Czy dostawcy układów analogowych zmierzają w stronę outsourcingu?

Dostawcy układów analogowych uważają, że tak się nie stanie, jednak wyspecjalizowani producenci półprzewodników są odmiennego zdania. Prawda jak zwykle leży gdzieś po środku.

Podczas gdy zewnętrzni producenci układów scalonych odpowiadają za produkcję znacznej większości wytwarzanych na świecie układów cyfrowych, tendencja do outsourcingu w dziedzinie układów analogowych jest mocno ograniczona. Co prawda prognozy firmy IC Insights przewidywały 2-procentowy spadek rynku analogowych IC w ubiegłym roku, jednak w roku 2008 spodziewana jest wzrost obrotów o 15% do rekordowej wartości 41,7 mld dol.

Działania producentów układów analogowych

W ostatnich latach firmy IDM produkowały większość zaprojektowanych układów analogowych we własnym zakresie, zamawiając jedynie ich niewielki odsetek w fabrykach zewnętrznych. Jest to spowodowane faktem, że wiele produktów analogowych nie wymaga najnowocześniejszych procesów technologicznych. Ponadto mają one przeważnie dłuższy cykl produkcyjny i mogą być przez wiele lat taniej wytwarzane w starszych technologicznie fabrykach.

Jednak, według producentów półprzewodników, sytuacja firm korzystających z modelu IDM, takich jak Analog Devices, Maxim Integrated Products, Linear Technology, National Semiconductor i Texas Instruments powoli ulega zmianie i niebawem wiele z nich będzie w większym stopniu zaopatrywać się w fabrykach zewnętrznych.

Jazz, X-Fab Semiconductor Foundries oraz inni producenci zorientowani na układy analogowe zaczynają widzieć większy popyt na takie produkty, jak np. przetworniki analogowe wysokiej precyzji, które nie były do tej pory wytwarzane przez zewnętrznych producentów.

Tendencja do outsourcingu nie dotyczy tylko jednego czy dwóch urządzeń. Co prawda firmy IDM nie zamierzają gwałtownie zamykać własnych fabryk i masowo zlecać wykonywania zaprojektowanych przez siebie układów fabrykom zewnętrznym, jednak ich zainteresowanie outsourcingiem znacznie wzrosło.

National Semiconductors i Fairchild mają bardzo duże moce produkcyjne i w 2007 roku nie korzystały z produkcji zewnętrznej, jednak niektórzy dostawcy analogowych układów radiowych zamawiają u Jazz, X-Fab i podobnych.

Rys. 1. Wzrost rynku producentów półprzewodników na przestrzeni kolejnych lat

Przejście w kierunku modelu fablite będzie procesem postępującym dla firm IDM oferujących układy analogowe. Podobnie jak ma to miejsce w przypadku układów cyfrowych firmy te będą starały się przenieść część produkcji do fabryk zewnętrznych w celu obniżenia kosztów produkcyjnych.

Sytuacja może się zmienić jeszcze bardziej, jeśli starsze fabryki układów analogowych nie będą już mogły zostać wykorzystane do nowych procesów technologicznych. Wiele z nich jest w stanie obniżyć wymiar stosowanych procesów do 350nm, podczas gdy zdecydowana większość nowo budowanych fabryk stosuje technologie 250nm i 180nm.

Outsourcing - to już było

Tendencje do współpracy z wyspecjalizowanymi producentami układów przypominają trochę boom na outsourcing, który miał miejsce od końca lat 80. i na początku 90. W tamtym okresie powstały takie firmy, jak Chartered Semiconductor Manufacturing, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC), United Microelectronics Corp. (UMC) oraz inni producenci układów cyfrowych, dzięki którym rozwinęły się firmy typu fabless.

