[導讀] 4 月1日，就報道日本推出的“迷你晶圓廠(chǎng)”（Minimal Fab），瞄準物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代少量、多樣的感測器需求，起價(jià)卻只要0.3億元人民幣，而以臺積電為例，蓋一座晶圓廠(chǎng)造價(jià)則高達610億人民幣。因此這種極具成本優(yōu)勢的新系統就成為了媒體眼中革命臺積電的“秘密武器”，可是真的如此嗎？

早在今年4 月1日，就報道日本推出的“迷你晶圓廠(chǎng)”（Minimal Fab），瞄準物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代少量、多樣的感測器需求，起價(jià)卻只要 5 億日元（0.3 億元人民幣），而以臺積電為例，蓋一座晶圓廠(chǎng)造價(jià)則高達610億人民幣。因此這種極具成本優(yōu)勢的新系統就成為了媒體眼中革命臺積電的“秘密武器”，可是真的如此嗎？

什么是迷你晶圓廠(chǎng)

在這種生產(chǎn)系統中，每臺外型流線(xiàn)、美觀(guān)的制造機臺，大小約與飲料自動(dòng)販賣(mài)機差不多，但各自具備洗凈、加熱、曝光等功能。每一臺機器，都相當于一條半導體制造的生產(chǎn)線(xiàn)。一條“迷你晶圓廠(chǎng)”產(chǎn)線(xiàn)，所需的最小面積是大約是兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)的大小。也僅是一座 12 寸晶圓廠(chǎng)的百分之一面積。因為其不需要無(wú)塵室，故而可以做到占地面積更小。正常情況下從提出需求到生產(chǎn)完成通常也需要五個(gè)月，到了7nm及以下有可能生產(chǎn)周期甚至長(cháng)達半年，而因為迷你晶圓廠(chǎng)不需要光罩，由此節約了大量時(shí)間，可能只需要十天左右就能制造出來(lái)，當然產(chǎn)能比較小，一年可能五十萬(wàn)片這樣的產(chǎn)能。廠(chǎng)房機器設備成本更低，而生產(chǎn)周期更短，因此當時(shí)就有媒體稱(chēng)之為：“顛覆全球半導體業(yè)界的制造系統”。

這個(gè)是由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省主導，由 140 間日本企業(yè)、團體聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新世代制造系統，目標是透過(guò)成本與技術(shù)門(mén)檻的大幅降低，讓汽車(chē)與家電廠(chǎng)商能自己生產(chǎn)所需的半導體及感應器，形同推翻臺積電董事長(cháng)張忠謀 30 年前所創(chuàng )的晶圓代工模式，重回早年飛利浦、Sony 等大廠(chǎng)都自己生產(chǎn)半導體的垂直整合時(shí)代。經(jīng)過(guò)數十年，各大半導體廠(chǎng)好不容易甩掉生產(chǎn)制造這個(gè)重包袱，而現在日本的這項計劃又要讓大家重新背上，負重前行。這個(gè)信心究竟來(lái)自哪里？

首先我們需要對半導體制造的流程有個(gè)清晰的認識和了解。在日本作家湯之上隆的書(shū)籍《失去的制造業(yè)，日本制造業(yè)的敗北》對于半導體制造流程有過(guò)簡(jiǎn)要的介紹：

制造半導體分為3個(gè)技術(shù)階段：1、組件技術(shù)；2、集成技術(shù)；3、批量生產(chǎn)技術(shù)。以存儲器為例，分別介紹這3個(gè)技術(shù)階段內容。

1、組件技術(shù)

這是半導體制造工序的最小單位工藝技術(shù)。具體有以下技術(shù)：在硅片上形成薄膜的成膜技術(shù)，在其薄膜上形成抗蝕劑掩膜的光刻技術(shù)，按照刻蝕劑掩膜進(jìn)行加工的刻蝕技術(shù)，加工后去除殘渣及顆粒（異物）的清潔技術(shù)，測定加工后的圖形尺寸以及檢測是否有缺陷等的檢測技術(shù)，等等。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是先在硅片表面形成一層薄膜，保護硅表面，然后如果要對某一具體位置進(jìn)行操作，這個(gè)就需要光刻技術(shù)把這個(gè)位置給挖出來(lái)，然后對這一位置進(jìn)行你要的操作，也就是刻蝕，之后再做清潔工作，最后就是檢查工作。通常需要25~30次反復進(jìn)行上述操作，才能在硅片上形成你所需要的3維結構。

