台积电独霸全球的秘密

在本文作者看来，台积电所创建合作伙伴生态系统如何是他们成功以及成为半导体行业发展关键的原因之一。

报道指出，台积电及其开放式创新平台 (OIP) 的历史，就像半导体领域的几乎所有事物一样，都是由半导体制造的经济性驱动的。当然，IC 始于 50 年前的 Fairchild，距离今天的 Google 总部非常近（这些事情一直在循环）。平坦化方法使晶圆（最初只有 1 英寸）作为一个整体经历每个工艺步骤，从而实现了大规模生产。其他公司，如英特尔、美国国家半导体、德州仪器和 AMD 很快也纷纷效仿，开始了集成设备制造商的时代（尽管我们当时并没有这样称呼他们，我们只是称他们为半导体公司）。

下一步是以 LSI Logic 和 VLSI Technology 为先驱的 ASIC 的发明。这是将设计与制造分离的第一步。虽然物理设计仍然由半导体公司完成，但概念是由系统公司执行的。也许这一变化最重要的方面不是部分设计是在系统公司完成的，而是设计理念以及利用它来建立成功业务的责任由系统公司承担，而 IDM 仍然拥有“如果我们建造它，他们就会来”的方法，并提供标准零件目录。

1987年，台积电成立，制造与设计完成分离。这个难题中缺少的一个部分是良好的物理设计工具。幸运的是，Cadence 是在 1988 年由 SDA 和 ECAD（不久之后又合并了 Tangent）创建的。Cadence 是当时唯一一家提供物理布局和布线设计工具的供应商。现在，系统公司可以购买设计工具，设计自己的芯片，然后让台积电制造。系统公司完全负责概念、设计和销售最终产品（芯片本身或包含芯片的系统）。台积电完全负责制造（通常还包括测试、封装和物流）。

当时，晶圆厂和设计团队之间的沟通相当简单。代工厂将为设计师制定设计规则和SPICE参数；该设计将作为 GDSII 文件和测试程序返回给晶圆厂。需要基本的标准单元，这些可以在公开市场上从 Artisan 等公司获得，或者一些团体会设计自己的单元。最终，台积电将提供标准单元，要么是内部设计的，要么是来自 Artisan 或其他库供应商的（带有对最终用户透明的强调版税模型）。然而，随着制造复杂性的增加，制造和设计之间的差距也越来越大。

这给台积电带来了一个大问题：从台积电想要将设计投入大批量生产到设计团队准备流片，存在着滞后。

在 65 nm 阶段，台积电启动了开放创新平台 (OIP) 计划。一开始规模相对较小，但从 65 nm 到 40 nm 再到 28 nm，涉及的人力增加了 7 倍。到 16 nm FinFET，一半的设计工作是 IP 认证和物理设计，因为使用了 IP在现代 SoC 中如此广泛。OIP 在每个流程生命周期的早期与 EDA 和 IP 供应商积极合作，以确保设计流程和关键 IP 尽早准备就绪。通过这种方式，设计可以在晶圆厂开始投产时及时流片，从而使晶圆的需求与供应能够很好地匹配。

从某些方面来说，这个行业已经走了一整圈，代工厂和设计生态系统一起作为虚拟 IDM 运作。台积电OIP计划的存在进一步加速了半导体供应链的分解。这在一定程度上得益于健康的 EDA 行业和日益健康的 IP 行业的存在。随着芯片设计变得越来越复杂并进入SoC时代，每个芯片上的IP数量超出了每个设计团队的能力或愿望。但是，尤其是在新工艺中，EDA 和 IP 资格认证是一个问题。

在 EDA 方面，每个新制程都伴随着一些新的不连续要求，这些要求不仅仅需要扩展工具的容量和速度来跟上不断增加的设计尺寸。应变硅、高 K 金属栅极、双图案化和 FinFET 都需要新的工具和设计支持，以推动创新技术的开发和测试。

在IP方面，设计团队越来越希望将所有精力集中在芯片中使自己在竞争中脱颖而出的部分，而不是重新设计标准接口。但这意味着 IP 公司需要比以前更早地创建标准接口并在芯片中对其进行验证。

OIP 的结果是创建了一个 EDA 和 IP 公司以及台积电制造的生态系统，以加速各地的创新。由于 EDA 和 IP 小组需要在流程的一切准备就绪且稳定之前开始工作，因此 OIP 生态系统需要高水平的合作和信任。

1987年台积电成立时，真正创造了两个产业。第一个显然是台积电先于其他人进入的代工行业。第二个是无晶圆厂半导体行业，企业不需要投资晶圆厂。

代工/无晶圆厂模式很大程度上取代了 IDM 和 ASIC。由专业公司合作组成的生态系统快速创新。将流程、设计工具和 IP 全部集成在一个屋檐下的旧模式已基本消失，同时“非此处发明”综合症也已消失，这种综合症减缓了进展，因为来自 IDM 外部的想法很难渗透。即使是“真正的男人有晶圆厂”时代的一些最早的 IDM 也已走向“精简晶圆厂”，并使用代工厂来实现其部分产能，通常是在最先进的节点。

台积电传奇董事长张忠谋的“大联盟”是一种商业模式创新，其中OIP是重要组成部分，聚集所有重要参与者来支持客户——不仅是EDA和IP，还包括设备和材料供应商，特别是高端设备和材料供应商。光刻。

深入研究 OIP 的另一个层面，有几个重要的组件使台积电能够为其客户协调设计生态系统。

EDA：当设计对于手工方法来说太大并且大多数半导体公司意识到他们没有内部专业知识或资源来开发所有自己的工具时，商业设计工具业务蓬勃发展。随着 ASIC（特别是门阵列）的发明，这种趋势在前端得到了更强有力的推动，而在后端，随着代工厂的发明，这种趋势得到了更强烈的推动。

IP：这曾经是一个声誉褒贬不一的小众业务，但现在对于 ARM、Imagination、CEVA、Cadence 和 Synopsys 等公司来说非常重要，这些公司都拥有重要的 IP 产品组合，例如微处理器、DDRx、以太网、闪存和很快。事实上，大型 SoC 现在包含超过 50%，有时甚至高达 80%。

服务：采用台积电工艺技术校准的设计服务和其他价值链服务可帮助客户最大限度地提高效率和利润，快速将设计投入大批量生产。

封装：台积电扩展了 OIP 生态系统，纳入了3D Fabric Alliance。

人员：OIP 拥有超过 3,000 名台积电员工，以及来自 100 多家 OIP 合作伙伴的 10,000 名员工。OIP 现在包括 50,000 个标题、43,000 个技术文件和 2,800 个 PDK。

工艺不断变得更加先进和复杂，经济的晶圆厂规模也在不断增加。这意味着需要加强协作，这是控制成本并确保成功设计所需的所有部件在需要时准备就绪的唯一方法。

30 多年来，台积电一直在构建日益丰富的生态系统，合作伙伴的反馈是，与其他代工厂相比，他们更快、更一致地看到了好处。成功来自于整合使用、商业模式、技术和 OIP 生态系统，以便每个人都能成功。有很多活动部件都必须准备好。如果没有设计工具，就不可能设计现代 SoC。越来越多的 SoC 涉及越来越多的第 3 方 IP，而最核心的是，工艺和制造进度及其相关的良率学习都需要在台积电完成。

由此我们可以肯定地说 OIP 生态系统一直是推动半导体行业发生巨大变革的关键支柱。