半导体ip授权服务是什么-浅谈英国ARM公司的IP授权模式

2021年2月22日，自2020年第三季度以来，各大晶圆厂产能短缺的报道层出不穷。近日，美国德克萨斯州的一场暴风雪引发了电力短缺，导致三星、恩智浦、英飞凌等厂商的工厂停工。这不仅加剧了产能紧张的局面，也让很多采用无晶圆厂模式的芯片公司受到了极大的冲击，而像英特尔这样采用无晶圆厂模式的公司受到的影响则较小。近日，英特尔新任CEO帕特·基辛格表示：“2023年，我们大部分产品都将内部生产。”这其实暗示着英特尔极有可能不会走“无晶圆厂模式”的路子。业内其他很多半导体公司都已经走上了无晶圆厂模式发展的道路，比如AMD、英伟达、华为等。那么在这次晶圆厂产能短缺的冲击之后，无晶圆厂模式还会是半导体行业的未来吗？

什么是无工厂模式？

芯片厂商的工作大致可以分为芯片设计和芯片制造两部分。芯片设计对工作场所的要求不高，而芯片制造则需要晶圆厂。Fabless 模式就是没有晶圆厂，芯片制造工作外包给其他厂商。或者用更通俗的说法，就是 OEM（Original Equipment Manufacturer，原始设备制造商）。

以AMD的Ryzen 9 5950X台式机处理器为例，该芯片的设计部分由AMD完成，而制造则由台积电这样的代工厂完成，因此AMD是一家无晶圆厂公司。

除了fabless模式外，业界还有IP授权模式、IDM模式。

ARM在英国的IP授权模式主要分为三种：

1.使用级别授权——可以使用封装好的ARM芯片，无需做任何修改。

2.内核级授权——可基于购买的ARM核进行芯片开发设计，拥有一定的自主开发权。

3.架构/指令集级别授权——可以修改ARM架构，甚至扩充或缩减ARM指令集。

就拿学生完成作业的例子来说，有个叫小明的学生，班里成绩不好，就让尖子生把他的作业抄了。尖子生写的很好，于是他就原封不动地抄了，然后改名交了（找了晶圆厂流片）。这就是用户级授权。但是后来尖子生觉得直接抄不好，就只让小明抄了主要的公式，最后的数据等部分都需要小明自己去完成。这就是内核级授权。最后尖子生觉得授人以鱼不如授人以渔，于是就开始教小明好好学习。对于作业，他只教小明基本的解题思路，其他的都要小明自己去完成。这就是架构/指令集级授权。从这里可以看出，架构/指令集级授权是最难开发的，但是自由度也是最高的。

IDM模式是指涵盖IC设计、IC制造、封装、测试等各个环节的厂商，简单来说就是自己设计、自己制造，一条龙生产，英特尔、三星就是典型的IDM厂商。

无工厂模式的优势

随着半导体技术的进步，先进制程的各种成本越来越高，如果要建设一座先进的晶圆厂，就需要花费大量资金购置各种先进的半导体生产设备，同时设备的维护和折旧、新制程的研发也会消耗更多的资金。

另一个问题是产能分配。对于晶圆厂来说，为了获得更高的利润，需要设备满负荷运转。过去在晶圆厂模式下，企业自己的芯片订单往往不能完全满足自家晶圆厂的产能。虽然有些厂商也在销售晶圆和晶圆厂的部分产能，但仍然无法充分利用晶圆厂的资源，造成资源浪费。

比如打车回家的费用是20元，但是自己开车回家，可能油费就得3元。fabless模式就像是每天打车回家的人，而fabless模式则是自己开车回家的人。如果要自己开车回家，首先需要花几万甚至几十万买车，还需要花一定的钱来保养车子。这就如同建立晶圆厂的成本很高一样。

那么这种情况下到底要不要买车呢？回家的次数很重要，如果经常回家，买车肯定划算，因为每次的费用会低一些。但如果回家的次数少，那打车肯定更合适。

x轴为出行次数，y轴为费用，红线为购车计划，绿线为打车计划

我们粗略算一下，假设打车上班花费20元，买车花费8万元，开车回家加油花费3元。一年有251个工作日（以2020年为例），每天往返两次。如果选择买车，只用于上下班，至少需要9年才能比打车省钱。因此，“买比造好半导体ip授权服务是什么，租比买好”的策略在半导体行业非常流行。

