聊聊Fabless的運作模式、優勢、未來趨勢
一、芯片行業概述
芯片，或者叫半導體，是現代電子設備的核心部件之一。從手機到電腦、從汽車到電視，幾乎所有的電子設備都依賴芯片來完成各種計算和數據處理任務。設計和製造芯片是一項極其複雜且昂貴的工作，傳統的芯片公司往往需要自己設計芯片、建造製造芯片的工廠（即“fab”）並進行大規模生產。
但是，隨着芯片設計和製造技術的進步，芯片行業逐漸分化出了一些新的商業模式，“Fabless”芯片公司就是其中一種。Fabless芯片公司與傳統的垂直整合芯片公司不同，他們不自己製造芯片，而是專注於設計芯片，生產則外包給專門的製造廠，這種製造廠被稱爲“代工廠”或“foundry”。
二、什麼是Fabless？
Fabless這個詞是由兩個英文單詞組合而成的：“Fab”和“less”。其中，“Fab”是fabrication的縮寫，指的是芯片製造廠；而“less”則表示“沒有”。因此，Fabless公司的字面意思就是“沒有芯片製造工廠的公司”。
Fabless公司只負責芯片的設計，而不涉及芯片的製造。具體來說，Fabless芯片公司會用專門的電子設計自動化（EDA）工具和一些現成的知識產權模塊（IP Cores），設計出一款芯片的電路結構。設計完成後，他們會把設計方案交給專業的芯片製造廠，也就是“foundry”，由這些代工廠來實際製造芯片。
三、Fabless芯片公司是如何運作的？
Fabless芯片公司的運作模式可以分爲幾個關鍵步驟：
芯片設計。Fabless公司的核心工作是設計芯片。這包括定義芯片的功能、性能目標，使用電子設計自動化軟件（EDA）創建芯片的詳細設計圖，確定芯片中的邏輯電路、信號路徑、電源管理等技術細節。很多時候，Fabless公司並不會完全從零開始設計芯片，而是會使用一些現成的知識產權模塊（IP Cores）。這些IP Cores可以看作是已經設計好的功能模塊，類似於在搭積木時使用預製的模塊來快速構建整個系統。通過IP Cores和自定義設計的結合，Fabless公司可以更高效地完成芯片設計。
外包生產。芯片設計完成後，Fabless公司會將設計文件發送給芯片代工廠（foundry）。代工廠擁有專門的芯片製造設備和工藝，能夠根據設計圖紙生產芯片。這種模式使Fabless公司避免了建造和運營昂貴的芯片製造工廠的成本和風險，能夠專注於設計本身。
測試和驗證。代工廠生產的芯片會回到Fabless公司進行測試和驗證，確保芯片的性能和功能符合預期。在這個階段，Fabless公司會對芯片進行嚴格的測試，以排除潛在的問題和缺陷。
芯片銷售或使用。Fabless公司設計並製造的芯片可以有兩種主要用途：
一種是爲自己的產品提供芯片。例如，蘋果設計的M系列芯片主要用於自己的Mac電腦和iPhone設備中。
另一種則是將芯片出售給其他公司。像高通、AMD、Nvidia這些Fabless公司，它們設計的芯片被出售給全球的電子設備製造商，用於各種產品。
四、Fabless模式的優勢
降低成本和風險：Fabless公司不需要投資建設和維護昂貴的芯片製造工廠。這些製造工廠通常需要數十億美元的資金投入，並且需要不斷升級設備以保持與最新技術同步。通過將製造工作外包給專門的foundry，Fabless公司能夠將資本支出降低到最低，並且能夠靈活地根據市場需求調整生產計劃。
專注創新：由於不需要操心製造和工藝流程，Fabless公司可以將更多的資源和精力投入到芯片設計和創新上。他們可以更快地跟上市場變化，專注於研發高性能、低功耗的芯片。
靈活性和全球合作：Fabless模式還賦予了公司更大的靈活性。他們可以選擇全球不同的foundry進行合作，以獲得最先進的製造工藝。比如，臺積電（TSMC）和三星是全球領先的芯片代工廠，Fabless公司可以根據自己的需求選擇合適的代工廠。
