# 台灣半導體產業了解 ## 半導體晶片設計流程 晶片的最早買家通常可分為三類： * OBM（Original Brand Manufacturer）: 有自己的品牌，像是 Apple/ASUS/Dell，他們賣最終產品給消費者，OBM 可能直接跟 IC design 公司買晶片，也可能透過 ODM or OEM，如果自己有設計能力就是找 OEM，沒有就找 ODM 幫忙設計加生產 * ODM（Original Design Manufacturer）: 幫忙設計加上生產 * OEM（Original Equipment Manufacturer）: 代工生產，產品會掛別人的品牌 * 雲端大廠，Amazon/Microsoft/Google 自己買晶片來組裝伺服器產品，像是直接跟 NV 買 GPU 晶片弄 AI Server * 車廠，也會自己買車用相關晶片 Design win 就是客戶決定在產品裡採用你的晶片，例如 ASUS 下一代 router 決定採用 Broadcom Wi-Fi SoC。 ODM 通常會跟 IC Design 公司合作，討論 Driver/PCB Layout/Debug，而 OEM 比較關心供貨、良率等。 晶片設計大概是，以 MediaTek 要做下一代手機 SoC 為例： 1. 決定規格，產品部門會先定義：CPU 幾核心、GPU 性能、支援哪些通訊協定、功耗目標、晶片面積目標後得到規格書 2. 架構團隊決定架構，各個東西怎麼連接，這個階段會進行 Performance Modeling/Power Estimation 3. IP 選擇，現在很少公司從零開始設計全部東西，CPU 可能買 Arm IP, DDR PHY/PCIe Controller/USB 可能買第三方公司，最後加上自己的自研模組 4. RTL 設計，像是片上網路（NoC），IP Integration，CPU 就算買到 IP 裡面的 DMA/Interrupt/QoS/Cache Controller 可能還是要自己拓寫 有些 IP 甚至只有 Hard Macro，你根本沒有 RTL 程式碼，DDR PHY 就像是個黑盒子，你要自己寫控制器卻操作他 5. 合成 Gate-level netlist 6. Floorplan，[佈局規劃](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%B8%83%E5%9B%BE%E8%A7%84%E5%88%92)，通常類比模組會先需要規劃，在讓數位邏輯模組去填剩下的地方 7. 類比設計，針對類比模組裡面作設計 8. 類比 Layout，針對類比模組裡面作 layout 9. 剩下的 Physical Design（Floorplan、Placement、Routing） 非邏輯元件如下： * 數位邏輯元件（CPU、GPU、布林邏輯）：工程師寫 Verilog 程式碼，由 EDA 軟體工具（如 Synopsys/Cadence）自動把程式碼轉成邏輯閘，並自動在晶片上找空位分布（Placement & Routing）。這叫自動化流線 * 非邏輯元件/類比元件（電源、時脈 PLL、感測器介面、射頻 RF）：無法自動化。因為類比訊號（電壓、電流）非常敏感，只要隔壁的數位電路一跳變，雜訊就會干擾類比元件。因此，這類元件必須由類比設計工程師「手動畫電路圖（Schematic）」，並由布局工程師（Layout Engineer）「手動決定它們在晶片上的精確位置（分布）」 IC 設計公司在規劃整顆晶片的平面圖（業界稱為 Floorplan，布局規劃）時，會對非邏輯元件還有邏輯元件都採取佈局。 ## NAND 涉及廠商 ### NAND 顆粒 像是 Kioxia（鎧俠）、Western Digital（威騰） 或 Micron（美光），他們雖然有自己的品牌 SSD，但他們有巨大的產能是在批發「裸晶」或「封裝好的顆粒」給別人。原因有兩個： * 賺取快錢與分攤產能風險: 蓋一座記憶體晶圓廠動輒幾千億台幣，每天開門就是高昂的折舊。原廠如果只靠賣自己的品牌 SSD，根本消化不完工廠龐大的產能。因此，把顆粒直接「大宗批發（Bulk Sale）」給金士頓、威剛等模組廠，可以快速變現、回籠資金 * 控制晶片（Controller）的研發成本太高 ### NAND 控制器 Controller 分成前後端，前端處理 NVMe/SATA/SAS 等協定、後端處理 ECC/FTL，還有自己的協定（晶片對晶片的低階時序 + 指令集協定（command set + timing protocol）），像是 ONFI/Toogle Mode 等。 