摩尔精英流片服务：服务芯创者的流片探索

2020-12-25 16:44:00 来源: 互联网

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在ICCAD 2020“FOUNDRY与工艺”技术分论坛上，摩尔精英流片服务总监王龙发表了“服务芯创者的流片探索”的演讲，分析了火爆的纯晶圆代工市场行情背后，众多芯片设计公司的“罗生门”，并通过四个典型的客户案例，分享了摩尔精英助力初创芯片企业流片成功的建议。以下根据现场演讲内容整理。

晶圆代工即流片，是芯片设计企业至关重要的一环，上乘芯片设计，下启封装测试，是芯片从无形的数据转换给物理实体的重要步骤，也是芯片企业研发成果的重要体现。

晶圆代工模式得益于1987年台积电的成立开启了晶圆代工时代，成就了晶圆代工+IC 设计模式，大大降低了芯片设计行业的准入门槛以及芯片产品试错的机会成本，推动芯片设计快速发展，吸引越来越多的厂商进入半导体行业，反过来进一步刺激晶圆代工的行业需求。

ICCAD 2020 魏少军教授的报告指出，2020年新增设计企业438家，设计公司已达2218家。芯片设计公司逐年增加。

01.2020年纯晶圆代工市场的行情分析

台积电是毫无疑问的晶圆代工龙头

上图可见，纯晶圆代工市场今年将逆势增长至达677亿美元，成长幅度创下近7年来新高。由于5G应用强劲需求，预估2021年纯晶圆代工市场规模可以再成长7％至726亿美元。而且纯晶圆代工市场年复合成长率优于同期的全球IC市场，2019～2024年的复合增长率预计达9.8％，同时期的全球IC市场CAGR约7.3％。

我们可以看到Q3的营收排名，前10大Foundry占据的市场份额超过9成。从2003年起台积电市场份额超过50%，毫无疑问是晶圆代工的龙头。

各大晶圆厂的Q3营收及毛利率都远超预期

中芯国际发布了上调第三季度收入和毛利率指引的公告。公司将第三季度的收入环比增长由原先的1%至3%上调为15.3%，毛利率由原先的19%至21%上调为26.2%，TSMC UMC SMIC Q3出货量和产能利用率远超去年同期。

1）TSMC Q3出货324万张等效12寸晶圆，同比增长18.6%，环比8.5%；

2）UMC Q3出货225.4万等效8寸晶圆，同比增长24.8%，环比增长1.6%；

3）SMIC Q3出货144万张等效8寸晶圆，同比增长9.5%，环比增长3.4‰。

行情火爆背后，是众多芯片公司的罗生门

头部芯片企业具有雄厚的研发实力、资深的技术人员和供应商的强力支持，而处于腰部甚至腿部的中小企业往往缺乏相关经验，在专业度以及所获得资源远不如头部企业，这也间接加剧了初创公司的“马太效应”：初创公司在一开始就处于不利的地位。除了面对市场的挑战，还要面对供应链的激烈竞争。

任何行业都离不开二八法则，20%的客户创造了80%的效益。对于晶圆代工厂也是如此，头部企业有更强的技术能力、创新能力及抗风险能力，可以带来更多的订单；初创企业是另一个极端，短期内带来不了明显的效益，但有大量的问题亟需给予支持，而且初创公司一个错误的决策可能导致满盘皆输。（这个是两大Foundry的头部客户，左边前10大客户贡献50%的销售额，而右侧，前5大客户贡献了一半左右的销售额。

02.如何解决信任和效率的问题

谁能成为晶圆代工厂的支付宝？

初创芯片企业面临困境，但是可以因此放弃初创公司吗？摩尔精英相信没有人会放弃，因为伟大的公司都是从小公司发展起来，初创公司代表新的方向和新的希望，而新的希望，代表着未来的产能。

支付宝的出现，解决了电子商务交易双方的信任问题和交易效率的问题，可以让阿里巴巴服务海量客户；那么谁可以成为晶圆代工厂的支付宝，提升服务初创公司的效率并缩短培育周期？

中小芯片企业与晶圆代工厂的矛盾

1）对Foundry体系不了解，缺乏工艺选型的经验，对流程的不熟悉、交期的变化、产能的波动都是大大增加了初创公司与晶圆代工厂的沟通成本，降低效率；

2）缺乏系统的供应链管理能力，尤其在ramp up阶段，对产能、交期、质量过于乐观，影响TTM；

3）缺乏备货机制，恐慌性下单或有了订单再下单导致产能跟不上市场需求。

实践得出的小小思考与建议

① 工艺选型要结合目标市场策略，需要在性能、成本以及目标市场上达成平衡;

比如10G光通讯，5G前传，是使用CMOS来实现、性能有一定下降但带来成本的优化；还是使用SiGe Biploar用来做设计性能优异，但是单颗成本市场是否可以接受？比如目前8寸产能最为紧缺、涨价最为凶猛，是否可以考虑新品开发向小尺寸或大尺寸晶圆迁移？

