在研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封測(cè)、通路五大半導(dǎo)體產(chǎn)銷流程中，研發(fā)、設(shè)計(jì)所需的時(shí)間比以往多出50%以上，一個(gè)新產(chǎn)品的上市，背后還有長(zhǎng)達(dá)12~18個(gè)月的Debugging等工作。為了使客戶更有效率的推出新產(chǎn)品，上游EDA公司除提供完整的產(chǎn)品線之外，也開始布局更多的軟件投資，而與云端服務(wù)業(yè)者的合作，也成了加速、效率化的捷徑。

對(duì)晶圓制造業(yè)者而言，80~90%的稼動(dòng)率是常態(tài)，85~95%的良率都是基本的要求。但這些大規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)備，所需要的相關(guān)投資已經(jīng)成為天價(jià)，可以理解為何進(jìn)入7nm世代之后，只有臺(tái)積電、三星電子(Samsung Electronics)與英特爾(Intel)有具體的投資計(jì)劃。

我們已經(jīng)可以預(yù)測(cè)，到了比7nm更先進(jìn)的工藝之后，供應(yīng)端與需求端同時(shí)寡頭化將成為產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵趨勢(shì)。屆時(shí)，上游的設(shè)備、材料廠，如何與少數(shù)的買家協(xié)商最佳方案，也必然會(huì)是產(chǎn)業(yè)界津津樂(lè)道的話題。

至于封測(cè)廠商則可能面對(duì)更大的挑戰(zhàn)。大約有30%的資本支出將用在封測(cè)流程上，但封測(cè)業(yè)者如何驗(yàn)證自己的價(jià)值，將是個(gè)非常困難的挑戰(zhàn)。從10年前開始，封測(cè)業(yè)者對(duì)于后續(xù)的投資便采取相對(duì)保守的措施，導(dǎo)致臺(tái)積電自行布局封測(cè)事業(yè)。

最后端的營(yíng)銷通路，企業(yè)憂心的不是半導(dǎo)體技術(shù)，而是背后大規(guī)模的金融操作，會(huì)不會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)。

全球六大晶圓代工業(yè)者工藝演進(jìn)

半導(dǎo)體價(jià)值鏈的關(guān)鍵變革

1983年，韓國(guó)三星決定投入存儲(chǔ)器的發(fā)展行列，打破日本業(yè)者獨(dú)占的局面，埋下今日三星主導(dǎo)全球存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)的種子。1987年，臺(tái)積電成立，并以獨(dú)特的晶圓代工模式，吹皺了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的整池春水。

1980年代，是日本第一的年代，美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的實(shí)力無(wú)可比擬，沒(méi)有人料到三星、臺(tái)積電竟然成為全球三家角逐7nm以下最高階工藝的主導(dǎo)者。

三星、臺(tái)積電改變?nèi)蛏鷳B(tài)的原因各異，只是時(shí)空環(huán)境、產(chǎn)業(yè)條件不同，1980年代是工業(yè)時(shí)代的末期，誰(shuí)能掌握投資資源，加上正確的企業(yè)定位與決心，就有可能翻云覆雨，成為一方之霸！

經(jīng)過(guò)幾年沉潛、積累，三星與臺(tái)積電都在1990年代中期進(jìn)入「井噴」階段。1993年，掌舵的三星董事長(zhǎng)李健熙召開法蘭克福會(huì)議，宣示「生產(chǎn)不良品的人就是罪犯」，三星必須以全球頂級(jí)企業(yè)自許的企業(yè)方針，改變了三星的自我定位與策略方針。

三星開始以全球第一為目標(biāo)，存儲(chǔ)器便是攻堅(jiān)的核心事業(yè)部，再搭上PC在1990年代中期快速擴(kuò)張的成長(zhǎng)商機(jī)，三星終于成就了存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)的霸業(yè)，并將原本領(lǐng)先的日商擠到市場(chǎng)的角落。

臺(tái)積電雖然從一開始就能站穩(wěn)腳根，但真正成為世界級(jí)的公司，也在1990年代中期之后。手機(jī)、PC廠商的上游零件業(yè)者，逐年成為臺(tái)積電的座上賓。1990年代時(shí)，臺(tái)積電的主力客戶是二線的NVIDIA、ATI等繪圖芯片供應(yīng)商，并非2000年以后的蘋果(Apple)、高通(Qualcomm)與聯(lián)發(fā)科。

