撰寫年分:2021
​作者:東尼

​IC 設計 Integrated Circuit Design  Part 2

認識琳瑯滿目的晶片

晶片百百種,每種晶片的特性差異極大,因此找尋值得投資的 IC 設計公司時,需要了解 IC 的種類以及技術門檻。有的晶片高達 1 萬美元,有的卻不到 1 美元;有些晶片開發週期長達 5、6 年,有些晶片卻需要在 3 個月之內開發出來。了解 IC,就先從種類開始吧!

 

IC 依照其功能、訊號傳輸大致分為四類:記憶體 IC(Memory Integrated Circuit)、微元件 IC(Micro Component Integrated Circuit)、類比 IC(Analog Integrated Circuit)、數位 IC / 邏輯 IC(Logic Integrated Circuit)。

IC 設計

一、記憶體 IC

記憶體 IC 用於儲存資料,其分為揮發性以及非揮發性。斷電後資料將消失的種類稱為揮發性記憶體,包含熟知的 DRAM 及 SRAM;斷電後資料繼續儲存的種類則稱為非揮發性記憶體,包含唯讀記憶體 ROM 及快閃記憶體 Nand Flash 等。

 

記憶體的產業特性相較於一般 IC 設計公司有較大的不同:記憶體產業大多為垂直整合製造 IDM(Integrated Design and Manufacture),而非無廠半導體公司(Fabless),DRAM 自身囊括設計及製造,原因是 DRAM 屬於少樣多量的產品,對於這些廠商而言,需要追求製成工藝及產能的極大化,藉此降低成本並增加競爭力。

 

2000 年代,DRAM 產業屬於完全競爭市場,有超過數十間廠商投入其中,然而今日主流 DRAM 廠只剩下三間,分別是美光(Micron)、三星(Samsung)、海力士(Hynix)。台灣在政府於 2002 年提出「兩兆雙星」的政策之下,也曾出現許多 DRAM 廠商,但後續因為競爭力不足,成為「四大慘業」之一。

現今這些台灣廠商如南亞科、華邦電等則轉型至利基型 DRAM,也因為三大廠逐漸降低生產利基型 DRAM 的比例,台灣廠商得以在各利基型 DRAM 獨霸一方;由台塑所創立的華亞科則被美光併購,力晶則慘遭下市並轉型為晶圓代工廠。

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二、微元件 IC

微元件 IC 具備資料處理的功能,其中包括微處理器 MPU(Micro Processor Unit)、微控制器 MCU(Micro Controller Unit)、微處理週邊 MPR(Micro Peripheral)、數位訊號處理器 DSP(Digital Signal Processor)等等。

微處理器 MPU 用於運算,主要廠商為 ARM。微控制器 MCU 幾乎在所有電子產品中都會使用,MCU 整合了 MPU 及其周邊零件,如記憶體 IC 等。MCU 通常價格低廉,佔產品整體成本比重較低且低功耗,因此關鍵競爭力在於其穩定度。低成本、低功耗的特性使其成為物聯網、自駕車、邊緣運算重要的一環,大廠包含德州儀器 TI、瑞薩、Microchip;台灣業者有新唐、應廣、盛群;中國業者有比亞迪半導體、捷發科技等等,全球各地亦有眾多供應廠商。數位訊號處理器 DSP運用於影音處理領域,例如:噪音降低、語音辨識、影音檔案壓縮等,廠商有德州儀器 TI、亞德諾、恩智浦等。

三、類比 IC

類比 IC 負責處理線性連續信號,通常為光、速度、聲音這類自然現象,包含電源管理 IC、影音放大器、數位類比轉換 IC、影音相關 IC 等等;相較於常見的數位訊號 0 與 1,類比訊號的處理難度較高,電路設計門檻也相對提升,一位類比 IC 設計工程師的養成大約需要 3~5 年,產品學習曲線更長達 10~15 年。

因為是輔助系統的角色,類比 IC 的產品穩定度成為重要關鍵,也形成較長的產品認證期;當類比 IC 打入某個市場後,通常不易更動,其轉移成本較高。這些條件促使類比 IC 公司成為許多投資者穩定投資的成長標的,像是電源管理 IC 的千金股矽力-Ky。市場研究機構IC Insight 預估類比 IC 於 2021 年將可達到 25% YoY(同比年成長),其中又以車用類比 IC、通訊用類比 IC 成長最多。

類比 IC 的全球業者有德州儀器 TI、意法半導體 ST Micro、英飛凌 Infineon 等,德儀在類比 IC 市佔率約為 19% ,遙遙領先競爭對手。全台曾經最大的類比 IC 設計廠立錡,因聯發科為達成數位類比整合的目標而被併購。

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四、數位 IC / 邏輯 IC

顧名思義,邏輯 IC 負責邏輯運算,處理 0 與 1 的訊號,也是我們最常見到的晶片。其通常為系統中重要且關鍵的零組件,廣泛應用在 CPU、GPU、面板驅動 IC(DDI)、觸控 IC、網通 IC、高速傳輸 IC 等。這類公司大多為無廠半導體公司(Fabless),沒有自己的代工廠,製程需要仰賴台積電這類代工廠的晶圓代工,因此 IC 設計技術、晶片效能將是其競爭關鍵。

為滿足市場需求,產品迭代速度較快,往往一年甚至半年就需要推出新產品,以保持市場競爭力,例如高通的手機 SoC(系統單晶片) 於 2020 Q1 發佈驍龍 S865,一年後 2021 Q1 就發表驍龍 S888;而這僅僅是旗艦機市場,在中高階市場也有 S765 的發布,產品推出量及速度較其他類型 IC 設計廠密集。

參與其中的業者十分眾多,這邊列舉幾個,後面文章會詳細介紹及比較。中央處理器(CPU):Intel、AMD;圖形處理器(GPU):Nvidia、AMD;行動通訊 IC:Qualcomm、聯發科;網通 IC:Broadcom、瑞昱、Marvell,根據 TrendForce 調查,全球 2020 年全球前十大營收 IC 設計廠,僅戴樂格半導體來自於類比 IC,其餘 9 間皆為邏輯 IC,顯見邏輯 IC 的重要性。在同一晶片領域當中,領先者通常毛利率大幅高於其他公司,因此市占率、研發能力、產品未來性這些都將影響公司發展。

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通常類比 IC 營收、股價較為穩定,深受長期投資人喜愛;相反,邏輯 IC 爆發性十足,隨時有機會後來居上,成為市場領先者,領先者的營收也非常可觀,因此適合短期但對於市場充分掌握的投資者。