② 聚焦核心能力，将非核心的环节外部出去；

2019年，我们营收过亿的芯片企业只有238家，大部分的企业没有足够的经验来面对供应链的挑战。Ramp up阶段对于初创公司是尤其艰难的，产品性能刚刚得到了市场的认可，只有供上货，才可以赢得先机；但是是否有经验、时间、规模和产业链十几个环节的供应商打交道并来克服环节之间的交易成本？

外包后端设计，降低前期NRE费用；

供应链外包，降低前期的供应商交易成本；

供应链运营外包，统一管理流片封装测试，中小公司前期无需招聘PE、TE等，降低前期运营成本。

③ 了解晶圆代工厂的申请流程

从2019年年底，代工厂产能一直处于紧张状态。加上手机、安防等多个领域厂商争夺市场份额、以及疫情的不确定性，产业链增加了备货库存，晶圆厂产能爆满，包括台积电、联电、世界先进、中芯国际等第四季订单全满，明年上半年先进制程及成熟制程产能已被客户全部预订一空，部分IC客户交期也延长，由原本约2.5至3个月延长为3至4个月，甚至得等半年以上。

很多客户朋友们询问，我们需要产能，能不能搞定产能？我通常会问：要多少产能、什么时候要、Forecast是什么？代工厂根据Forecast和PO来分配产能，你会下多大的PO来争取产能，是否预留了爬坡周期，爬坡结束后是否可以稳定下单？

强烈建议一定要了解晶圆代工厂的申请流程，遵守规则的情况下才有更多的机会来申请产能。要按时提供稳定准确滚动forecast并及时下PO；零星下单、间隔下单对争取产能没有帮助；产能爬坡需要时间周期，提前计算余量；稳定量产后建议稳定下单维系产能。

必要情况下通过大PO来争取产能

④ 积极调整备货的进度和比例

2020年上半年受新冠疫情影响，芯片公司的备货水平处在历史低位；下半年疫情好转后需求集中爆发，包括海外的需求也积压到了下半年；这个时候缺货比库存更可怕。

这个时候需要中小公司更加积极的调整备货的进度和比例，提升运营效率，提早规划，并根据销售情况做调整，而不是单纯根据市场反馈再提生产需求，因为芯片的生产周期需要半年之久。

在目前的现状下，也极度考验公司和供应商合作关系的稳健程度；中小公司应该选择有配合意愿和响应度的供应商形成伙伴关系并深入绑定，因为你的生产进度可以被知晓并且尽可能配合。

03.摩尔精英聚焦半导体供应链服务

部分案例分析

客户案例一

“客户团队具有10年以上的研发经验和量产经验。产品供货国内排名前三的白色家电企业，从2019年下半年开始8寸晶圆的产能全面爆满，体量较小的客户遭遇了产能有价无市的困境，同时面临终端需求激增，客户催货，如果断货三个月将面临着生存危机。

情况危急，希望找到性能优异并且可以获得产能的Fab来投放新的产品线。我们根据客户需求罗列了符合要求的工艺列表，根据选定的工艺，我们第一时间和合作伙伴进行沟通客户的目标市场和投片计划，同时我们也要求客户量产时提供rolling forecast供工厂参考以便确认是否有机会争取产能。

当得到积极答复后客户做出决定选择工艺，我们2天内帮助客户申请PDK等相关数据，并前往客户现场指导安装PDK，帮助客户IP选型和提供Porting建议，尽可能规避繁琐的步骤和不必要的麻烦。

在摩尔精英的协助下，客户从提出需求到第一个项目到进行Fullmask tapeout，累计耗时不到三个月。设计过程中，客户超过80%技术咨询均由摩尔精英FAE团队沟通反馈，关键问题摩尔精英团队也会组织三方电话会议及时沟通。

在商务端，由于客户的产品线较多、单个产品体量不大，而合作伙伴不允许客户自带mask，也给客户带来一定的成本压力。我们分析了客户的产品线和市场计划，建议客户打包多个产品线下单，最终帮助客户争取预期价格。

目前客户的第一款产品已经开始量产，近期也有三款新产品将陆续tapeout，预计在未来5个月内接连上量，明年5月单颗芯片爬坡到500pcs/月。实事求是地说，对晶圆厂来说，这样的投片量确实不大，但对于客户来说，他就重新有了回到赛道进行厮杀创造更大价值的机会。”

客户案例二

“客户产品供货给国内头部面板厂商，芯片为了国产替代，要在规定时间内完成替换任务；由于终端系统厂商的压力，客户要求在85天内完成KGD交付，希望有完整供应链能力的平台帮助他们统筹流片、封装及测试甚至物流，从各个环节压缩schedule以满足交期。

