对于全球半导体企业而言，2021年无疑是个好年景。

按照IC Insights统计，由于Covid-19大流行导致的习惯改变，以及随后的经济反弹，预计2021年全球半导体市场将增长23%，半导体单位出货量将增长 20%，此外，半导体平均总销售价格（ASP）也将上涨3%。增长23%将是自2010年以来全球半导体市场的第二大涨幅，当年的增长率是33%，那是2008年金融危机之后复苏，使得全球半导体销售额飙升。

本周，IC Insights发布了全球销售增长率25强芯片企业的预测排名。

在这25家芯片企业中，IC Insights预测今年10家公司芯片收入将增长30%以上，23家收入预计将实现两位数的增长。然而，在全球半导体销售额预计将增长23%的这一年，全球第二大芯片厂商英特尔的收入预计将下降1%。全球第18大芯片厂商索尼（Sony）预计收入将下降3%。

排名前四的AMD、联发科、英伟达和高通表现最为抢眼。预计AMD有望以65%的销量增长高居榜首，联发科今年有望实现60% 的收入增长，英伟达的收入增长将达54%，高通销售额将跃升 51%。

从这份榜单可以看出，排在前五位的没有一家传统的IDM厂商，前四都是Fabless，排在第五的SMIC（中芯国际）是晶圆代工厂（Foundry）。

排在第二阵营（第6~10名）的5家厂商，虽然有四家是IDM（只有格芯一家是Foundry），但在这四家中，有三家是全球存储器三强，它们能排在这样的位置，主要是得益于最近几年存储器市场的火爆，作为芯片市场上的大宗商品，存储器的长期供不应求以及价格高位，使得这三家可以“躺赢”。

虽然25家厂商的整体表现不错，但增长率最高的四家都是Fabless，且增幅明显高于后面的厂商，此外，四家纯晶圆代工厂商TSMC、UMC、GlobalFoundries和SMIC的排名也都比较靠前。

这样，虽然整体形势不错，但相对而言，IDM的表现就逊色了，特别是传统霸主英特尔，今年的增长率预计为负数。这就更加凸显出Fabless的高速增长态势。

综合来看，这四大Fabless的销售总额预计将从2020年的548亿美元增长到2021年的854亿美元，增幅达56%！令人惊讶的是，这四家公司今年预计的总销售额将增长306亿美元，占今年全球芯片市场预计的974亿美元增长的31%。此外，为Fabless生产芯片的主要晶圆代工厂也必将实现强劲的销售增长。

因此，这是一个属于Fabless和晶圆代工的时代，两者珠联璧合，相得益彰，而IDM就有些相形见绌了。

Fabless和晶圆代工的好时代

在全球半导体产业发展初期，是不存在IC设计和制造分工的，只有一种IDM模式，随着市场和产业发展，一些规模较小的厂商，因为财力有限，无法负担自有晶圆厂，因此，就会把设计的芯片交给实力较为雄厚的IDM制造，这是最早的代工模型。然而，早期在专利保护意识缺乏的情况下，将设计出来的芯片交给其他IDM制造，存在着较大的产品安全风险，即竞争对手很可能会掌握你的芯片信息。

这样，晶圆代工模式应运而生，1987年，台积电创建，开创了一个新的时代。自那以后，随着市场和产业发展，无晶圆厂的Fabless数量逐年增加，给晶圆代工厂带来了滚滚财源，也因此，更多的Foundry涌现出来，不过，与越来越多的Fabless数量相比，Foundry的数量还是相对有限的，直到今天依然如此。毕竟，由于重资产和高技术密集的特点，筹建一家Foundry的难度要远大于Fabless。

Fabless最大的特点就是灵活，相对于IDM而言，其对技术和市场应用的发展嗅觉更为灵敏，船小好掉头嘛。这种优势在技术和应用快速变化和发展的时期，会加倍放大。而最近这些年，正是技术和应用快速变化和发展的时期，如智能手机的日新月异，AI的兴起，以及CIS、TWS、OLED等市场的暴涨，都给相应的Fabless提供了绝佳的发展机遇，英伟达、高通和联发科，以及中国本土多家处于创业期的Fabless，都赶上了这一时段，营收大涨。而IDM则很难做到这一点，主客观条件都不允许。

