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芯片换代加速进步还是加速崩溃

发布时间:2020-07-21 18:06:07 阅读: 来源:砂带厂家

当摩尔定律超越了市场需求,芯片厂家就到了重新考虑新的商业策略的时候了......

芯片换代:加速进步,还是加速崩溃?

Geoffery James/文 晓丹/译

更快、更廉、更好。芯片上的晶体管数量每两年翻番一次——高登.摩尔这句著名的金科玉律,似乎将和牛顿重力定律一样,横亘时空、永远不老。英特尔、IBM和其他巨头已经在研制比现有技术超前三代的芯片集成技术了;而在实验室里,科学家正在试图研制可以单片容纳一万亿个晶体管的芯片。此时,这些年来不时浮出的、声称“摩尔定律将逐渐死亡”的预言,听上去就成了陈腐的笑话。

摩尔定律是在高登.摩尔担任仙童半导体研发实验室主管时提出的。明年是这条定律40岁生日。40年来,市场对芯片的需求总是超过芯片的生产能力,半导体行业都认定芯片的更新换代不仅可以带来更快、更廉、更好,还能带来更多的利润。但是,这一假设并不总是对的。如今,市场对新型芯片的需求正在史无前例地减弱。VISL研究机构的副总裁Risto Puhakka指出,“半导体需求量通常每年增加15%-17%,但是现在这个数字变成11%-13%。”如果这一趋势继续,那些花巨资投资高密度芯片的厂家将发现自己根本找不到那么大的市场。

当摩尔定律在技术上胜利、而在效益上遭挫的时候,半导体行业将如何面对?当市场上充斥着大量卖不出去的芯片的时候,半导体企业应该如何应对这一糟糕的境遇?

昂贵的进步

更快、更廉、更好,这一振奋人心的口号其实含有轻率冒失的一面。芯片的更新换代,意味着建厂和设计的费用越来越多地挤占企业利润。据VLSI研究机构的数据,从上世纪80年代早期到90年代早期,每次芯片换代时的建厂费用都随之翻番。这之后,建厂费用的增长幅度逐渐减缓,即从几何增长变成线性增长。但是勿庸置疑,只有那些财力雄厚的企业才能做建厂的打算。德州仪器负责全球生产的高级副总裁Kevin Ritchie说,和前些年相比,建厂费用增加了差不多2倍,达到了30亿美金。“这是因为更大的硅片和更密集的集成需要更复杂的技术。”

膨胀的还不只是建厂费用。SMIC设计支持部门的主管Meyrick Chan举例说,即使是一个130纳米级芯片的设计和流片都要耗资300万美金。如果上升工业标准到90纳米级的话,设计费用还要急剧攀升,因为如此高的集成度要求使用全新的工具和技术。IBM的技术专家Bernie Meyerson解释说,“过去,每一次芯片的升级实际上是对以往芯片的尺寸进行缩减,但是现在,当缩减的空间越来越小的时候,必须有全新的设计技术来保障芯片功能的正常发挥。”Gartner研究员Gary Smith说,新的设计概念如片上系统(SOC)和电子系统级设计(ESL)都将增加设计费用的开支。

幸运的是,当计算单个芯片的生产成本时,新一代芯片的研发生产费用就变得不那么昂贵了。比如,虽然300毫米硅片的建厂费用比200毫米硅片的建厂费用要贵25%,但是300毫米硅片上容纳的芯片数却比200毫米的要多225%。同理,如果运用SOC或ESL的技术,那么设计和生产的花费虽然比传统设计方式要高很多,但是因为其极高的集成密度,每个芯片的制造成本反而比传统芯片要便宜得多。这就是摩尔定律历久弥新的经济学基础:前期费用提升,但是单个芯片的成本下降。

有数量才有利润

然而,这一基础的前提是你能把新芯片顺利地卖出去,这样才能收回你先期投入的所有费用。高登.摩尔在1997年的《科学美国人》杂志中乐观地表示,在半导体行业中,这从来不成其为问题,因为几乎所有产品的内存都呈增长趋势。“所以,市场对高密度芯片的需求弹性,可以保证你的芯片工厂总能获得稳定的利润。“

如果没有这种弹性,那么半导体工业就会被市场上堆积如山、供过于求的芯片埋葬,半导体企业也必然面临破产。“如果制造一个电路只花费1美分,但是却要在设计上花费100万美金,那么如果你只生产10万个产品,单个产品的成本仍然高达10美元,”电子自动化设计行业的Giga Scale Intergration公司董事长George Janac说,“如果你能把产品卖到20美金一个,当然是好事一桩,但是如果市场上充斥的硅片行价就是50美分,那你就只能倒闭。”

真正能从经济困境中拯救半导体行业的,还是随着芯片换代而不断推出的各种新产品。如今,高性能、海量处理能力的计算机的普及,不仅催生出了移动电话等新式产品,也为电视和汽车这些传统商品提供了技术增值的空间。如果按照半导体行业的历史逻辑,那些正在筹备建立的芯片制造厂就找到了足够的存在理由。