Podobnie jak wtedy, także i teraz wielkie firmy IDM, takie jak Freescale Semiconductor, NXP, STMicroelectronics oraz Texas Instruments zaczęły pozbywać się fabryk półprzewodników w celu redukcji kosztów produkcyjnych oraz badawczo-rozwojowych. Przez lata, właściciele wielu fabryk specjalizujących się w produkcji układów analogowych i mixed-signal mieli nadzieje na powtórzenie sukcesu TSMC i innych firm produkujących układy cyfrowe.

Do producentów układów analogowych i mixed-signal można zaliczyć m.in. Advanced Semiconductor Manufacturing Corp. (ASMC), Austriamicrosystems, Jazz, MagnaChip Semiconductor, Vanguard i X-Fab. Najwięksi kontraktowi producenci półprzewodników, tacy jak Chartered, TSMC, UMC, Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC) oraz oddział produkcyjny IBM także oferują analogowe i analogowo-cyfrowe procesy technologiczne.

Prognozy rynku foundry

Analitycy oczekują, że światowy rynek producentów półprzewodników wzrośnie w 2008 roku o 17% do 26,2 mld dol. Obecnie 70% produkcji firm typu foundry w zakresie układów analogowych i mixed-signal trafia do firm fabless, natomiast pozostałe 30% przypada na IDM oraz OEM. Poszczególne firmy IDM w różnym stopniu wykorzystują produkcję zewnętrzną.

Od wielu lat, Analog Devices (ADI) korzysta z układów scalonych od TSMC. Także ADI współpracuje z firmą foundry, Win Semiconductor, w zakresie półprzewodników o podłożu GaAs. Jednak Linear, Maxim i National Semiconductors wykorzystują jedynie niewielką liczbę układów scalonych wykonywanych przez niezależnych producentów.

Firmy oferujące układy analogowe przeważnie nie korzystają z outsourcingu, ponieważ wiele niskonakładowych i specjalizowanych produktów nie nadaje się do wytwarzania w fabrykach zewnętrznych. Jednak produkty analogowe z obwodami cyfrowymi, takie jak akustyczne przetworniki A/C, C/A oraz wzmacniacze klasy D są masowo wytwarzane w firmach typu foundry.

Obecnie widoczna jest tendencja do przenoszenia najnowocześniejszych rozwiązań do fabryk zewnętrznych, jednak IDM sprzedające układy analogowe wciąż kontynuują produkcję części układów we własnym zakresie. Na przykład Intersil i Semtech rozszerzają swoją współpracę z producentami półprzewodników. Analitycy nie spodziewają się jednak, aby dostawcy układów analogowych całkowicie zrezygnowali z własnej produkcji, ponieważ w swojej ofercie mają tysiące układów, które nie mogą być łatwo przeniesione do firm foundry.

W oczekiwaniu na boom

Producenci półprzewodników przygotowują się do oczekiwanego wzrostu na rynku układów analogowych. Firma Jazz Semiconductor ogłosiła przyspieszenie działań w tym obszarze oraz w zakresie produkcji układów mixed-signal. Pracuje m.in. nad procesami technologicznymi dotyczącymi wysokonapięciowych CMOS oraz krzemowo-germanowych Bi-CMOS.

Oprócz inwestowania w nowe procesy analogowe i mixed-signal, niemiecki producent półprzewodników X-Fab wdrożył także inną strategię, polegającą na przejmowaniu fabryk od firm korzystających z modelu biznesowego IDM. W 1999 roku przejął fabrykę w Teksasie należącą uprzednio do Texas Instruments, a w 2002 roku angielską fabrykę od Zarlink Semiconductor. W 2006 roku firma X-Fab weszła w posiadanie malezyjskiej fabryki półprzewodników, 1st Silicon, a w roku 2007 przejęła ZFoundry, spółkę zależną ZMD AG. W wyniku tego ZMD stanie się firmą fabless i będzie zaopatrywana w półprzewodniki przez X-Fab.

Własna produkcja - zaleta czy wada?

Strategie fablite i fabless są w modzie, jednak dla czołowych firm IDM produkujących układy analogowe moda nigdy nie była wyznacznikiem. Istnieją techniczne i biznesowe powody do zachowania produkcji najnowocześniejszych części przez dostawców układów analogowych.

