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LABLESS的前世来生

2020-11-23
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机遇来了,谁将是胜出者?

本文来自合作媒体:胜科纳米(ID:Wintech-Nano),作者:李晓旻。猎云网经授权发布。

即使对于大多数半导体产业内人士,Labless应该也是一个陌生词汇。那就让我们从熟识的Fabless说起。过去三十年中,全球半导体产业中最重大的一次产业分化就是WaferFab和Fabless的分化。

上世纪六七十年代,美国硅谷诞生了为数众多伟大的芯片公司。在早期供应链并不完备的背景下,这些芯片公司只能采用IDM模式,即设计、制造、封装测试全部都要自己完成。在芯片产业暴利、成本并不敏感的早期阶段,IDM模式无疑在早期的半导体行业发展过程中的必经阶段,并起到了积极的作用。

IDM的产业大迁徙到产业大分化

进入到八十年代中后期,更多的芯片公司参与竞争后,IDM模式的几大弊端凸现出来。

1)成本增加

即使生产单一的芯片产品,其制造和封装也必须是一条麻雀虽小,五脏俱全的完备产线。具体到产线内部,各个生产流程设备(光刻机,镀膜机,刻蚀机,氧化炉,清洗机等)的数量也需要有最佳搭配方案才能实现各环节产能优化。但事实上,除了几个销量巨大的芯片巨头,没有几家可以真正实现这种产能优化。单一产品市场需求的周期性又造成了产线负载的波动,进一步加剧了产能浪费。所以,IDM模式下的生产成本始终居高不下。

2)技术迭代速度失配

摩尔定律预期了每隔18-24个月,集成电路芯片的集成度增加一倍,性能提升一倍。可惜芯片制造生产线一旦建成投产,就没有多少再提升的空间。这决定了,除了少数几种生命周期非常长的芯片产品,大多数IDM模式下的生产线,都将在两年内因跟不上自己的芯片设计需求而被淘汰。更先进的产线必须经历技术路线选择、设备选型、产线调试、良率提升等一系列技术阶段,很容易跟自己的设计部门出现技术迭代失配。老牌IDM模式领导者英特尔近期因7纳米产线迟迟不能落地,面临被多年的手下败将AMD全面超越的风险,而被迫转向台积电代工,正是这种迭代失配的必然结果。

3)人才成本急剧攀升

上世纪八十年代,越来越多的IDM芯片公司涌入赛道,造成了硅谷半导体人才严重短缺,成本急剧攀升。各大公司被迫先后将自己的封装线和晶圆生产线搬出硅谷,移至亚洲台湾、新加坡等地区,促成了半导体史上第一次产业大迁徙,也形成了IDM模式下设计-制造-封装环节在空间上的物理分离。

既然生产和封装线可以跟设计环节实现物理分离,而越来越多大厂的产线跟自己的设计需求技术迭代失配的矛盾越来越不可调和,为后期的Fabless分化提供了必要的生长环境。上世纪八十年代后期,以台联电、台积电为首的专业第三方代工厂应运而生。

独立第三方晶圆代工属于共享概念,服务整个芯片设计行业客户,具有先天的成本优势。而“专业的人干专业的事儿”又形成了非常好的人才集聚效应,技术迭代速度远超IDM模式下的生产线。经过十多年的演化,在20世纪末到21世纪初的十年中,各大老牌IDM巨头纷纷倒戈(与其说是缴械投降,倒不如说是心有灵犀的投怀送抱),放弃或部分放弃自己的生产线,拥抱Fabless模式。半导体历史上的最大规模产业分化格局已成。

中国半导体全行业IDM模式是伪命题,瓶颈不在于资金而是人才

特殊的国际环境,科创板的推行等诸多利好因素,在中国催生了一大批优秀的半导体产业公司。然而,为数众多的芯片设计公司募资目的是建立自己的生产线,走IDM模式。就单一企业的局部需求来看,垂直化整合拥有自己的产线可以保障产能、定制化生产又可以增强产品竞争力,这无疑是非常合理的资金用途。然而,从宏观角度来看,这种资金用途存在极大的风险,甚至是“逆行业潮流”。除了刚才我们提到的成本和技术迭代失配风险,在中国更大的瓶颈在于人才。