基于客户的需求，摩尔精英制定了完整的schedule来把控每个站点。

a. 流片前，通过现场、远程支持，介绍流片前准备工作，梳理未来可能会遇到的困难，规划每个时间节点的实施方案和偶发时间应对策略；

b. 流片时，细化到下PO日期、Mask制造日期、Mask物流时间、提前下线wafer，以便Mask到厂立即生产，跟踪制造进度等。与客户Daily report，因为客户对工厂流程不熟悉，我们也面对客户质疑：为什么我们感觉投片进度缓慢？我们将每个站点遇到的问题详细分析给客户、列出时间轴，获得客户认可，最终比预期的schedule提前4天Fab out；

c. 物流同样刻不容缓，确认物流航班的起飞降落时间，火速清关的同时，安排专人专车来接送晶圆，确保晶圆及时送达封装厂；

d. 时间紧迫超越预期，第一时间送到我们的快封厂，我们积极协调内部资源，工程师马不停蹄的赶任务，预期12天完成出货，最后用了8天时间完成封装；

e. 测试环节不断提升良率，从前期的硬件制作，L/B. P/C，到后边的调试，负责测试开发的工程师每天都和客户保持沟通，碰到问题及时解决，从最初良率91.45%，到最终良率到99.27%。”

客户案例三

“客户目前已经开始产能爬坡阶段，我们与客户分析制定2021年量产方案，提前下单至代工厂，确保满足终端客户需求。

这是一个物端AI芯片项目，多核RISC-V架构，双核自研深度学习处理器NPU，采用SiP封装，集成DDR、USB等IP，搭载较先进工艺平台流片，后端封装要采用Flip Chip 封装步骤，这些项目特点对我们提出了较高挑战和服务品质要求。

基于客户提供的IP spec，我们帮助客人sourced到项目匹配的IP，并成功得到IP的授权。其中，三方IP这，我们在ECO次数、交付内容、付款milestone、尾款比例以及汇率约定等方案协调双方达成一致，帮助双方节约大量的沟通成本；

接下来我们同客户，Foundry 以及第三方IP vendor 积极协商IP merge schedule所需各项数据，保证IP merge 顺利进行；在IP merge 过程中，发现一个较棘手问题，既客人产品设计后段metal方案为9层Metal (7层Inner Metal + 2层Top Metal), 而Foundry 所提供IO library 最多为7 层 Metal option (6层Inner Metal + 1层Top Metal)，为尽快解决这个问题，我们一起与客户商讨并确定有效解决方案：保证IP Top metal不变，然后repeat 两次IP的Top metal作为M7和Top-1 metal（次顶层）的pattern，并在IP merge过程中正确解决了这个问题：

在Tapeout流程中，因项目layout数据中有一些block是直接porting过来，需要帮助客户参考相关的Design Rule校正layer mapping的正确性，保证了Porting项目流片工艺对标的正确。帮助客户及时发现并纠正在Tapeout form 表格填写中device 项，以确保正确的mask使用和成本控制。

在JDV 数据check过程中，因客户对Foundry mask 逻辑运算公式不熟悉而不能正确判断JDV的正确性，我们协助客户理解并分析JDV pattern的具体结构。

这次AI 芯片项目顺利Tapeout,芯片顺利量产。”

客户案例四

“今年产能问题都是大家最关心的问题，尤其当我们的客户都处在爬坡阶段，每一个lot都是他们抢市场的lot，我们尽一切努力和准备尽可能完备的方案帮助客户争取产能和交期。

我们的1家客户供货给模组厂商，产品通过验证并进入量产阶段，在细分市场具有绝对优势。成功design win后，9月30号客户3个SOI产品第一批订单300pcs，如果第一批产品顺利出货，预计明年3月开始需求会稳定在600pcs/M 。我们分别在10月14号、10月20号获得50片和150片的产能，但是还有100pcs的需求迟迟得不到分配；根据客户的未来Forecast，我们建议客户提前再下300pcs wafer的PO，虽然不能保证争取到产能，但可以表明客户对市场前景的决心和态度，最终，再10月29号，我们拿到100pcs的产能。

然而一波不平又起一波，由于工厂loading太重，11月9号我们发现第一批300pcs的交期从12月中旬delay到明年1月上旬。而客户的库存只够撑到12月份，而一旦供不上货，模组厂商就会从备方调货，而调货已经发生过一次，如果再发生，对我们客户的信誉以及终端的合作意愿度会产生重大影响，我们紧急和客户讨论我们的下单方案，挑出priority最高、可以救急的两个lot,经过一系列的沟通，这两个lot的交期从1月8号提到12月14号，虽然与一开始的12月8号的交期有一周的差距，但可以让他们先缓过一口气。

总结：产能和交期固然重要，但是提前做好下单计划更重要，摩尔精英会根据客户的产能计划并结合foundry的实际loading程度，争取产能并实时跟踪制造进度，让客户放心。”

庞大的市场需求催生摩尔精英供应链服务

希望以上分享的部分摩尔精英助力客户成功流片的经验对大家有一些帮助。为什么摩尔精英可以提供这些服务呢？

2015~2017成立的1000多家芯片设计公司进入流片封装周期给了摩尔精英机会，芯片设计公司急需快速进入市场，客户的需求倒逼摩尔精英正式进军供应链业务，在此过程中，摩尔精英积累了大量经验，可以更好地服务中小创和晶圆代工厂。