芯片換代：加速進步，還是加速崩潰？

當摩爾定律超越了市場需求，芯片廠家就到了重新考慮新的商業策略的時候了......

芯片換代：加速進步，還是加速崩潰？

Geoffery James/文   曉丹/譯

    更快、更廉、更好。芯片上的晶體管數量每兩年翻番一次——高登.摩爾這句著名的金科玉律，似乎將和牛頓重力定律一樣，橫亙時空、永遠不老。英特爾、IBM和其他巨頭已經在研制比現有技術超前三代的芯片集成技術了；而在實驗室里，科學家正在試圖研制可以單片容納一萬億個晶體管的芯片。此時，這些年來不時浮出的、聲稱“摩爾定律將逐漸死亡”的預言，聽上去就成了陳腐的笑話。

    摩爾定律是在高登.摩爾擔任仙童半導體研發實驗室主管時提出的。明年是這條定律40歲生日。40年來，市場對芯片的需求總是超過芯片的生產能力，半導體行業都認定芯片的更新換代不僅可以帶來更快、更廉、更好，還能帶來更多的利潤。但是，這一假設并不總是對的。如今，市場對新型芯片的需求正在史無前例地減弱。VISL研究機構的副總裁Risto Puhakka指出，“半導體需求量通常每年增加15％－17％，但是現在這個數字變成11％－13％。”如果這一趨勢繼續，那些花巨資投資高密度芯片的廠家將發現自己根本找不到那么大的市場。

    當摩爾定律在技術上勝利、而在效益上遭挫的時候，半導體行業將如何面對？當市場上充斥著大量賣不出去的芯片的時候，半導體企業應該如何應對這一糟糕的境遇？

昂貴的進步

    更快、更廉、更好，這一振奮人心的口號其實含有輕率冒失的一面。芯片的更新換代，意味著建廠和設計的費用越來越多地擠占企業利潤。據VLSI研究機構的數據，從上世紀80年代早期到90年代早期，每次芯片換代時的建廠費用都隨之翻番。這之后，建廠費用的增長幅度逐漸減緩，即從幾何增長變成線性增長。但是勿庸置疑，只有那些財力雄厚的企業才能做建廠的打算。德州儀器負責全球生產的高級副總裁Kevin Ritchie說，和前些年相比，建廠費用增加了差不多2倍，達到了30億美金。“這是因為更大的硅片和更密集的集成需要更復雜的技術。”

    膨脹的還不只是建廠費用。SMIC設計支持部門的主管Meyrick Chan舉例說，即使是一個130納米級芯片的設計和流片都要耗資300萬美金。如果上升工業標準到90納米級的話，設計費用還要急劇攀升，因為如此高的集成度要求使用全新的工具和技術。IBM的技術專家Bernie Meyerson解釋說，“過去，每一次芯片的升級實際上是對以往芯片的尺寸進行縮減，但是現在，當縮減的空間越來越小的時候，必須有全新的設計技術來保障芯片功能的正常發揮。”Gartner研究員Gary Smith說，新的設計概念如片上系統（SOC）和電子系統級設計（ESL）都將增加設計費用的開支。

    幸運的是，當計算單個芯片的生產成本時，新一代芯片的研發生產費用就變得不那么昂貴了。比如，雖然300毫米硅片的建廠費用比200毫米硅片的建廠費用要貴25％，但是300毫米硅片上容納的芯片數卻比200毫米的要多225％。同理，如果運用SOC或ESL的技術，那么設計和生產的花費雖然比傳統設計方式要高很多，但是因為其極高的集成密度，每個芯片的制造成本反而比傳統芯片要便宜得多。這就是摩爾定律歷久彌新的經濟學基礎：前期費用提升，但是單個芯片的成本下降。

有數量才有利潤

    然而，這一基礎的前提是你能把新芯片順利地賣出去，這樣才能收回你先期投入的所有費用。高登.摩爾在1997年的《科學美國人》雜志中樂觀地表示，在半導體行業中，這從來不成其為問題，因為幾乎所有產品的內存都呈增長趨勢。“所以，市場對高密度芯片的需求彈性，可以保證你的芯片工廠總能獲得穩定的利潤。“

    如果沒有這種彈性，那么半導體工業就會被市場上堆積如山、供過于求的芯片埋葬，半導體企業也必然面臨破產。“如果制造一個電路只花費1美分，但是卻要在設計上花費100萬美金，那么如果你只生產10萬個產品，單個產品的成本仍然高達10美元，”電子自動化設計行業的Giga Scale Intergration公司董事長George Janac說，“如果你能把產品賣到20美金一個，當然是好事一樁，但是如果市場上充斥的硅片行價就是50美分，那你就只能倒閉。”

    真正能從經濟困境中拯救半導體行業的，還是隨著芯片換代而不斷推出的各種新產品。如今，高性能、海量處理能力的計算機的普及，不僅催生出了移動電話等新式產品，也為電視和汽車這些傳統商品提供了技術增值的空間。如果按照半導體行業的歷史邏輯，那些正在籌備建立的芯片制造廠就找到了足夠的存在理由。

