Básicamente, el costo y el enfoque de ser “vertical” se convierte en una distracción para muchas compañías, como lo describen Jack y Robert. A veces, la distracción proporciona valor al producto, pero a menudo no.
Debido a que las fundiciones permiten una separación de los costos de capital entre el diseño y la fabricación, cada una hace de la otra una externalidad que se convierte en “el problema de otra persona” y, por lo tanto, reduce los costos de capital de cada aspecto localmente. Esto cambia la estructura financiera de la empresa permitiendo la fundación con menos inversión inicial inicial, reduciendo así el riesgo de los inversores. Es más probable que estas compañías obtengan fondos que las compañías integradas verticalmente, por lo que el modelo de negocio se ha convertido en el estándar para las nuevas empresas de IC desde principios de los años noventa. Qualcomm se fundó en 1985. Broadcom se fundó en 1991. Ambos fueron los primeros en adoptar el sistema de fundición.
Hay una historia de fondo interesante para esto. Participé personalmente en las primeras etapas de lo que ahora se llama “semiconductor de fundición” como modelo operativo.
En los primeros años de los circuitos integrados, el ejército de los EE. UU. Era el principal cliente que podía pagar los altos precios y los gastos generales de los primeros circuitos integrados. Empresas como Fairchild y Texas Instruments sobrevivieron a sus primeros años principalmente con contratos DOD.
Esto comenzó a cambiar en la década de 1970 cuando los usos industriales y de consumo de los circuitos integrados comenzaron a despegar. Muy rápidamente, el DOD descubrió que se había convertido en la cola del perro cuando solía ser el perro que meneaba la cola. Con el fin de continuar logrando los requisitos de la misión para los IC MIL SPEC, la única opción fue contratar compañías para hacer IC personalizados a especificaciones militares a un costo muy alto debido a los pequeños volúmenes de pedidos o para encontrar otra forma.
Existían varios problemas que debían resolverse en ese punto. Primero fue que los rendimientos de producción eran sorprendentemente bajos en general para la industria de semiconductores en ese entonces: no era raro raspar el 70-80% de todos los troqueles en una oblea (es decir, bajos rendimientos de dos dígitos). Cuando se aplicó una prueba de calificación militar, los rendimientos disminuyeron aún más con más del 99% de todos los dados que no cumplen con las especificaciones militares. Entonces, la primera tarea fue financiar, sistematizar y adoctrinar a todas las compañías de semiconductores para adoptar métodos para mejorar los rendimientos.
Otro problema era la necesidad de mejorar la calidad del proceso para asegurar la calidad del IC del producto final en lugar de la simple pantalla a un requisito limitado: si tiene fallas profundas en las primeras etapas de fabricación, todavía tendrá fallas en el producto final, incluso si las piezas pasan transitoriamente algunas pruebas La fabricación de piezas a partir de un proceso de fabricación “fuera de control” pasará de baja calidad a cualquier cosa realizada con ese proceso.
Finalmente, era necesario poder describir un diseño de manera que pudiera pasarse a un fabricante de semiconductores comercial “a ciegas” para hacer del proceso un sistema de “caja negra” y proporcionar un medio para un mejor control de la información confidencial del diseño.
Entonces, a mediados de la década de 1970, se creó un programa DARPA (entonces ARPA) para encontrar una solución. La idea básica era encontrar una manera de aprovechar la capacidad de producción de consumo / industrial sin comprometer los requisitos estrictamente militares. ARPA / DARPA financió muchas iniciativas que fueron la semilla de muchas cosas que hoy conocemos en semiconductores y EE en general.
Estos incluyen:
- Sistemas de tecnología CAD (por ejemplo, gran parte de las primeras herramientas de Cal Tech KIC y UC Berkeley CAD como Magic). Empresas como Mentor y Cadence se formaron en esta época, en parte, para aprovechar las iniciativas para crear herramientas CAD estandarizadas. Los sistemas de simulación (p. Ej., UC Berkley SPICE se financió con dinero de DARPA, así como con las herramientas TCAD de la Universidad de Stanford).
- Las descripciones de diseño fueron estandarizadas. Todavía usamos GDS-II por demasiado, pero también vino de esta época. Se crearon formatos como CIF para datos CAD. El uso de formatos de archivo comunes permitió intercambiar diseños entre diferentes partes.