对于Foundry来说，由于长期专注于晶圆代工业务，且给自己的定位明确，并能持之以恒；另外，这种商业模式的多客户、多产品线、多制程特点，比IDM和Fabless更加厚重且多元，某种程度上，其抗风险能力更强。

除了自身特点之外，Fabless和Foundry能够交出亮眼的业绩，且在未来几年内的年复合增长率大概率会高于全行业平均水平，还有多种市场因素，主要包括以下几点：终端设备的芯片元器件用量逐年提升；IDM芯片制造外包业务增加；设备和互联网厂商自研芯片增加等。这几大增量市场内的芯片大都需要交给晶圆代工厂生产，因此，未来几年Foundry的业绩很值得期待。

晶圆代工三大模式分别代表半导体行业发展阶段

1.设计与工艺相互依存，IDM成为早期半导体公司的标配

自 1947 年贝尔实验室的 John Bardeen 和 Walter Brattain 发明晶体管，至 1984 年全 球第一家 Fabless 公司 Xilinx 创立，以及 1987 年全球第一家纯晶圆代工厂台积电创立， 这期间半导体公司多采用 IDM 的经营模式。

究其原因，这期间的半导体产品尚处于成形阶段，设计和工艺的依存度较高。

复盘半导体产业发展史，我们可以发现，1947-1987 年间，众多对后续产业发展起 到关键作用的半导体结构、工艺和产品陆续涌现，并不断完善着半导体作为微型化、低 成本、自动化的计算设备的产业根基。

例如，相比于最初的点接触晶体管，1948 年提出的结型晶体管凭借更优异的性能和 更适合于规模化制造的特性，成为了后来各类半导体产品的基础；扩散（1952 年）、光 刻（1955 年）、外延（1960 年）、离子注入（1962 年）、沉积（CVD（1950s）、PVD（1966）） 也在上述年限期间陆续被发明、提出或应用，并构成了半导体制造工艺的基本要素；1959 年，Jean Hoerni 发明的全新平面工艺，至今依然是半导体多层平面加工的基本思路；1959年，贝尔实验室的 Dawon Kahng 和 Martin M.Atalla 发明了 MOSFET，这是集成电路、 分立器件的基本构成单元；1959 年，德州仪器的 Jack Kilby 和仙童公司的 Robert Noyce 分别发明了锗和硅的集成电路；

1963 年，仙童公司的 Frank M.Wanlass 和 C.T.Sah 首次 提出 CMOS 电路技术，构成了逻辑电路的基础；1963 年，仙童公司 Robert Widlar 设计 了第一颗集成运算放大器电路 μA702，开启了模拟电路的发展历程；1967 年，贝尔实验 室的 Dawon Kahng 和 Simon Sze 共同发明了非挥发存储器，它是 EPROM、EEPROM 和 Flash 的基础；1968 年，IBM 的 Robert H.Dennard 发明了 DRAM，它后来成为了内存的 标准形态；1979 年，通用电气的 B. Jayant Baliga 在论文中提出了 IGBT 的构想，这为后 来高频、高压电力电子应用的实现奠定了基础；1980 年，东芝公司的 Fujio Muoka 发明 了 NOR Flash，1987 年，他又发明了 NAND Flash，现已成为非易失性固态存储广为应 用的技术。

至此，如今司空见惯的半导体产品的基本结构和制造工艺方才基本成形，在此过程 中，结构的设计和工艺的加工是半导体产品开发的一体两面，这一特征在半导体产业初 期体现地尤为显著。例如，结型晶体管的开发过程中，PN 结的制备离不开掺杂工艺， 而晶体管则演化成了后来逻辑、模拟、存储器、分立器件等各类半导体产品；MOSFET 的开发则是基于扩散、氧化、沉积、光刻、腐蚀等工艺，通过金属-氧化物-半导体的组 合成功克服了半导体的表面态，实现了绝缘栅场效应晶体管结构；集成电路的开发更是与平面工艺、特别是光刻工艺相辅相成。这种设计与工艺互相依存的特征，决定了早期 半导体公司需要将设计和工艺能力整合起来开发新的产品，因此，IDM 模式是当时的 主流。