半导体人才的培养是极其漫长且昂贵的。绝对不是靠在教室里读书就能完成,更需要昂贵的产线配合和多年的实战经验积累。据说,在比利时IMEC,培养一个真正合格的半导体人才至少需要5-10年时间,平均每人消耗500万美元以上的资源。从这个角度看,真正合格的半导体人才的培育门槛堪比战斗机飞行员。如果把中国各大院校半导体相关专业毕业生和各大公司独立培养的人才数量累加,中国自己培养的半导体人才每年仅有万人量级。然而人才缺口却在不断拉大。

2018年5月有数字显示,当时中国的半导体从业人员仅有30万人,但实际需求却达到70万人,存在40万的人才缺口。而当时的国内的芯片设计公司仅有1700家,晶圆厂仅有不到60家。

两年半后的今天,中国注册的芯片设计公司超过了4000家,晶圆厂超过110家,还有更多晶圆厂正在规划建设中。企业数量增加了一倍多,如果大家真的都在做事儿的话,可能至少需要150万从业人员才能支撑这种行业规模。人才缺口超过百万。

粗略估计,中国目前晶圆制造的从业技术人员只有区区三四万人规模(包括操作工)。而即使最小规模的IDM生产线都需要数百人参与生产,国际上站稳脚跟的IDM公司更是都在万人以上规模。假设中国有50家芯片设计公司要走IDM模式,挖空现有晶圆厂的全部技术人员,都未必能满足这些IDM企业的人员数量需求。要做到站稳脚跟的状态,则需要更多的人才积累。在人才储备相对有限,人才培养速度缓慢的大背景下,可预期的最终结局或许是相互挖角,被迫降低人才档次,最终成就个人收入暴增的盛宴(目前中国境内的半导体人才收入已经超过海外),但大多数企业都做不成事,结局将是一地鸡毛。

大量芯片设计公司走向垂直整合的IDM模式,局部看起来逻辑合理,并不代表宏观上的可行。本人悲观的预期,十年后中国还能存活的IDM公司数量应该只有少数,而且主要存在于不依赖先进制程,但对工艺控制要求极高的几个领域,比如IGBT,功率器件,射频等领域。其余公司必须被迫回归Fabless模式。在半导体狂热的今天,希望大家可以谨慎入局,避免造成不必要的经营风险和资源浪费。

行业细分是历史必然,Labless将应运而生

In-HouseLab,厂内分析实验室,是各大公司必备的辅助功能部门。它承担了产品纠错、工艺监控、仿真模拟、失效分析、辅助研发等诸多功能。出色的分析实验室扮演的是“医生”角色,可以极大加速产品研发进度,保障生产工艺稳定,在产品出现问题的时候可以快速找到根因,并给出技术迭代方向。

听起来Lab对于一家芯片产品公司的作用真的非常大。但正如上文所讲,局部的商业逻辑合理,并不代表宏观可行。让我们再从成本、技术迭代、人才等几个角度来做一下分析。

1)成本失控

早期的半导体芯片工艺结构相对简单,尺寸也只有微米或亚微米级别,所以一台钨灯丝扫描电镜搭配少量辅助设备就可以完成大多数的内部分析业务需求。但随着器件尺寸进入到纳米时代,原子层级别的缺陷都可能造成器件失效,ppb(十亿分之一)级别的杂质含量都可能造成器件电学性能的严重漂移,分析实验室需要更多种类、更加精密的分析仪器参与才有机会真正解决某个问题。能满足当前先进制程全套分析需求的实验室,仅设备投资就达数亿元投入规模,除了财大气粗的晶圆厂,没有几家企业有实力承担这种基础设施投入。

另外,分析仪器无法像生产型设备那样可以做有序生产规划。分析实验室的负载,比生产型设备的负载更难预期掌控。产线没有状况的时候,大多数分析仪器都处于闲置状态,而产线一旦出现事故,恢复生产分秒必争,无论已经拥有多少分析仪器厂内需求方都会期望更快解决。这种矛盾几乎是无法调和的。

