写在前面
这是系列文章中第一篇，谈谈笔者最近对国内芯片公司运营模式的一些思考。本文用的一些资料后续会上传到知识星球供读者下载，欢迎加入“01芯闻“的星球。
前言
2021年中，斯达半导体募资数十亿元，投资碳化硅芯片研发及产业化项目，拟建成年产6万片6寸碳化硅晶圆的生产能力。2022年, 瞻芯电子宣布设计产能达30万片的碳化硅晶圆厂完成工艺调试，正式投片生产。从新闻中可以读出斯达和瞻芯这两家功率半导体企业，正在从Fabless（无晶圆厂）运营模式，向IDM（集芯片设计和制造等产业链多个环节于一体的垂直整合运营模式）进行战略转型。除此之外，其他一些国内第三代半导体厂商也纷纷效仿，包括基本半导体和扬杰科技等公司逐步从利用X-FAB和汉磊等代工生产，转向自建或收购晶圆产线，掌控从设计到生产再到营销的整个步骤。如此动向是否标志着IDM模式将统治包括碳化硅和氮化镓的第三代半导体产业链呢？这个半导体细分领域中最“纯粹”的企业纳微半导体有不同的看法。
纳微的抉择
纳微起家于氮化镓功率器件，今年八月收购碳化硅公司GeneSiC，成为一家横跨第三代半导体两大发展方向（即氮化镓和碳化硅），而没有传统硅基器件掣肘的纯正化合物半导体公司（合并详情和延伸讨论推荐参考《从纳微看半导体产业并购》）。并购前纳微和GeneSiC都是以fabless模式运营：纳微的氮化镓芯片由台积电代工，而GeneSiC的碳化硅衬底和外延片来自多家供应商，再以X-FAB作为晶圆代工厂。亚洲的封装和测试代工厂则为这两家公司提供后道外包服务。
GeneSiC的碳化硅生产采用fabless模式（来源：Navitas）
合并给新纳微带来了新的机遇，也带来了新的挑战。其中的重中之重就是碳化硅有别于硅基和氮化镓的供应链和价值分布——当前各家公司的碳化硅营收大多受限于产能而非需求，同时衬底又在成本结构中占据近半壁江山。对此，斯达和瞻芯等厂商的解决之道是从fabless转向IDM，掌控成本和供应。
类似的，华尔街也十分关心纳微的应对之策。在今年九月两家公司合并后召开的首次投资者日上， CEO Gene Sheridan重申了纳微将沿用fabless的运营模式。原因有四：首先，虽然碳化硅和氮化镓在材料生长和器件设计上需要先进技术，但是在制造工艺上却只需要早已被硅基逻辑器件所淘汰的成熟制程。比如，碳化硅的主流晶圆厂还采用6寸产线，而氮化镓的晶圆工艺甚至可以使用古早的500纳米制程（台积电Fab2）。
正因如此，第三代半导体的晶圆工厂可以通过改造老旧的硅基晶圆厂实现，改造成本仅为新建晶圆厂投资的一小部分。同时，老产线的很多设施设备早已折旧完毕，成本低廉。据数据显示，仅在美国本土就有超过 45 家陈旧的 6寸和8寸硅基晶圆厂。因此，纳微坚守fabless的第二个原因就是第三代半导体的潜在产能很大，尚待开发。第三，现有氮化镓产线的产能利用率也不高。Sheridan表示其主要代工厂台积电目前氮化镓产线的产能利用率只有10%，不得不继续生产硅基器件来填充产线。因此，现在不值得投入大笔资金建设产线。最后，也是越来越重要的原因，即第三代半导体的材料成本在快速下降的轨道中。以碳化硅为例，当前衬底供应商中的CR5占据了90%以上的市场，但是新晋供应商不断涌现，产能急剧增加。这些新厂商为了抢占市场份额，消化巨量产能，给大客户的报价降价幅度和速度超过市场预期。更重要的是，他们的衬底产品并非低价低质，而是有明显的质量提升。笔者将在本系列的后续文章中着重讨论这个问题，敬请期待。
与此同时，碳化硅和氮化镓外延生产也呈现同样趋势。作为前道步骤中的重要一环，外延片生产所需的固定资产投入较低，占营收的一成以下，因此外延片或外延服务供应商的基础也在不断扩大。
碳化硅衬底供应商状况和价格变化（来源：Navitas）
Fabless还是IDM, to be or not to be
笔者综合纳微提供的信息，以及在自己工作中涉猎的相关生产经验，总结出下表对比IDM和fabless运营模式。可以看出，IDM模式高投入，高产出，但是有一个重要变量，即产能利用率。如果这个指标能够保持在70%以上，那么IDM模式虽然需要大量资本投入，但是生产成本可控，研发便利，能够给芯片企业的产品开发带来相当的便利。同时，产品供应有保证，更受经历过缺芯困扰的客户欢迎。但是，如果产能利用率偏低，自有晶圆厂带来的可能更多的是负担而非优势。芯片原厂需要努力寻找客户来填充产能，否则成本居高不下。雪上加霜的是，当产能利用率偏低时，市场大多处于供过于求的状态，不少客户可能更看重价格而非供应链安全度。此外，如果IDM所拥有的是新建产线，那么相当一段时间里，公司财务表现将受到折旧压力的打压。
IDM和fabless运营模式对比（来源：01芯闻）
也就是说，预期的产能利用率将会是一个关键因素，决定IDM还是fabless模式更为适合。对碳化硅领军企业Wolfspeed来说，公司积累的Design-in（设计项目导入）达到145亿美元，而刚刚建成的8寸MVF晶圆上尚未完全投产，产能已经被预定一空。所以即使未来数年仍将持续亏损，Wolfspeed也开启了第二轮大规模产线建设，决定兴建公司的第二座衬底工厂和第二座8寸晶圆厂。
与之相反，纳微看到了不断有新的碳化硅和氮化镓产线开工建设。而现有产线，特别是氮化镓产线尚未满产。因此，fabless模式能够让纳微这类中小半导体公司保持灵活性，专注于产品开发和市场推广。这对国内几年时间里如雨后春笋般涌现的大量半导体企业来说，有何借鉴意义呢？笔者将会在系列文章的第二篇中，以国产碳化硅领域为例，谈谈笔者的观察和浅见。