推動行業專業化分工：Fabless模式促進了芯片行業的專業化分工。設計和製造分別由不同的公司負責，這使得每個環節的效率都能得到優化。代工廠可以專注於提升製造工藝，而Fabless公司則可以專注於提升設計水平。
五、Fabless與Foundry的關係
Fabless公司和foundry之間的關係是這種商業模式的關鍵。全球有一些知名的芯片代工廠，比如臺積電（TSMC）、三星半導體、格羅方德（GlobalFoundries）等。這些公司掌握了全球最先進的芯片製造工藝，而Fabless公司則通過與這些代工廠合作，製造出最先進的芯片。
舉例來說，蘋果公司設計的M1、M2系列芯片就是典型的Fabless模式產品。蘋果自己設計了芯片的架構和功能，但實際的製造工作是由臺積電完成的。臺積電爲蘋果提供了最先進的5nm或3nm製程工藝，從而使蘋果的芯片在性能和功耗上都具有優勢。
六、Fabless芯片公司的典型代表
如今，Fabless模式已經成爲芯片行業的主流，很多知名的科技公司都是Fabless模式的實踐者。以下是一些知名的Fabless芯片公司：
高通（Qualcomm）：高通是全球最大的移動芯片供應商之一，它設計的驍龍系列處理器被廣泛應用於全球的安卓手機中，但高通並不自己製造芯片，而是將生產外包給臺積電和三星等foundry。
Nvidia：Nvidia是全球領先的圖形處理器（GPU）製造商，它的顯卡廣泛應用於遊戲、圖形設計、人工智能等領域。Nvidia也是一家典型的Fabless公司，它設計的芯片由臺積電等foundry負責製造。
AMD：AMD是另一家知名的Fabless公司，它的處理器和顯卡在消費級和企業級市場上都有很高的市場份額。AMD將芯片設計工作放在覈心戰略中，而芯片製造則外包給臺積電等foundry。
博通（Broadcom）：博通是一家全球領先的通信芯片設計公司，其產品被廣泛應用數據中心、無線通信和存儲設備中。博通也是一家典型的Fabless公司，將製造外包給foundry。
七、未來趨勢
隨着芯片設計和製造技術的不斷進步，Fabless模式預計將繼續主導芯片行業。未來的趨勢包括：
更多系統公司進入Fabless領域。像蘋果、亞馬遜、谷歌、阿里巴巴、字節跳動這些原本專注於消費電子產品或服務的公司，現在也紛紛開始設計自己的芯片，成爲Fabless領域的重要參與者。未來，可能會有更多的系統公司參與芯片設計，以提升其產品的差異化和競爭力。
製程技術的進化。隨着芯片製造工藝的不斷進步，製造過程變得更加複雜。Fabless公司將依賴於foundry提供的先進製程技術，例如5nm、3nm甚至更小的工藝節點，以滿足對性能、功耗和體積的更高要求。
全球供應鏈挑戰。Fabless公司高度依賴foundry的製造能力，但芯片供應鏈全球化帶來的挑戰也不可忽視。地緣政治、全球疫情和供應鏈中斷等問題可能會影響Fabless公司的生產計劃，因此如何確保供應鏈的穩定性將成爲Fabless公司未來面臨的重要問題。
總的來說，Fabless芯片公司通過專注於設計，而將製造外包給專業代工廠，極大地降低了進入芯片行業的門檻，並且推動了整個行業的創新和發展。這種模式讓更多公司能夠參與芯片設計，並且通過與foundry的合作，製造出高性能的芯片。隨着技術的不斷進步和市場的變化，Fabless模式將繼續引領芯片行業的未來。
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作者：胡工，北京大學微電子本碩，北京大學半導體校友會成員，在半導體行業工作多年，常駐深圳。歡迎交流，備註姓名+公司+崗位。