    但是，由于這些新工廠的生產能力將不可思議地增加，那么為了不讓市場上的芯片出現供遠過于求的情況，芯片的需求量將不得不急劇提高。去年11月，AMD的300毫米芯片廠在德國的德累斯頓破土動工，預計2006年建成投產時，月產量將達到13000到20000塊硅片。這就意味著，如果按照每片硅片能產生250個芯片計算，那么僅僅是這家AMD的新工廠，其一年的芯片產量就達到6000萬個。這個數字是2002年全世界PC銷售量的兩倍。

有需求才有數量

    如此大的產量，如果市場需求無力消化怎么辦？技術商業研究公司的總裁Dave Mack說，短期內，這還不成為問題。“僅僅是市場對低能耗移動設備的需求，比如數碼照相機等消費電子產品的普及，就使這些新建的芯片廠充滿信心。這些消費電子產品要求更大的內存和更低能耗的運算能力。比如，在線影音播放技術和高解像實時模型使桌上電腦和游戲控制平臺得以蓬勃發展。”此外，IBM的Meryerson說，系統制造商也將十分歡迎新一代芯片，因為他們可以在獲得更多的芯片功能的同時，大大降低生產成本。

    但是，人們關心的是半導體的中期需求是否也如此樂觀。已經走向成熟的一些電子產品門類，可能會降低對新芯片技術的需求。比如，很多購買了配置最先進CPU的個人計算機的購買者，現在對機器的工作性能就很滿意。IDC的副總Roger Kay說，那些對頂級PC確實有需求的公司精英，最多只占整個工作人群的5％。另一位IDC的研究員Kevin Kane說，滿足基本功能的手機繼續占據手機銷售市場的主流，而PDA的銷售量也令廠家失望。除去節假日對銷售量的刺激，2003年市場對手持設備的需求在比2002年下跌得更厲害。

    總而言之，這些曾經推動過半導體工業發展的電子產品，有可能在風行一時之后開始固守幾十年的原有技術，就像數字顯示時鐘的命運一樣。Gartner Dataquest公司的研究員Bob Johnson認為，這種事情不會發生。“別低估了微軟不斷制造功能欠缺的軟件的本事。”他笑說。而技術商業公司的Mack認為，軟件的功能欠缺并不是人們購買新設備的理由。“200年來，商業社會的游戲規則并沒有實質上的改變。我們只是讓文字和計算變得自動化了，可是除此之外，我們很難再把什么東西自動化了。”

    當然，因為利益驅動，市場總是有層出不窮的新鮮的電子產品。納米技術、語音辨認技術、智能儀器、機器人等等，都有可能在未來成為半導體產業的拉動力量。但是，這些技術都需要極大的產量才能彌補前期的芯片研發費用。在2003年自動化設計大會上，主席Ian Getreu說：“能夠吸引巨額投資的電子產品，必須是能比手機更普及的、能夠啟動巨大的消費需求的產品。所以，問題是什么產品才能有這樣巨大的需求？”

    因此，如果這種決定性的產品沒有出現，那么現在正在投資建廠的半導體廠商就會遭遇一個悲慘的境遇：廠里堆滿了沒人要的、和山一樣高的硅片。此時，半導體產業就有可能步通訊產業的后塵：20世紀90年代后期，幾十億美元的投資換來的是沒有人用的遠程寬帶。“Worldcom和Qwest公司之前在地下埋了好多的電纜，但是，他們現在正在拼命把自己從陷阱里挖出來。”TBR的研究員Chris Foster開玩笑說。

是到了“收式”的時候了嗎？

    很明顯，現在已經有了一些負面的征兆。據ULSI和Gartner的研究發現，從利潤因素而非數量因素考量，芯片的實際需求量正在穩步地降低需求仍然有，但增長沒有那么快了。至少，已經有一類產品表現出和摩爾定律相反的經濟現象：閃存的價格和市場需求量都在下滑。AMD的Heerseen說，盡管這種現象有可能只是暫時的，但是這也許是摩爾定律正在動搖的早期信號。他評論說，這是半導體產業第一次不再與經濟大環境隔絕。

    怎么辦？慌亂無濟于事。對新芯片的市場需求雖然有加速減弱的趨勢，但是需求畢竟不會在短期內消失。現在，半導體企業應該考慮以下四方面的應對措施。

　　第一，收縮對新的硅片廠的投資。許多半導體公司已經變成無工廠經營模式，那些仍然有建廠打算的公司應該重新考慮自己的決定。因為資金投入巨大，只有一小部分公司能夠建得起最先進的芯片廠。因此，從降低風險的角度考慮，那些計劃建廠的公司可以和其他公司一起合伙辦廠。即使是只占其中10％的股份，對于很多公司來說，其利潤都已經很可觀了。

　　第二，控制生產成本。很多半導體公司對未來的市場份額比對現在的盈利狀況要重視得多。所以，他們在研發預算上投入重金。但是，在一個發展減速的市場環境下，長期的、高風險高收益的投資，遠遠不如在競爭之中努力保證企業的生存來得重要。芯片需求減弱之際，和投資研發新產品相比，在現有的生產環節中擠壓出更多的利潤，對于廠商來說要實際。一句話，當需求高漲的時候，今天的研發投入會換來明天的市場份額，但是當經濟環境亮出紅燈的時候，企業必須集中注意力，提高利潤率、降低生產成本。