2)厂内分析技术人才的职场玻璃天花板、人才技能退化,造成了分析技术迭代受阻

厂内分析实验室每天做的案例只聚焦在自家产品,甚至某固定产线上的产品。如前面所讲,产线一旦量产,就无法在这条产线上再进行有效技术迭代。所以,服务这条产线的分析工程师的技能也就止步于此了。这样的分析团队,无法进行有效的分析技术迭代,技能不进则退。

还有一个不能说的秘密。分析实验室在各大产品公司中的地位只是辅助功能部门。这个部门中的人才,无论有多优秀,都很难晋升到整个集团的顶级决策层。所以,最优秀的分析技术人才很难在产品大厂中找到职业生涯终极归宿。这是一层“玻璃天花板”。

有某芯片大厂的品质总监曾经对我感慨,“我们厂里的分析实验室里当初投资非常可观,现在也有上百人,但不知为什么这些年下来只剩下了操作工,甚至有些项目我们有设备,但总做不好,甚至完全不会用”。这一方面有顶尖人才流失的原因,更重要的是,束缚应用场景的环境下让人才丧失了技术迭代的必要基础,进一步造成了人才技能退化。

失去了技术迭代能力的团队,将不断的被永不停歇的技术进步所淘汰。失去强大分析团队的支援,产线上会出现更多棘手的问题需要更强分析团队支撑。这是一种可怕的恶性循环。

各种矛盾正在慢慢酝酿发酵,慢慢变得不可调和,甚至出现宏观数据的悖论。仔细品味著名博弈论专家,耶鲁大学教授马丁•舒比克(M.Shubik)设计的那个百元大钞拍卖经典案例(篇幅所限,不赘述,读者可以自行检索),或许现在正在各家公司的厂内分析实验室中、乃至更广泛领域全面上演。而且似乎目前已经到了各家出价均已超过百元的阶段。

一切外在环境都跟当年Fabless分化的大背景几乎完全雷同。行业进一步细分,Labless或许是必然结局。理性思维的人在等待的,或许只是一家实力足够强大、可以勇敢迈出第一步的“中立第三方分析机构”的出现,来终止这场百元大钞拍卖陷阱。

机遇来了,谁将是胜出者?

成功的独立第三方分析机构,功能类似“综合性产业医院”,壁垒极高。

1)硬件投入壁垒

动辄数亿元的投资,无论如何都是第一个壁垒。

投资额不足的实验室,被迫只能做片段化的分析,或者就只能购买老旧型号的设备,造成长期技术竞争力不足。还有一种选择,就是跟有设备的合作伙伴搞联合,成本、稳定性、时效性都不可控。

另外,跟生产线类似,不同的分析仪器之间也讲究设备数量配比才能实现产能优化。每种设备只买一台的话,会造成非瓶颈环节产能的巨大浪费。但真正实现优化配比,总投入规模必须再增加数倍。

据多年实践运营经验,设备投资亿元以下的分析平台,最多只能解决“有没有”的问题,而真正要实现产能优化,则至少要达到5-10亿元的设备投入规模。虽然分析仪器的生命周期比生产型设备更长些,但如果要兼顾长期可持续的技术迭代,每年追加的投入也将非常可观。

种种因素决定了,小型实验室或者牺牲竞争力,或者牺牲毛利率,二者不可兼得。这是一个痛苦的爬坡期,很多企业止步于此。只有达到足够规模进入到产能优化阶段的第三方实验室,才会进入到毛利率上升的阶段。而目前在国内勉强能达到产能优化状态的第三方芯片分析实验室,最多不超过五家。

2)人才壁垒

独立第三方实验室面向的是全行业,对人才的综合能力要求极高。形成一定的规模后,更不是依靠某一个人的个人英雄主义。很多时候,即使对于某一个具体案例,往往也需要进行“专家会诊”。所以需要搭建合理的人才网才有可能承接更复杂、更高难度案件,服务更多产业领域。