現在 SSD controller 通常不直接寫 raw timing，而是用： * NAND PHY layer * vendor IP * 慧榮科技 (Silicon Motion / SMI)：總部位於台灣，全球獨立 SSD 控制晶片的龍頭，在個人電腦（PC）和智慧型手機（eMMC/UFS）市佔率極高 * 群聯電子 (Phison)：台灣控制晶片巨頭，與原廠（如 Kioxia）關係極其深厚。率先在消費級市場推出 PCIe Gen4 / Gen5 的超高速 SSD 控制方案，也是高階客製化服務的領導者 * Marvell (美滿電子)：美國晶片設計大廠，專攻高階、高毛利、超大頻寬的企業級與資料中心伺服器 SSD 控制晶片 * 點序科技 (Asolid) / 創惟 (Genesys)：主要專攻隨身碟（USB）、記憶卡（SD card）等中低階儲存應用的控制晶片 特別可以說是，群聯走了一條很不一樣的策略，它的營收來源有很大一部分是「直接賣整條裝好 NAND 顆粒的模組（成品/半成品）」，叫做模組廠商。慧榮不介入客戶的顆粒採購。客戶可以直接跟群聯買一整條做好的 SSD，省去採購顆粒與組裝的麻煩（Turnkey 方案）。 ### 品牌 這群公司不自己蓋晶圓廠。它們的商業模式是向三星、美光等原廠購買 NAND 晶圓 $\rightarrow$ 向群聯、慧榮買控制晶片 $\rightarrow$ 找代工廠或在自家工廠封裝成 SSD、隨身碟 $\rightarrow$ 打上品牌賣給消費者或 OEM 廠商。 * 金士頓 (Kingston)：美國公司，全球最大的獨立記憶體模組廠，採購話語權極大，市場影響力甚至能左右晶圓報價 * 威剛科技 (ADATA)：台灣記憶體模組龍頭，旗下電競品牌 XPG 知名度高 * 創見資訊 (Transcend) / 宇瞻 (Apacer) / 十銓 (Team Group)：台灣老牌模組廠，近年多數轉型專攻獲利更穩定的工業自動化（Industrial）與車用特殊儲存市場 ## 公司簡介 ### IC Design * IP 提供 * ARM: arm 常用在手機晶片 * YMC: Cache/SRAM 相關 IP * [三大EDA寡佔商：新思（Synopsys），益華（Cadence），⻄⾨⼦旗下的明導（Mentor Graphics）](https://www.granitefirm.com/blog/blog/2023/06/14/%E6%96%B0%E6%80%9Dsynopsys%E7%9B%8A%E8%8F%AFcadence%E4%B8%89%E5%A4%A7eda/) * 智原科技: ASIC，從聯電出來的 * 創意電子: 客製化 SoC，從台積電出來的 * 中國芯原微電子公司: 客製化 SoC * 世芯電子 * CPU/GPU * AMD * Intel: 算是 IDM * 威盛電子 * NVIDIA * FPGA: 常用在飛機 * Xilinx（賽靈思） * 通訊/多媒體晶片 * 海思半導體（英語：Hisilicon）是華為旗下的積體電路設計公司 * 聯發科：手機通訊晶片 * 高通：手機/5G 晶片 * 聯詠科技股份有限公司：影像相關晶片 * 瑞昱：網路通訊/音訊晶片 * 博通：通訊網路晶片 * 邁威爾科技有限公司 * MCU * 德州儀器 * 瑞薩電子 * 意法 * 記憶體 * 美光 * 鎧俠 * 旺宏：ROM, NOR Flash * 華邦電：記憶體 IC 設計 * 晶豪科技：記憶體 IC 設計 ### 製造 * IDM * Intel * NXP * 英飛凌科技 * 意法 * 德州儀器 * 製造 * 台積 * 連電 * 力積電：記憶體晶片製造 * 世界先進 * 設備 * ASML * ASM * 應用材料 * 東京威力 * KLA * 原物料：來自日本最多 * 光罩場：來自日本 ## Reference * 【[20分鐘搞懂半導體EP1】晶片設計→晶圓代工→封裝測試｜完整產業鏈一次看懂！](https://www.youtube.com/watch?v=onGmVI_56F0&t=186s) * [[ 半導體產業 ] 上游分類篇 - 晶片設計及應用 | 聯發科? AMD? 簡單了解上游產業有哪些公司！ #半導體 #CPU #GUP #記憶體 #聯發科](https://www.youtube.com/watch?v=kyFZMyavQJo) * [[ 半導體產業 ] 中游分類篇 - 晶圓製造 | 台積電? 聯電? 簡單讓您了解中游產業有哪些公司 #半導體 #晶圓製造 #台積電 #聯電 #半導體設備商](https://www.youtube.com/watch?v=5S7nOiCjjW0)