而在21世紀(jì)的第一個(gè)10年，國(guó)內(nèi)的海思、展訊或之后的挖礦機(jī)等業(yè)者，根本不在臺(tái)積電的雷達(dá)范圍之內(nèi)。隨著產(chǎn)業(yè)條件的變革，三星、臺(tái)積電都能與時(shí)俱進(jìn)，并在市場(chǎng)上呼風(fēng)喚雨。

IC設(shè)計(jì)費(fèi)用暴增縮短工時(shí)成關(guān)鍵

臺(tái)積電、三星都宣稱要在2020年建構(gòu)3nm的代工能力，但據(jù)研究機(jī)構(gòu)IBS估計(jì)，屆時(shí)每顆IC的設(shè)計(jì)費(fèi)用至少5億美元起跳，如果高達(dá)15億美元的天價(jià)也不令人意外，而其中以GPU成本耗費(fèi)至巨。

IBS指出，28nm平面型的IC設(shè)計(jì)平均費(fèi)用為5,130萬(wàn)美元，使用FinFET技術(shù)的7nm，則是需要2億9,780萬(wàn)美元，設(shè)計(jì)費(fèi)用幾乎多了6倍，因?yàn)楸澈笏枰腎P、檢測(cè)等費(fèi)用，都是跟著水漲船高。因此，設(shè)計(jì)公司必須選擇具有高超技術(shù)的晶圓代工廠，但晶圓代工費(fèi)用也是令很多企業(yè)頭痛不已。

臺(tái)積電宣布2019第2季將進(jìn)行5nm的風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)，也將成為全球第一個(gè)量產(chǎn)5nm的企業(yè)，而三星則宣稱將在3nm工藝中使用GAAE(Gate-All-Around-Early)技術(shù)，三星并以MBCFET(Multi Bridge Channel FET)為這項(xiàng)技術(shù)命名。

各工藝半導(dǎo)體設(shè)計(jì)費(fèi)用

FinFET的技術(shù)雖然可以讓三個(gè)不同面向的電流流通，GAAE技術(shù)卻可以在各個(gè)不同的角度、面向都可以達(dá)到電流流通，進(jìn)一步提高效能。三星這項(xiàng)技術(shù)是與IBM、GlobalFoundries一起開發(fā)，但由于牽涉到蒸鍍等各種多元的技術(shù)、設(shè)備，巨額費(fèi)用可想而知，估計(jì)現(xiàn)在會(huì)對(duì)這些技術(shù)有興趣的公司，不外乎高通、NVIDIA與蘋果而已。

上游EDA業(yè)者也受沖擊

過(guò)去類似亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)、Google這些云端服務(wù)大廠，一直嘗試說(shuō)服各家企業(yè)將自己的運(yùn)算功能、存儲(chǔ)設(shè)備放在由他們提供的云端系統(tǒng)上。這兩年企業(yè)端的消費(fèi)者開始買單，「云端運(yùn)算」不再只是口號(hào)，甚至不再是個(gè)議題，而是已經(jīng)開弓的箭，再無(wú)回頭的可能。關(guān)鍵是這個(gè)大趨勢(shì)現(xiàn)在、未來(lái)對(duì)各個(gè)產(chǎn)業(yè)的影響，以及企業(yè)如何因應(yīng)。

以微軟的Azure云端服務(wù)平臺(tái)為例，過(guò)去IC設(shè)計(jì)業(yè)者從EDA業(yè)者取得的各種設(shè)計(jì)工具，在自家的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)算，不免要面對(duì)運(yùn)算資源、速度的壓力，而存儲(chǔ)各種演算成果、信息，也必然面對(duì)一樣的侷限性。

事實(shí)上，IC設(shè)計(jì)業(yè)運(yùn)用的工具越來(lái)越復(fù)雜，從前端的規(guī)格設(shè)定開始，包括Block design、Synthesis、Formal verification、Simulation，以及后端的Place and route、Static timing analysis、Physical verification、Tape-out，各大云端服務(wù)平臺(tái)的業(yè)者，都嘗試讓IC設(shè)計(jì)公司將EDA設(shè)計(jì)工具，透過(guò)云端系統(tǒng)得到最大的效率。

