而设备厂的可怕之处正在于,不但通过‘一代设备,一代工艺,一代产品’决定了制造厂的工艺制程,更是通过售后服务将制造厂牢牢的拿捏在手中。随着工艺越来越越高精尖,设备商的话语权也正在进一步提升。
设备商的强势,可以从利润上明确的反映出来。过去5年,芯片制造厂的头部效应越来越明显,但上游设备商的净利润率反而大幅提升:泛林利润率从12%提升到22%,应用材料从14%上升到18%。代工厂想要客大欺店,那是根本不存在。
也正因如此,在长达六十年的时间里,美国一直都在以各种手段,来保证自己在设备领域的绝对主导地位。
根据2019年全球顶级半导体设备厂商排名,全球前五大半导体设备商占据了全球58%行业营收。其中,美国独占三席;其余两席,一席是日本的东京电子,另一席荷兰的阿斯麦,恰巧,这两家又都是美国一手扶持起来的。
具体来说,应用材料(AMAT)和泛林(LAM)、科磊(KLA),是根正苗红的美国企业。
其中,泛林在刻蚀机的市场占有率高达50%以上。应用材料则不仅在刻蚀机领域与泛林平分秋色,在离子注入、化学抛光等等细分设备环节也都占据半壁江山,甚至高达70%。科磊则在半导体前道检测设备领域占据了50%以上的市场,并在镀膜测量设备的市占率达到了98%。
而光刻机巨头阿斯麦,看似是一家荷兰企业,其实有一颗美国心。早在2000年前后,光刻机市场还停留在DUV(深紫外)光刻阶段,日本尼康才是真正的霸主,但到了EUV(极紫外)阶段,尼康却在美国的一手主导下被淘汰出局。
原因很简单,EUV技术难度登峰造极:从传统DUV跨越到EUV,意味着光源从193nm剧烈缩短到13.5nm。这需要将20KW的激光,以每秒5万次的频率来轰击20微米的锡滴,将液态锡汽化成为等离子体。这相当于在飓风里以每秒五万次的频率,让乒乓球打中一只苍蝇两次。
当年,全球最先进的EUV研发机构是英特尔与美国能源部带头组建的EUVLLC联盟,这里有摩托罗拉、AMD、IBM,以及能源部下属三大国家实验室,可谓是集美国科研精华于一身。可以说,只有进入EUVLLC联盟,才能获得一张EUV的门票。
美国彼时正将日本半导体视为大敌,自然拒绝了日本尼康的入会请求,而阿斯麦则保证55%零部件会从美国供应商处采购,并接受定期审查。这才入了美国的局,从后起之秀变成了‘帝花之秀’。
美国不仅对阿斯麦开了门,还送了礼:允许阿斯麦先后收购了美国掩罩技术龙头Silicon Valley Group、美国光刻检测与解决方案玩家Brion、美国紫外光源龙头Cymer等公司。阿斯麦技术心、研发身,都打上了星条旗烙印。那还不是任凭美国使唤。
而早年的东京电子,只是美国半导体始祖仙童半导体(Fairchild)的设备代理商,后来又与美国Thermco公司合资生产半导体设备,直到1988年才变成日本独资,但东京电子身上也已经流着美国公司的血。
因此,在2019年六月,面对第一轮美国禁令,东京电子就表示:‘那些被禁止与应用材料和泛林做生意的中国客户,我们也不会跟他们有业务往来’,义正词严表明了和美系设备商共进退。
至此,美国靠着多年的‘时间积累’和超高精密度‘工艺技术’,在设备领域形成了牢牢的主动权。而时间和技术,都不是后进者可以一蹴而就的。
二、EDA(设计软件):生态网络效应下的‘幌金绳’
如果说设备是针对芯片生产的一把封喉剑,那么EDA无疑是芯片设计环节的‘幌金绳’,虽不致命但可以令‘孙悟空’束手束脚、无处施展。
EDA这根‘幌金绳’分三段:首先,它是芯片设计师的‘PS软件+素材库’,可以让芯片设计从几十年前图纸上画线的体力活,变成了软件里‘素材排列组合+敲敲代码’的脑力活。而且,现在仅指甲盖大小芯片,也有几十亿个晶体管,这种工程量,离开了EDA简直是天方夜谭。
20年前的英特尔奔腾处理器的线路图一角,目前晶体管密度已经上升超过1000倍
其次,EDA的奥秘,在于其丰富的IP库。即将经常使用的功能,标准化为可以直接调用的模块,而无需设计公司再重新设计。如果说芯片设计是厨师做菜的话,软件就是厨具,IP就是料包。
而事实上,EDA巨头公司,往往是得益于其IP的独占。比如Cadence(楷登电子)拥有大量模拟电路IP,而其也是模拟及混合信号电路设计的王者;而Synopsys(新思科技)的IP库更偏向DC综合、PT时序分析,因而新思在数字芯片领域独占鳌头。
而在全球前三的IP企业中,EDA公司就占了两个,合计市场份额高达24.1%。在Synopsys的历年营收中,IP授权是仅次于EDA授权的第二业务。
EDA还有一项重要的功能是仿真,即帮设计好的芯片查漏补缺。毕竟一次流片(试产)的成本就高达数百万美金,顶得上一个小设计公司大半年的利润。业内广为流传一句话:设计不仿真,流片两行泪。
加州大学教授有一个统计测算,2011年一片SoC的设计费用大概为4000万美元,而如果没有EDA,设计费用则会飙升至77亿美元,增加了近200倍。
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