- Se inventaron y adoptaron estructuras de prueba de proceso que permitieron controlar el rendimiento y la calidad de manera sistemática y científica. Los rendimientos pasaron de 10% -20% a 80% -90% ya que las estructuras de prueba permiten detectar defectos específicos en cualquier paso del proceso específicamente y permiten que la corrección de retroalimentación se aplique rápidamente. La ingeniería de procesos pasó de ser un “arte negro perdido” a un proceso controlado estadísticamente.
- Cambios en las regulaciones de adquisición y aceptación militar, como los estándares QPL / QML Esto permitió que las compras militares se centraran en los fundamentos de ingeniería y fabricación de calidad que aseguraban que cualquier diseño aplicado a un fab calificado produciría exactamente lo que se predijo por las herramientas de simulación (que basaron su “verdad” en mediciones empíricas hechas lote a lote a partir de estructuras de prueba de proceso).
- Un prototipo de “Sistema de fundición” llamado Servicio de fabricación de circuitos integrados MOSIS que todavía existe hasta el día de hoy y que se basó en todo lo anterior reunido.
- Se creó un medio para transmitir diseños de circuitos integrados a MOSIS, que se convirtió en la primera “aplicación asesina” de otro programa DARPA / ARPA: ArpaNet o Internet. No es un accidente que tanto Internet como MOSIS hayan salido de USC – Information Sciences Institute. Esto fue una década antes de que se inventara la Web.
DARPA todavía se preocupa y financia tecnologías de fundición, solo que ahora tiene un giro y un enfoque diferentes.
Tampoco fue un accidente que, como estudiante de EE en la USC a principios de la década de 1980, me involucré en el diseño de circuitos integrados e Internet, y luego me involucré en programas militares involucrados en estructuras de prueba de procesos, herramientas de simulación, herramientas CAD, fundición de clientes. arreglos y cosas similares mientras trabajaba en Aerospace Corporation, donde participé en el despliegue sistemático de muchas de estas capacidades a las empresas que proporcionaron semiconductores al DOD.
Todo esto ayudó a crear los sistemas de fundición que estaban destinados a permitir la producción comercial de semiconductores DOD relativamente baratos.
Sin embargo, sucedieron dos cosas imprevistas.
Primero, el modelo en realidad fue muy efectivo para las empresas de CI comerciales / industriales porque permitió una separación del diseño de la fabricación, separando así la inversión de capital de cada uno como externalidades. Las compañías privadas tal vez necesitaban esto aún más el DOD como un imperativo operacional.
La primera compañía fundada exclusivamente en este modelo de negocios en 1987 fue una fundición que conocemos y amamos hoy: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited o TSMC. Hoy TSMC es la fundición más grande del planeta.
En segundo lugar, nunca se anticipó que dichas fundiciones existirían en ningún otro lugar que no sea Estados Unidos. Usted típico “pensamiento de excepcionalismo estadounidense” en el trabajo.
Obviamente, TSMC se convirtió en la primera y más grande excepción a esta suposición. Hasta que se fundó TSMC, el sistema de fundición de MOSIS funcionaba como se esperaba con compañías como Hewlett-Packard, IBM y otras grandes fábricas verticales que suministraban servicios de fundición.
Desde entonces, las fundiciones están dominadas en gran medida por empresas taiwanesas como TSMC, UMC, Vanguard, WIN, etc., SMIC en China, Samsung en Corea y Global Foundries en Alemania / Singapur / EE. UU.
Las fundiciones son ahora el modelo comercial estándar de facto para la fabricación de semiconductores debido a las ventajas financieras proporcionadas a un modelo comercial ya costoso de fabricar circuitos integrados / chips.
Si observa quién está “todavía vertical”, puede dibujar una línea en el calendario en función de la fecha de fundación de la empresa. Casi todas las empresas de semiconductores verticales se fundaron antes de 1985, mientras que la mayoría de las empresas de fundición se fundaron después de 1985.
En muchos sentidos, puede pensar en este año como “Peak Semiconductor” en términos de ciclos de adopción de tecnología. En una adopción temprana, el aumento de la relación ingresos / costos permite mayores niveles de inversión de capital que hacen que la “vertical” sea efectiva y asequible. En el borde de la adopción, los costos comienzan a reducirse a medida que el crecimiento de los ingresos se desacelera en relación con los aumentos de costos. En el borde de salida, la conciencia del costo se vuelve primordial. (Esto refleja los ciclos de “mini y micro-adopción” de tecnologías individuales y productos individuales).