2、众多半导体公司涌现，Fabless是降本增效之选

1980-2010 年是半导体产品类公司创立的井喷期，Xilinx、高通、英伟达、联发科等 半导体公司相继成立，根据 Wind 的数据，1970 年代初创的半导体产品公司为 11 家， 1980 年代初创的半导体产品公司达 65 家，这一数据在 1990 年代飙升至 189 家，并在 2000 年代继续增长至 210 家。

伴随着半导体公司数量的增加，同样增加的还有配套晶圆制造产线的建设成本。 1975 年，晶圆制造产线的建设成本不到 1 亿美元，1985 年该成本已达 2 亿美元，而 1995 年该成本已飙升至 10 亿美元。2000 年代末至 2010 年代初，即使是索尼、英飞凌等大型 半导体公司，也难以负担先进晶圆制造产线的投资和制程的升级。

因此，自 1980 年代以来，初创的半导体产品公司已基本无力承担晶圆制造产线建 设、维护和升级的庞大资本支出。

其实，与寻求晶圆制造代工的 Fabless 相比，即使初创的半导体产品公司成功投建 了晶圆制造产线（成为 IDM），并且自身产品的出货量能够支撑晶圆制造产线达到足够 的产能利用率，其产品也很难在短期构建起成本竞争力。从理论上而言，IDM 与 Fabless 的关系，可粗略地类比为买断产能和租赁产能的区别，考虑二者的投片成本和投片次数 的关系可知，在初期（Tn 之前），IDM 的投片成本更高，产品的成本竞争力较 Fabless 更弱。而随着晶圆制造产线的投建成本逐渐攀升（Cn逐渐增大），IDM 较 Fabless 形成 成本竞争优势的时间也在逐渐拉长（Tn逐渐增大）。

反观走晶圆制造代工路线的 Fabless 公司，通过将晶圆制造环节外包，可以显著降 低公司的启动成本。同时，随着半导体制程的升级，芯片的设计成本也在逐年递增， Fabless 公司可以将有限的资源投入到半导体的 IP、架构、验证等设计环节，从而实现 整体的降本和增效。这一点在后来的 AMD 及其处理器产品的市场表现上得到了很好的 验证：2017 年，AMD 发布了全新的 Zen 架构、由格芯代工的 14nm 的第一代锐龙处理 器和第一代霄龙处理器，2019 年，AMD 发布了 Zen2 架构、由台积电代工的 7nm 第三 代锐龙处理器和第二代霄龙处理器，凭借优异的产品设计和代工厂提供的领先的制程工 艺，AMD 的产品竞争优势十分显著，市场份额快速提升。

此外，早期的半导体产品复杂度有限，公司能够独立完成从底层到顶层的电路设计。 而随着从 IC、LSI、VLSI 到 ULSI，集成电路规模不断增加，半导体产品的复杂度显著 提升。用预先设计好并经过验证的模块来构建复杂的电路系统，逐渐成为集成电路设计 方法学的重要思路，并促进了 IP 的诞生。

IP 即经过验证的、可复用的设计模块，1980 年代，Mentor、Synopsys、Cadence 等 一系列 EDA 公司创立，他们同时也提供 IP 服务，1980-1990 年代，Imagination、ARM、 CEVA 等一系列纯 IP 公司也涌现出来。IP 的开发和复用，使得设计环节化繁为简：冗 余的设计成本得以缩减，开发周期得以缩短，产品开发的成功率也得以提升。这从一定 程度上降低了半导体产品设计的壁垒，为 Fabless 公司的涌现提供了更加友好的产业生 态。同时，IP 可以移植到不同的半导体工艺之中完成制造，这进一步加剧了半导体设计 与工艺环节的分野，也为 Foundry 的出现埋下伏笔。