但是,由于这些新工厂的生产能力将不可思议地增加,那么为了不让市场上的芯片出现供远过于求的情况,芯片的需求量将不得不急剧提高。去年11月,AMD的300毫米芯片厂在德国的德累斯顿破土动工,预计2006年建成投产时,月产量将达到13000到20000块硅片。这就意味着,如果按照每片硅片能产生250个芯片计算,那么仅仅是这家AMD的新工厂,其一年的芯片产量就达到6000万个。这个数字是2002年全世界PC销售量的两倍。

有需求才有数量

如此大的产量,如果市场需求无力消化怎么办?技术商业研究公司的总裁Dave Mack说,短期内,这还不成为问题。“仅仅是市场对低能耗移动设备的需求,比如数码照相机等消费电子产品的普及,就使这些新建的芯片厂充满信心。这些消费电子产品要求更大的内存和更低能耗的运算能力。比如,在线影音播放技术和高解像实时模型使桌上电脑和游戏控制平台得以蓬勃发展。”此外,IBM的Meryerson说,系统制造商也将十分欢迎新一代芯片,因为他们可以在获得更多的芯片功能的同时,大大降低生产成本。

但是,人们关心的是半导体的中期需求是否也如此乐观。已经走向成熟的一些电子产品门类,可能会降低对新芯片技术的需求。比如,很多购买了配置最先进CPU的个人计算机的购买者,现在对机器的工作性能就很满意。IDC的副总Roger Kay说,那些对顶级PC确实有需求的公司精英,最多只占整个工作人群的5%。另一位IDC的研究员Kevin Kane说,满足基本功能的手机继续占据手机销售市场的主流,而PDA的销售量也令厂家失望。除去节假日对销售量的刺激,2003年市场对手持设备的需求在比2002年下跌得更厉害。

总而言之,这些曾经推动过半导体工业发展的电子产品,有可能在风行一时之后开始固守几十年的原有技术,就像数字显示时钟的命运一样。Gartner Dataquest公司的研究员Bob Johnson认为,这种事情不会发生。“别低估了微软不断制造功能欠缺的软件的本事。”他笑说。而技术商业公司的Mack认为,软件的功能欠缺并不是人们购买新设备的理由。“200年来,商业社会的游戏规则并没有实质上的改变。我们只是让文字和计算变得自动化了,可是除此之外,我们很难再把什么东西自动化了。”

当然,因为利益驱动,市场总是有层出不穷的新鲜的电子产品。纳米技术、语音辨认技术、智能仪器、机器人等等,都有可能在未来成为半导体产业的拉动力量。但是,这些技术都需要极大的产量才能弥补前期的芯片研发费用。在2003年自动化设计大会上,主席Ian Getreu说:“能够吸引巨额投资的电子产品,必须是能比手机更普及的、能够启动巨大的消费需求的产品。所以,问题是什么产品才能有这样巨大的需求?”

因此,如果这种决定性的产品没有出现,那么现在正在投资建厂的半导体厂商就会遭遇一个悲惨的境遇:厂里堆满了没人要的、和山一样高的硅片。此时,半导体产业就有可能步通讯产业的后尘:20世纪90年代后期,几十亿美元的投资换来的是没有人用的远程宽带。“Worldcom和Qwest公司之前在地下埋了好多的电缆,但是,他们现在正在拼命把自己从陷阱里挖出来。”TBR的研究员Chris Foster开玩笑说。

是到了“收式”的时候了吗?

很明显,现在已经有了一些负面的征兆。据ULSI和Gartner的研究发现,从利润因素而非数量因素考量,芯片的实际需求量正在稳步地降低需求仍然有,但增长没有那么快了。至少,已经有一类产品表现出和摩尔定律相反的经济现象:闪存的价格和市场需求量都在下滑。AMD的Heerseen说,尽管这种现象有可能只是暂时的,但是这也许是摩尔定律正在动摇的早期信号。他评论说,这是半导体产业第一次不再与经济大环境隔绝。

怎么办?慌乱无济于事。对新芯片的市场需求虽然有加速减弱的趋势,但是需求毕竟不会在短期内消失。现在,半导体企业应该考虑以下四方面的应对措施。

第一,收缩对新的硅片厂的投资。许多半导体公司已经变成无工厂经营模式,那些仍然有建厂打算的公司应该重新考虑自己的决定。因为资金投入巨大,只有一小部分公司能够建得起最先进的芯片厂。因此,从降低风险的角度考虑,那些计划建厂的公司可以和其他公司一起合伙办厂。即使是只占其中10%的股份,对于很多公司来说,其利润都已经很可观了。

第二,控制生产成本。很多半导体公司对未来的市场份额比对现在的盈利状况要重视得多。所以,他们在研发预算上投入重金。但是,在一个发展减速的市场环境下,长期的、高风险高收益的投资,远远不如在竞争之中努力保证企业的生存来得重要。芯片需求减弱之际,和投资研发新产品相比,在现有的生产环节中挤压出更多的利润,对于厂商来说要实际。一句话,当需求高涨的时候,今天的研发投入会换来明天的市场份额,但是当经济环境亮出红灯的时候,企业必须集中注意力,提高利润率、降低生产成本。

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