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一文读懂芯片的“IDM”和“EMS”的区别

2023-08-09 17:50 来源: 电子平哥 作者:张楷平

一、(IDM)技术公司和(EMS)代工厂自有技术

我们首先从时间维度来看:在20世纪50年代的半导体产业发展初期,半导体芯片设计和半导体制造技术都处于摸索阶段,一个公司设计出某种芯片,同时该公司还要开发相应的工艺技术来配套生产,没有一家公司为其他公司提供制造服务;另外,一种工艺技术可能只适用于部分半导体芯片,而从事相似产品的芯片设计公司都会是竞争对手,因此从事半导体芯片研发的公司一般都同时具备芯片设计技术和芯片制造工艺技术,就是所谓的整合器件制造公司(IDM);还有少数公司不但拥有设计团队和制造工厂,还拥有终端产品开发的团队,这种公司就是系统公司。


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美国IDM代表企业:IBM

随着时间来到行业的发展中期,全球信息、通信和电信(ICT)产业经过几十年的发展与积累,到1987年,已经进入大规模商用阶段。个人计算机已经在全社会普及;电信产业成熟,程控交换机已经大规模使用;第一代无线通信技术全面商用,第二代无线通信技术开始研发。ICT产业的大规模商用得益于当时成熟的半导体产业,其实质是半导体芯片类型非常齐全,相应的半导体技术种类齐全、技术成熟。这时期的半导体技术都是IDM公司或系统公司的技术,也就是客户自有技术 (COT)。在IDM与系统公司的时代,半导体芯片设计与制造技术相辅相成、密不可分。


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这种状况一直持续到20世纪80年代后期,无生产线设计业(Fabless)诞生了。为进一步提升市场竞争力,部分无生产线设计公司开发了自有的差异化技术,成为客户自有技术的有机组成部分。

到了近代时期:纯圆片代工企业的工艺研发有一个从购买授权到自主研发的过程。在代工业早期,纯圆片代工企业一般购买第三方的技术研究机构或IDM公司的技术,以建立自主技术研发基础。当工艺技术的积累与研发能力达到一个较高的水平时,纯圆片代工企业逐渐开展自主技术研发,逐渐建立自主的技术体系。这时的工艺技术就是纯圆片代工厂自有技术( FOT),而这些技术一般会向该企业的全部或部分客户(芯片设计公司)开放,包括现在的IDM公司。具有代表性的企业就是台积电(TMSC)。


一文读懂芯片的“IDM”和“EMS”的区别

纯圆片代工业的技术研发成果显著,其中典型代表企业是台积电公司,其主要表现为:一是形成了代工业的技术标准 (T-like,类台积电技术),成为行业标杆;二是开创了系统芯片服务,为智能手机产业的爆发奠定了坚实的基础,有力地推动了半导体产业的发展。目前纯圆片代工企业自主研发的技术门类的应用已经涵盖绝大部分半导体芯片,只有高端存储器等芯片基本是IDM公司独占。目前国内有名的高端存储器进步神速,其中典型代表企业是:长鑫存储和长江存储。未来纯圆片代工业自主研发的技术将向多方面拓展,有先进技术的研发,也有多种技术的融合,如无线射频技术与嵌入式非易失性存储器技术的融合。


一文读懂芯片的“IDM”和“EMS”的区别

二、技术授权

半导体行业的技术授权主要包括IP 授权和工艺授权两大类。


一文读懂芯片的“IDM”和“EMS”的区别

1.IP授权

IP在半导体行业有两层含义:①IP是通常意义的知识产权;②P是具备一定功能的电路模块,即基于某个或某些专利的器件结构或电路拓扑设计出来的电路模块,是工艺平台的重要组成,被集成在某些芯片中。这里的IP主要是指第②种。

在21世纪初期,随着系统芯片(SoC)在手机产业中应用的兴起,IP行业进入高速发展阶段,其中最著名的IP公司是ARM公司。经过多年的发展,目前IP种类多而全,主要应用于各种通用或专用处理器、微处理器、微控制器与数字信号处理器(DSP)等产品中。从种类来分,IP主要包括库(Library)和IP两大类。库主要包括标准单元库 、输入/输出库( I/O)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)。IP主要包括处理器与微控制器类IP、非易失性存储器类IP、电源类IP、信号转换类IP与接口类IP。


一文读懂芯片的“IDM”和“EMS”的区别

处理器类IP以ARM为例,该公司的A系列应用处理器核已经广泛应用于手机等应用处理器产品中,典型产品有苹果公司手机及平板电脑中的应用处理器、高通/联发科/华为的手机应用处理器、AMD公司服务器处理器等;微处理器类同样以ARM公司为例,该公司的Cortex-M系列32位微控制器核已经成为当前市场上32位微控制器核的主流产品。

非易失性存储器IP主要包括嵌入式闪存(Flash)IP、一次可编程(OTP)存储器IP、多次可编程(MTP)存储器IP和嵌入式电擦除可编程存储器(EEPROM)IP,等等。

电源类IP主要包括上电复位(POR)IP、参考电压( RV,Vref)IP、电压调整器(VR) IP、低压差调整器(LDO)IP、电荷泵(CP)IP和电压检测器( VD)IP等。

信号转换类IP主要是模/数转换器(ADC)IP和数字模拟转换器(DAC)IP两大类。

接口类IP种类较多,常见的有USB、CAN、LIN、RS-232、RS-485UART、HDMI、SerDes、PCI、并口及网口等IP。

IP授权模式主要有两种,分别是购买使用权和一次性买断。购买使用权是指芯片设计公司或半导体制造企业向I拥有人购买经过验证的、有限次数使用的IP的合作模式,购买方需要支付IP使用费和IP版税费(RF),IP使用费是一次性支付的,而IP版税费是按每片圆片或每个芯片来收取一定费用的。—次性买断是指购买方向IP拥有人购买经过验证的、无限次数使用的IP的合作模式,仅支付IP使用费。对于嵌入式非易失性存储器IP,其中有些IP技术与工艺结合得非常紧密,购买IP就意味着同时还要购买工艺,甚至还需要向授权方购买专用配套设备。在这种情况下,购买方可以基于授权方的技术自行开发定制化IP,满足客户的特殊需求。


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2.工艺授权

工艺授权可分为成套工艺授权和工艺模块授权两种。在成套工艺授权方面,较多见的是先进工艺授权和差异化工艺授权,如比利时IMEC向上海华力微电子授权65nm逻辑工艺等。工艺授权的收费模式和IP授权类似,购买方需要一次性支付工艺授权费(UF)和/或工艺版税费( RF)。

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