3.半导体生产规模扩大，Foundry应运而生

自 1947 年晶体管发明以来，其在工作原理、材料、结构、功能和集成/分立形式等 方面不断丰富和完善，大体而言，晶体管主要起到电流通断、信号放大和功率控制（开 关和电压、电流控制）的功能，基于电流通断的功能，晶体管逐渐衍生出逻辑电路，而 基于信号放大和功率控制的功能，晶体管分别衍生出模拟电路和分立器件。复盘三者的 发展脉络可以发现，逻辑电路的升级表现为：在关键节点上晶体管在器件结构层面的创 新，以及晶体管在集成度层面的创新，而在大多数时间里，晶体管集成度的创新对逻辑 电路的升级起到了主导作用。模拟电路的升级表现为：由晶体管、电阻、电容构成的电 路结构的创新。分立器件的升级表现为：晶体管在器件结构层面的创新。而在逻辑电路 领域，正是半导体产业升级从器件结构层面逐步延伸至集成度层面，为半导体工艺的标 准化奠定了基础。

以 PC 为代表的终端应用加速渗透，带动了半导体产品出货量的 增加。特别是在逻辑电路领域，以处理器为代表的半导体产品用量巨大，相应地，其生 产规模也不断扩张。在此过程中，由于标准化的半导体工艺有助于控制生产成本、优化 研发流程，推进半导体产品公司的降本和增效，因此，半导体工艺逐渐趋于标准化，在 以集成度升级为推动力的逻辑电路领域，出现了以标准 CMOS 工艺为代表的集成电路 工艺。而标准化的半导体工艺，也逐渐形成了晶圆制造代工的基础。

在以逻辑芯片为代表的半导体产品领域，随着生产规模的扩张，晶圆制造代工模式 的规模效应开始显现。对于 IDM 和采用纯晶圆代工模式的 Foudry 而言，在其他条件（例 如，设备、材料的成本相同，生产晶圆的售价相同）均一致的假设下，二者的效益与各 自的生产规模直接相关。在 E 点之前，全市场委外生产的规模小于 IDM 的生产规模， 那么同样建设一条晶圆制造产线，IDM 的规模效应优于 Foundry，产品更具成本优势。 而在 E 点之后，由于半导体产品出货量的增加，叠加 Fabless 公司的涌现，若干家 IDM 难以满足全市场的生产需求，而 Foundry 则可以灵活对接全市场的生产订单，因此，同 样投建一座晶圆厂，Foundry 的规模效应更强，其生产的平均成本比 IDM 更低，因而 更具市场竞争力。

1987 年，全球首家 Foundry---台积电应运而生，当时，台积电拥有一条 6 英寸晶圆 制造产线，使用 3μm 制程。1988 年，英特尔 CEOAndrew Grove 造访台积电，并与台积 电展开合作，由台积电为英特尔生产部分处理器和芯片组产品。此后，台积电在晶圆代 工市场持续突破：1998 年英伟达开始使用台积电 0.35μm 制程生产处理器产品，2004 年 台积电成功研发 0.13μm 系统单芯片铜/低介电系数制程技术、2007 年与 ASML 合作成 功推出第一台浸没式光刻机、2011 年基于后闸级技术路线率先成功推出 28nm 制程、 2014 年独家代工苹果 A8 芯片，2018 年率先推出 7nm 制程，并在此后的各代制程的量 产上保持领先。根据 IC Insight 的数据，2020 年底，台积电晶圆代工产能约 270 万片/月， 占全球晶圆产能的 13.1%，位居全球第二位，作为参考，IDM 英特尔的晶圆产能约 88.4 万片/月，占全球晶圆产能的 4.2%。根据 Trend Force 的数据，2021 年第二季度，台积电 在全球晶圆代工市场市占率达 52.9%（营收口径计），位居全球首位。

同时，相比传统 IDM 模式，Fabless+Foundry 的分工模式具备显著的正反馈效应： 对 Foundry 而言，Fabless 生产订单的填充使代工厂具备规模效应，摊薄单位成本，进而 能获取更多 Fabless 的生产订单；对 Fabless 而言，Foundry 的生产成本降低，降低了 Fabless 的进入门槛，进而催生了更多 Fabless 公司。

结语

目前来看，Fabless和Foundry的风头盖过了IDM，主要是因为增长率最高的企业里边，大都是Fabless和Foundry，相对而言，IDM要弱一些，但这并不是说IDM就不行了，从营收增长率25强榜单也可以看出，大部分还是IDM，无论是从数量，还是整体规模上看，都仍然相当可观，只是它们不再像多年前那样处在舞台中央，取而代之的是Fabless和Foundry。

文章来源： 半导体行业观察，未来智库