个人亲身经历,来自某些大厂的所谓专家,在商业化第三方平台未必好用。原因是他的专业方向太过狭窄了,属于“专才”。换一种产品,换一个应用场景,他也需要从头学起。要培育一个适用场景较广的“通才”,至少需要5-10年的实战经验。全行业“通才”,更是根本不存在的。

协和医院的扩张瓶颈在于主任医生的培养缓慢,甚至不可复制。对于独立第三方分析平台,瓶颈也在于此。不仅要搭建强大的人才网,更要形成良性的人才培育机制和规范化生产管理模式,以降低人才培养难度。

3)强大的自主研发和技术迭代能力所形成的分析技术IP壁垒,提升附加值

科技产品,尤其是消费类科技产品的特征就是,一旦脱离了技术迭代就会迅速贬值。只有通过持续的研发迭代,才能赋予新产品更高的附加值,维持高毛利。

高科技服务本身也是一种产品,脱离了技术迭代,同样也会贬值。20年前,我最引以为荣的聚焦离子束电路修改技术,收费高达约3000元/小时。但20年后的今天,相同技术节点的服务,300元/小时就有人承接。可是这二十年中,上海的房价涨了20倍。以房价做参照物,失去技术迭代的这项“高科技服务”,贬值了200倍。

科技服务业严重依赖人的技能,无法通过大规模生产有效降低成本。在设备价格越来越高,人工越来越贵的大背景下,分析服务收费本应该持续走高的。然而,过往的第三方分析服务市场并不注重附加值的提升,却陷入了价格战的怪圈。价格下滑,成本增加,必然出现一个交叉点,无论怎样都不可能盈利。这是商业模式的悖论,最终肯定是惨烈收场,没有赢家。

2015年以前,中国的半导体第三方分析服务市场格外黯淡。就算是几个外资巨头也心照不宣的普遍使用国外总部淘汰的老旧设备为大陆市场服务。整体服务能力异常落后。

2016年,胜科纳米强势进军中国半导体第三方分析服务市场,清一色采用国际上最顶级的仪器设备,并不断通过研发迭代持续增加服务附加值。就此,挑起了跟几个海外巨头的军备竞赛。四年后的今天,我们看到了整个中国第三方分析服务市场的焕然一新,几个顶级分析服务机构在大陆的配置,几乎跟海外没有代差了,并已经全面超越了大多数大厂的厂内实验室。整个大陆半导体产业都是最终受益者。

第三方分析实验室不仅仅在跟自己的友商竞争,更在跟自己客户厂内实验室赛跑。不仅要做的快,更要做的好。经过不断的技术迭代,逐渐拉开跟厂内实验室的技术优势差距,才会持续获得客户的认可。否则只能在客户厂内实验室的溢出量中寻找残羹冷炙艰难求生。

4)信任危机和中立性

第三方芯片分析实验室接触的大多是客户较为领先甚至正在研发状态的未来产品。历史上曾经出现过分析机构成员剽窃客户技术机密,造成严重的信任危机。这是基本的商业道德底线。所以客户信赖的信息安全体系以及长期经营的市场口碑将非常重要,绝非一日之功。

而我也并不看好仪器设备公司把分析服务当成副业。虽然市场上确实有公司这么做,但迄今为止没有看到任何一家有成功做大的先例。卖设备和卖服务,看似互补,但其实存在销售动机的本质悖论。另外设备公司的服务机构,大多不愿意采购竞争对手的设备,既丧失了中立性,又局限了分析机构博采众长的核心竞争力。

中立就是中立

既要对客户中立,也要对供应商中立。胜科纳米的理念是,第三方分析实验室,只能提供服务,决不能跟自己的客户和供应商抢饭碗。所以,既不能碰产品,也不能碰设备。这也正是台积电能够做大的商业理念基本底线。

当市场大环境趋向成熟,一个新兴的行业诞生就是必然的了。这是一波长期可持续的大行情。没有所谓的胜出者时代,只有大时代中的胜出者。科技实业的成功绝非一蹴而就,更不是见异思迁蹭热点,最终的胜出者必然是那些准备最充分,意志力最顽强,头脑最冷静,最能坚守商业底线的长跑者。

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