地试图将各自的半导体生态系统与对方解耦,中国正投入1000多亿美元的政府激励措施来建设中国的晶圆厂,同时试图创造晶圆厂设备和电子设计自动化软件的本土供应 |
- | * 过去几十年,美国将大部分晶圆厂迁往亚洲。今天,我们正在鼓励将晶圆厂和芯片生产带回美国 | + | * 过去几十年,美国将大部分晶圆厂迁往亚洲,今天,正在鼓励将晶圆厂和芯片生产带回美国 |
- | * 一个以前只对技术人员感兴趣的行业,现在是大国竞争中最大的一块。 | + | * 一个以前只是技术人员感兴趣的行业,现在是大国竞争中最大的一块。 |