使用這些服務(wù)的企業(yè)，可以運(yùn)用云端上已經(jīng)備妥的各種運(yùn)算資源，以O(shè)n-premise的模式，高度彈性的使用最佳、最大的運(yùn)算能力。這樣的服務(wù)架構(gòu)，可以讓原本的設(shè)計(jì)流程加速。而及早上市這件事，對(duì)IC設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)代表著更高的利潤(rùn)、更低的成本，而這也可能是整個(gè)流程中，最具有價(jià)值的部分之一。

例如，前端Synthesis的流程，可以與Verification或Validation的流程平行處理。后端設(shè)計(jì)上可以使用EDA設(shè)計(jì)工具，以邏輯設(shè)計(jì)同步合圖(Mapping)的模式，可以與晶圓工藝完全吻合，以避免可能出現(xiàn)的偏差。

其他包括STA(Static Timing Analysis)、DFT(Design for test)等Validation的工具，在設(shè)計(jì)規(guī)則的確認(rèn)(Design rules check)、LVS(Layout versus schematic)測(cè)試這些多元、重復(fù)不斷的動(dòng)作，牽涉到大量Data set之間的互動(dòng)，其實(shí)也都只是為了確保制造時(shí)的精確度而已。

這些動(dòng)作如果能夠透過(guò)云端的架構(gòu)，由功能更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心來(lái)處理，不僅對(duì)于IC設(shè)計(jì)公司而言是成本、效率上的一大解脫，但也可能是未來(lái)非常關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)模式。

此外，類似DFM(Design for manufacturing)的流程，通常有好幾千個(gè)Cores，也非常適合云端服務(wù)的平行處理架構(gòu)，可以讓過(guò)去要花上好幾天的運(yùn)算流程，縮短到幾個(gè)小時(shí)。我們可以期待，如果專利授權(quán)沒(méi)有太大的問(wèn)題，這些EDA使用流程上的改善，將會(huì)是這個(gè)產(chǎn)業(yè)流程的創(chuàng)新與革命。

核心與存儲(chǔ)器用比大幅改善

如今，完備的基礎(chǔ)建設(shè)讓云端上的大量運(yùn)算成為可能，企業(yè)可以優(yōu)化計(jì)算機(jī)資源，可以利用虛擬的設(shè)備，在Linux/Windows的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行，微軟甚至說(shuō)，核心(Core)與存儲(chǔ)器(Memory)之間的用比可以從以往的1：2，大幅改善為1：30。

現(xiàn)在連臺(tái)積電都與微軟Azure、AWS兩大云端服務(wù)公司合作，微軟Azure E系列Core與Memory的用比可達(dá)1：8。Azure M系列在Timing Analysis與Physical verification的流程上，則可以128 Cores對(duì)比3.8TB RAM，這些都可讓設(shè)備投資得到很好的回報(bào)。

在存儲(chǔ)設(shè)備上，Azure Storage提供多重存儲(chǔ)模式的選擇，例如名為「Blob」的服務(wù)系統(tǒng)，可以存儲(chǔ)大量非結(jié)構(gòu)性的數(shù)據(jù)或檔案，也可以提供NFS的使用情境，這種方式既可以是單純的云端服務(wù)，也可以在線線下隨意選擇不同的作業(yè)環(huán)境。

針對(duì)Verification的流程，可能產(chǎn)生上百萬(wàn)個(gè)非常小(4~16K)的臨時(shí)性檔案，Azure Avere也可以提供NFS的支援，而為了使所有的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境無(wú)所窒礙，世界級(jí)的網(wǎng)絡(luò)巨擘都在布局海底電纜、光纖網(wǎng)絡(luò)，讓運(yùn)算遲延(Latency)的現(xiàn)象降到最低。

這些新建的數(shù)據(jù)中心與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，將隨著5G應(yīng)用的擴(kuò)大而同步推展，相關(guān)的需求也將水漲船高。