2、集成技術(shù)

將各種組件技術(shù)組合起來(lái)形成一套工藝流程的技術(shù)就是集成技術(shù)。對組件技術(shù)的組合可以有無(wú)窮多種，因為沒(méi)有限制每一組件技術(shù)的應用次數。那如何衡量集成技術(shù)的好壞呢？這也正是集成技術(shù)的難度所在，如何在短時(shí)間內完成從無(wú)限的組件技術(shù)組合中，制造低成本、滿(mǎn)足規格且能流暢運行的工藝流程。

研發(fā)人員通常碰到的問(wèn)題是很難根據最先的計劃流程生產(chǎn)出可用的存儲器，此時(shí)就需要及時(shí)作出調整，有時(shí)甚至需要重新設計來(lái)過(guò)。因此一個(gè)好的集成技術(shù)人員對于企業(yè)而言也可謂是一至寶。

3、批量生產(chǎn)技術(shù)

研發(fā)中心將設計出來(lái)的工藝流程轉交給批量生產(chǎn)部門(mén)，這里就涉及到一個(gè)工藝復制的問(wèn)題。我們把基于相同設備的復制稱(chēng)為精確復制，而如果對于設備不同的進(jìn)行復制則稱(chēng)為基本復制。其實(shí)根本沒(méi)有精確復制，即使是相同型號的設備，在出廠(chǎng)時(shí)也會(huì )存在微小的性能差異，這個(gè)稱(chēng)為機差。尤其是現在進(jìn)入納米工藝時(shí)代，機差的影響越來(lái)越不容忽視。

通常用成品率作為批量生產(chǎn)的指標。成品率是指生產(chǎn)出來(lái)的合格產(chǎn)品所占的比率。如果最終的成本品太低，則需要返回到集成技術(shù)階段，再不行甚至需要重新改變組件技術(shù)。通常，從研發(fā)中心最初制定的工藝流程到形成能使批量生產(chǎn)工廠(chǎng)獲得高成品率的工藝流程，通常需要5~10次反復。

理解了半導體的制造流程內容我們再來(lái)做進(jìn)一步分析。根據前述媒體分析，優(yōu)勢有以下幾項：1、“迷你晶圓廠(chǎng)”成本低，臺積電蓋一座晶圓廠(chǎng)造價(jià)高達 3 千億新臺幣（約合610億人民幣），而迷你晶圓廠(chǎng)只要0.3億人民幣；2、體積小，不需要無(wú)塵室；3、不需要光罩，可大幅減少生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)還可大幅降低成本，還舉了一個(gè)例子：芯片從晶圓上切割下來(lái)，大約 1 平方公分大小，“迷你晶圓廠(chǎng)”的年產(chǎn)量大約是 50 萬(wàn)個(gè)，一般的 12 寸晶圓廠(chǎng)則是兩億個(gè)。如果只生產(chǎn) 1 萬(wàn)個(gè)，市面上每一芯片要收 1 萬(wàn)日元，但“迷你晶圓廠(chǎng)”只要收 1，200 日元?？雌饋?lái)迷你晶圓廠(chǎng)似乎真的能帶來(lái)新的革命，但真的那么美好嗎？

迷你晶圓廠(chǎng)真的能帶來(lái)革命嗎？

這里分析下上述所列的幾項優(yōu)勢，是否真的存在。迷你晶圓廠(chǎng)對于大廠(chǎng)而言，肯定是毫無(wú)吸引力的，因為設計大廠(chǎng)出貨量大，小晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)能是無(wú)法滿(mǎn)足他們的需求的。因此迷你晶圓廠(chǎng)瞄準的就是中小型芯片設計廠(chǎng)，但是一座晶圓廠(chǎng)的成本不僅在于其制造成本，還有其生產(chǎn)運營(yíng)成本、設備維護成本、土地租金以及管理成本等，后面這些成本加起來(lái)恐怕早已超過(guò)了晶圓廠(chǎng)本身的制造成本。

