Semiconductor Foundry 完整指南
Semiconductor foundry 是為全球電子產品製造晶片的 fabrication facility。本指南說明 foundry 的角色，並介紹主要 foundry 公司。
01什麼是 Semiconductor Foundry？
Semiconductor foundry（也稱為晶圓廠或 Fab）是為其他公司製造積體電路的工廠。與設計並製造自己 IC 的 IDM（整合元件製造商）不同，foundry 專注於製造，使 fabless semiconductor 商業模式成為可能。
- Foundry 模式
- Foundry 為 fabless 設計公司提供製造服務。這種分工使設計公司能夠專注於創新，而無需承擔建設和運營現代晶圓廠 100-200 億美元的成本。Foundry 透過服務眾多客戶實現規模經濟。
- Pure-Play Foundry vs IDM Foundry
- Pure-play foundry（TSMC、UMC、GlobalFoundries）只為他人製造。IDM foundry（三星、英特爾）也製造自己的 IC，但向外部客戶提供富餘產能。Pure-play foundry 沒有競爭產品。
- Foundry 服務
- 現代 foundry 提供的不僅僅是製造：IP 庫、設計套件 (PDK)、設計支援、封裝、測試和光罩服務。有些還提供design services，成為 fabless 公司的一站式商店。
02頂級 Semiconductor Foundry
Semiconductor foundry 市場由幾家主要廠商主導。以下是全球領先的 foundry 公司及其核心優勢。
- •TSMC（臺灣）
全球最大、最先進的 foundry，市場份額約 55%。在先進節點（3nm、5nm、7nm）領先。客戶包括蘋果、NVIDIA、AMD 和高通。總部位於臺灣新竹，在全球設有晶圓廠。
- •Samsung Foundry（韓國）
第二大 foundry，市場份額約 15%。在先進節點（3nm GAA）與 TSMC 競爭。在記憶體（全球第一）和邏輯 IC 方面實力強勁。高通的主要 foundry。晶圓廠位於韓國、美國（德克薩斯）並計畫擴建。
- •GlobalFoundries（美國）
第三大 pure-play foundry。專注於差異化技術：射頻、嵌入式記憶體、FD-SOI。退出先進節點（<14nm）競爭。在汽車、物聯網和通訊領域實力強勁。晶圓廠位於美國、德國、新加坡。
- •SMIC（中國）
中國最大的 foundry，快速增長。提供 14nm 量產，儘管出口限制仍在開發先進節點。中國國內 semiconductor 市場的關鍵供應商。晶圓廠位於上海、北京、深圳。
- •UMC（臺灣）
專注於成熟節點（28nm 及以上），盈利能力強。專長於汽車、工業和物聯網的特種製程。在 22nm/28nm 產能充足。晶圓廠位於臺灣、新加坡、日本、中國。
- •Tower Semiconductor（以色列）
類比和混合訊號 IC 專業 foundry。在射頻、電源管理、影像感測器和工業應用方面實力強勁。最近被英特爾收購。晶圓廠位於以色列、美國、日本。
03Foundry 商業模式如何運作
了解 foundry 商業模式有助於您駕馭合作關係並為 IC 設計取得最佳製造fabrication options。
- Wafer 定價
- Foundry 按加工的每片 wafer 收費。價格因節點而異：成熟節點（$2-5K/wafer）、主流（$5-10K）、先進 FinFET（$10-20K）、前沿（$20K+）。大客戶可談判更優價格。光罩另行收費（$10 萬到 $1000 萬以上，取決於節點）。
- 產能分配
- 熱門節點的 wafer 產能稀缺。大客戶透過長期協議和預付款確保產能。小客戶可能面臨分配限制。在 IC 短缺期間，確保產能變得至關重要。
- 技術路線圖
- Foundry 發佈技術路線圖，展示即將推出的製程節點。設計公司根據這些路線圖規劃產品。主要客戶可能影響路線圖優先級。提前取得新節點可提供競爭優勢。
- IP 生態系統
- Foundry 與合作夥伴建立 IP 生態系統，提供標準單元、記憶體編譯器、介面 IP 和design services。使用經過驗證的 IP 可降低設計風險並加速上市時間。
04如何選擇 Semiconductor Foundry
選擇合適的 foundry 合作夥伴對 IC 成功至關重要。評估 semiconductor foundry 公司時請考慮以下因素。