另外，对于大部分厂商来说，产能肯定是没有完全发挥出来，出售一部分产能也不失为一种止损的方式，就像买了车回家路上顺便搭车的生意一样。

因此，不少厂商都采用了无晶圆厂模式。对于新进厂商来说，可能负担不起买车的成本，而无晶圆厂模式显然可以降低创业的资金门槛。而对于一些老牌厂商来说，他们的晶圆厂产能利用率较低，升级的成本也较高，因此逐渐放弃晶圆厂，走向无晶圆厂模式也是个好主意。基于这些原因，无晶圆厂模式逐渐成为了行业的主旋律。

IDM模式（工厂模式）

虽然无工厂模式逐渐成为行业主流，但工厂模式绝非一无是处。

第一，随着半导体技术的进步，先进制程的代工费用越来越高，如果芯片制造外包给晶圆厂，这是成本，但如果这部分自己生产，这是利润。

三星就是一个典型的例子，在2020年的晶圆代工营收排名中，三星位居第二，仅次于排名第一的台积电。三星的晶圆厂不仅可以为自己制造芯片，还可以为其他芯片设计公司提供代工服务，比如英伟达的RTX 30系列显卡核心芯片就是由三星代工的。

相比晶圆厂模式，无晶圆厂模式还有一个弊端，那就是将芯片制造外包给晶圆厂后，需要等待排程。而每个晶圆厂的产能有限，所以其他厂商需要排队寻找晶圆厂来制造芯片，这给最终产品的上市和供应带来了不可控因素。典型的问题就是产品缺货，比如去年 Nvidia 显卡的缺货。对于这种问题，拥有自己晶圆厂的英特尔应对起来会轻松很多。

Strategy Analytics的顾文俊在微博上写道，“一家设计公司的CEO，为了获得产能，竟然向代工厂的高管跪下！”

晶圆厂模式的另外一个优势就是可以垄断先进制程。对于芯片产品来说，设计和制造是两全其美，才能赢得天下。对于无晶圆厂模式来说，大家只能选择一家代工厂，所以他们在芯片制造上都是处于同一水平，所以只能通过设计来提高产品竞争力。但晶圆厂模式就不同了，因为有自己的晶圆厂，所以可以采用与其他代工厂不同的制程。当自有晶圆厂的制程水平超过代工厂时，自有产品必然会因此受益。

但这其实是一把双刃剑，企业自有晶圆代工厂的技术需要保持领先于行业才能获得这样的优势，如果技术被其他代工厂超越，那么对自家产品来说就会成为不利因素。同时，由于技术标准不同，企业不可能在短时间内将自家产品转交给其他代工厂生产。总之，晶圆厂模式需要承担半导体工艺开发失败的风险，而无晶圆厂模式则无需承担这种风险。

未来之路

如果拿无晶圆厂模式与晶圆厂模式做比较，人们很容易想到英特尔和AMD。但或许有一家公司应该被纳入这个比较，那就是华为。华为海思很早就采用了无晶圆厂模式表情包设计卡通人物，其芯片主要由台积电代工。华为此前就尝到了无晶圆厂模式的甜头，这降低了进入半导体行业的资本门槛，也为华为省下了建设晶圆厂和开发先进工艺的钱。

但在美国禁令之后，华为在芯片制造上陷入了困境。所以对于此时的华为来说，无晶圆厂模式已经不再具有吸引力。

作为无晶圆厂制造的早期推动者，赛灵思当时的计划是“在年营收达到5000万美元时，就建设自己的晶圆厂，并且保证随时有第二家供应商待命”。 但随着技术的不断进步，很多晶圆厂的发展开始放缓甚至停滞，华为很难找到第二家供应商。

从供应链角度看，无晶圆厂模式在风险控制上天生存在缺陷，将芯片制造押注于其他公司始终是有风险的，即便没有像华为那样出现供应中断，局部涨价、延迟交货也会造成不小的麻烦。

对于芯片制造业，我们要明确区分高端芯片制造和普通芯片制造。其实很多人对这个观点很困惑，高端芯片制造业是一块蛋糕，但是因为技术和资金的门槛，并不是人人都能吃的蛋糕。普通芯片制造是一个馒头，到今天成熟技术的市场占有率还是很高的，你踏踏实实吃这个馒头，也不会饿死。我们真正要注意的是，有些拿着做馒头的机器，却想吃蛋糕的人。

未来可能会有少部分公司从事高端芯片制造，但大部分只能制造普通芯片，即使有芯片设计公司想涉足芯片制造业，在相当长的一段时间内半导体ip授权服务是什么，也很可能只能制造普通芯片，而不能制造高端芯片。