其次“迷你晶圓廠(chǎng)”不需要無(wú)塵室，那請問(wèn)如果生產(chǎn)良率太低，那人們又該如何進(jìn)入機器內部進(jìn)行觀(guān)察，及時(shí)調整組件技術(shù)或是調整各組件計算之間的排列組合，這種調整到目前為止還沒(méi)辦法用機器實(shí)現自動(dòng)化調整，必須要有人工干預。芯片良率問(wèn)題一直以來(lái)都是芯片廠(chǎng)商長(cháng)期困擾的一個(gè)問(wèn)題，依靠小型迷你晶圓廠(chǎng)究竟能達到怎樣的良率，這其中涉及到精密的組件技術(shù)和排列組合復雜多樣的集成技術(shù)。這個(gè)就夠小型“迷你晶圓廠(chǎng)”喝一壺了。

還有迷你晶圓廠(chǎng)不需要用到光罩，那究竟迷你晶圓廠(chǎng)的工藝制造能達到什么樣的水平，這里就要打一個(gè)大大的問(wèn)號了。如果只是達到180或130nm這樣的水平，那這種競爭力是上不了臺面的，如果能達到10nm工藝，那則另說(shuō)。但是目前要進(jìn)入10nm工藝的廠(chǎng)商也寥寥無(wú)幾，沒(méi)個(gè)十幾年積累，就想瞬間彎道超車(chē)，也不太現實(shí)。

最后簡(jiǎn)單計算單個(gè)芯片造價(jià)的方式本身就是一種誤解，芯片產(chǎn)業(yè)從來(lái)都是一個(gè)講究規模經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)，要理解一點(diǎn)，芯片和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一樣，有著(zhù)幾乎為0的邊際成本，當產(chǎn)量大的時(shí)候，多生產(chǎn)一塊芯片和少生產(chǎn)一塊芯片，對于設計廠(chǎng)商而言成本幾乎是一樣的。所以要說(shuō)50萬(wàn)片的競爭力確實(shí)有限。

最后指一下一個(gè)認知上的誤區，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，并不是意味著(zhù)會(huì )有各種各樣定制化的芯片會(huì )出現，因為芯片自身的集成特性決定了萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代芯片會(huì )走向的格局是大一統，而先進(jìn)制程的芯片會(huì )去侵噬落后制程的芯片市場(chǎng)，就像先進(jìn)的工業(yè)文明去侵略落后的農耕文明一樣。我們在這里做個(gè)計算，大家就能有些感受。以明年臺積電量產(chǎn)7nm工藝為例，使用7nm工藝其尺寸是現在主流工藝28nm的四分之一，而集成度就是其16倍，因此其成本可以是其十六分之一，成本可以低這么多，即使在芯片中刻意為增加新的功能而提高其面積依然具有很大的優(yōu)勢，或者甚至浪費掉一些功能，也依然有很大的成本優(yōu)勢。因此所謂的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代芯片需求多樣化，帶來(lái)的芯片種類(lèi)多樣化本身就是一個(gè)偽命題。

未來(lái)隨著(zhù)工藝制程進(jìn)入到7nm，甚至到5nm，企業(yè)與企業(yè)之間的設計能力差距不是越來(lái)越小，而是越來(lái)越大，因為真正有能力使用先進(jìn)工藝流片的企業(yè)越來(lái)越少，而擁有先進(jìn)設計能力的企業(yè)依靠先進(jìn)制程對付設計能力一般的企業(yè)那簡(jiǎn)直就是秋風(fēng)掃落葉。

對于“迷你晶圓廠(chǎng)”未來(lái)的市場(chǎng)，個(gè)人認為是比較悲觀(guān)的。迷你晶圓廠(chǎng)能否找到一個(gè)利基市場(chǎng)抵擋住來(lái)自先進(jìn)制程芯片的攻擊成為其未來(lái)的重中之重。筆者認為“迷你晶圓廠(chǎng)”更多是一種補充，而不是一種挑戰，也許更適合科研機構用于研究使用。