- 01技術匹配確保 foundry 提供您的設計所需的製程節點和特種選項（射頻、高壓、BCD、嵌入式記憶體）。確認目標節點是否已量產還是仍在開發中。
- 02產能與交期驗證 foundry 能否以可接受的交期支援您的產量需求。詢問當前產能利用率和分配政策。考慮多家 foundry 認證以增強供應鏈韌性。
- 03設計支援評估 PDK、IP 庫和設計支援服務的品質。良好的 foundry 支援可減少設計迭代並加速 tapeout。考慮第三方 IP 生態系統的實力。
- 04成本結構比較總成本，包括 wafer 價格、光罩、IP 許可、封裝和測試。較低的 wafer 價格並不總是意味著較低的總成本。考慮 NRE 和批量定價層級。
- 05地理因素考慮物流、出口管制和地緣政治風險。一些客戶要求敏感應用的區域製造（美國、歐洲）。考慮供應鏈多元化。
- 06長期合作選擇致力於您成功的 foundry。尋找回應迅速的支援、技術合作以及願意與您的產量水準合作的態度。這種關係通常跨越多代產品。
05Foundry 製程節點比較
不同的 foundry 在不同的製程節點上領先。以下是各主要 foundry 的優勢所在。
06Semiconductor Foundry 常見問題
關於 semiconductor foundry 和 IC 製造產業的常見問題。
- 什麼是 semiconductor foundry？
- Semiconductor foundry 是為其他公司製造積體電路（IC）的工廠。Foundry 不設計自己的 IC——它們為 fabless 設計公司提供製造服務。Foundry 模式使公司能夠建立客製 IC，而無需投資數十億美元建設製造設施。
- 頂級 semiconductor foundry 有哪些？
- 按市場份額排名的頂級 semiconductor foundry 是：(1) TSMC（約 55%），(2) Samsung Foundry（約 15%），(3) GlobalFoundries（約 7%），(4) UMC（約 7%），(5) SMIC（約 5%）。TSMC 在先進節點（5nm、3nm）領先，而 GlobalFoundries 和 UMC 專注於成熟的特種製程。
- Foundry 和 IDM 有什麼區別？
- Foundry 製造其他公司設計的 IC（fabless 模式）。IDM（整合元件製造商）設計並製造自己的 IC。例如：TSMC 是 pure-play foundry；英特爾主要是 IDM。一些 IDM 如三星也提供 foundry 服務。
- 使用 foundry 的成本是多少？
- Foundry 成本包括光罩（$10 萬到 $1000 萬以上，取決於節點）和 wafer 加工（按節點每片 $2K-$20K+）。對於原型數量，MPW shuttle 服務在客戶之間分攤這些成本。批量生產受益於較低的單位成本，但需要大量前期投資。
- 什麼是 PDK，為什麼重要？
- PDK（製程設計套件）是 foundry 的設計包，包含元件模型、設計規則、版圖層和標準單元。它對 IC 設計至關重要——沒有高品質的 PDK，設計人員無法建立能正確製造的版圖。PDK 通常受保密協議保護。
- 沒有大批量如何使用 foundry？
- 中小客戶透過以下方式使用 foundry：(1) 共享 wafer 成本的 MPW shuttle 服務，(2) 像 VLSIShuttle 這樣匯集需求的代工仲介公司，(3) 像 MOSIS 這樣的大學專案，(4) 對於產量要求較低的特種製程直接合作。
- 什麼是 foundry 產能分配？
- Foundry 根據協議和產量承諾向客戶分配製造產能。在高需求期間，產能變得緊張，客戶可能面臨分配限制。大客戶透過長期協議和預付款確保產能。客戶的策略重要性也起作用。
- 為什麼 TSMC 如此佔主導地位？
- TSMC 開創了 pure-play foundry 模式，並在數十年中保持技術領先地位。他們始終如一地按時交付具有高良率的先進節點。其龐大的規模（>50% 市場份額）使持續的研發投資成為可能。客戶信任和生態系統實力創造了顯著的轉換成本。
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References
- [1]TSMC Official WebsiteTaiwan Semiconductor Manufacturing Company
- [2]GlobalFoundriesGlobalFoundries Inc.
- [3]
- [4]Samsung FoundrySamsung Electronics