Wiele takich układów charakteryzuje się relatywnie niewielkimi rozmiarami, pomimo użycia starszych procesów technologicznych niż ma to miejsce w układach cyfrowych. Często wiele takich układów mieści się na jednej płytce podłożowej, a niewiele firm foundry jest skłonnych wykonywać starsze układy, szczególnie jeśli kwestia dotyczy ich małej liczby.

Produkcja układów we własnym zakresie może być tańsza, jeśli wykorzystywane fabryki charakteryzują się wysokim stopniem wykorzystania. Dodatkowo, większą efektywność można osiągnąć przejmując fabryki starszej generacji, które często mogą być używane jeszcze przez wiele lat. Takie działanie może zapewnić dodatkowe korzyści ekonomiczne i zmniejszy konieczność inwestowania od podstaw w nowe zakłady.

Inna kwestia jest związana z własnością intelektualną. Firmy produkujące układy analogowe przeważnie nie stosują tak nowoczesnych procesów technologicznych, jak ma to miejscu w przypadku urządzeń cyfrowych. Zamiast tego pracują na maksymalnie przez siebie zoptymalizowanych procesach, które stanowią dla firm silnie strzeżoną tajemnicę, a wykorzystywane przez zewnętrznych producentów mogą potencjalnie trafić w ręce konkurencji.

Nie oznacza to jednak, że foundry nie odgrywają żadnej roli w obszarze analogowych układów scalonych. Obsługują one głównie firmy fabless, których projekty składają się w znacznej części z układów cyfrowych, a tylko w niewielkiej – z analogowych. Istnieją nawet całkowicie analogowe układy, które mogą być produkowane w zewnętrznych fabrykach. Są to urządzenia konsumenckie średniej klasy wytwarzane w tysiącach sztuk i niewymagające maksymalnej wydajności.

IDM mają fabryki, ale jakim kosztem?

Pomimo oczywistych elementów różniących procesy analogowe od cyfrowych istnieje kilka czynników przemawiających na korzyść outsourcingu układów analogowych.

Rosnąca presja spółek z obszaru fabless wymusza na firmach IDM unowocześnianie własnej bazy produkcyjnej. W tej sytuacji muszą one szukać kompromisu między projektowaniem a inwestycjami w fabryki. Tym samym, szybsze i bardziej efektywne w tworzeniu innowacyjnych produktów firmy fabless stanowią dla IDM duże zagrożenie.

Czynniki te mają wpływ na zmianę struktury rynku technologii cyfrowych. Dalsze zwiększanie produkcji w firmach IDM oferujących układy cyfrowe będzie ograniczone tylko do pamięci i mikroelektroniki. W przypadku wszystkich innych elementów cyfrowych specjalistyczne fabryki półprzewodników wydają się jedynym logicznym wyborem.

Firmy IDM oferujące układy analogowe powinny skupić się na rozwijaniu własnych produktów zamiast nowych procesów technologicznych. Krótkoterminowa oszczędność wynikająca z wykorzystania własnych fabryk jest niekorzystna, jeśli prowadzi do tworzenia niekonkurencyjnych produktów, dostosowanych do własnego cyklu produkcyjnego a nie takich, które uwzględniają wymagania rynkowe.

Konkurencja z czołowymi firmami IDM powoduje, że wytwórnie układów scalonych muszą unowocześniać technologie procesowe, co pozwala zarówno firmom fabless, jak i IDM skupić się nad rozwojem własnych produktów. Tym samym firmy IDM mają szansę stać się bardziej konkurencyjne w stosunku do firm fabless.

Podsumowanie

W kolejnych latach coraz więcej dostawców układów analogowych będzie zmagało się z kosztami utrzymania własnych fabryk. Najbliższy okres będzie więc dla właścicieli firm IDM dobrym momentem do rozważenia outsourcingu, zanim ich rynki zostaną całkowicie opanowane przez firmy fabless.

Grzegorz Michałowski