早在今年4 月1日，就報道日本推出的“迷你晶圓廠”（Minimal Fab），瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)時代少量、多樣的感測器需求，起價卻只要 5 億日元（0.3 億元人民幣），而以臺積電為例，蓋一座晶圓廠造價則高達610億人民幣。因此這種極具成本優(yōu)勢的新系統(tǒng)就成為了媒體眼中革命臺積電的“秘密武器”，可是真的如此嗎？

什么是迷你晶圓廠

在這種生產(chǎn)系統(tǒng)中，每臺外型流線、美觀的制造機臺，大小約與飲料自動販賣機差不多，但各自具備洗凈、加熱、曝光等功能。每一臺機器，都相當(dāng)于一條半導(dǎo)體制造的生產(chǎn)線。一條“迷你晶圓廠”產(chǎn)線，所需的最小面積是大約是兩個網(wǎng)球場的大小。也僅是一座 12 寸晶圓廠的百分之一面積。因為其不需要無塵室，故而可以做到占地面積更小。正常情況下從提出需求到生產(chǎn)完成通常也需要五個月，到了7nm及以下有可能生產(chǎn)周期甚至長達半年，而因為迷你晶圓廠不需要光罩，由此節(jié)約了大量時間，可能只需要十天左右就能制造出來，當(dāng)然產(chǎn)能比較小，一年可能五十萬片這樣的產(chǎn)能。廠房機器設(shè)備成本更低，而生產(chǎn)周期更短，因此當(dāng)時就有媒體稱之為：“顛覆全球半導(dǎo)體業(yè)界的制造系統(tǒng)”。

這個是由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省主導(dǎo)，由 140 間日本企業(yè)、團體聯(lián)合開發(fā)的新世代制造系統(tǒng)，目標(biāo)是透過成本與技術(shù)門檻的大幅降低，讓汽車與家電廠商能自己生產(chǎn)所需的半導(dǎo)體及感應(yīng)器，形同推翻臺積電董事長張忠謀 30 年前所創(chuàng)的晶圓代工模式，重回早年飛利浦、Sony 等大廠都自己生產(chǎn)半導(dǎo)體的垂直整合時代。經(jīng)過數(shù)十年，各大半導(dǎo)體廠好不容易甩掉生產(chǎn)制造這個重包袱，而現(xiàn)在日本的這項計劃又要讓大家重新背上，負(fù)重前行。這個信心究竟來自哪里？

首先我們需要對半導(dǎo)體制造的流程有個清晰的認(rèn)識和了解。在日本作家湯之上隆的書籍《失去的制造業(yè)，日本制造業(yè)的敗北》對于半導(dǎo)體制造流程有過簡要的介紹：

制造半導(dǎo)體分為3個技術(shù)階段：1、組件技術(shù)；2、集成技術(shù)；3、批量生產(chǎn)技術(shù)。以存儲器為例，分別介紹這3個技術(shù)階段內(nèi)容。

1、組件技術(shù)

這是半導(dǎo)體制造工序的最小單位工藝技術(shù)。具體有以下技術(shù)：在硅片上形成薄膜的成膜技術(shù)，在其薄膜上形成抗蝕劑掩膜的光刻技術(shù)，按照刻蝕劑掩膜進行加工的刻蝕技術(shù)，加工后去除殘渣及顆粒（異物）的清潔技術(shù)，測定加工后的圖形尺寸以及檢測是否有缺陷等的檢測技術(shù)，等等。簡單點說就是先在硅片表面形成一層薄膜，保護硅表面，然后如果要對某一具體位置進行操作，這個就需要光刻技術(shù)把這個位置給挖出來，然后對這一位置進行你要的操作，也就是刻蝕，之后再做清潔工作，最后就是檢查工作。通常需要25~30次反復(fù)進行上述操作，才能在硅片上形成你所需要的3維結(jié)構(gòu)。

2、集成技術(shù)

將各種組件技術(shù)組合起來形成一套工藝流程的技術(shù)就是集成技術(shù)。對組件技術(shù)的組合可以有無窮多種，因為沒有限制每一組件技術(shù)的應(yīng)用次數(shù)。那如何衡量集成技術(shù)的好壞呢？這也正是集成技術(shù)的難度所在，如何在短時間內(nèi)完成從無限的組件技術(shù)組合中，制造低成本、滿足規(guī)格且能流暢運行的工藝流程。

研發(fā)人員通常碰到的問題是很難根據(jù)最先的計劃流程生產(chǎn)出可用的存儲器，此時就需要及時作出調(diào)整，有時甚至需要重新設(shè)計來過。因此一個好的集成技術(shù)人員對于企業(yè)而言也可謂是一至寶。

3、批量生產(chǎn)技術(shù)

研發(fā)中心將設(shè)計出來的工藝流程轉(zhuǎn)交給批量生產(chǎn)部門，這里就涉及到一個工藝復(fù)制的問題。我們把基于相同設(shè)備的復(fù)制稱為精確復(fù)制，而如果對于設(shè)備不同的進行復(fù)制則稱為基本復(fù)制。其實根本沒有精確復(fù)制，即使是相同型號的設(shè)備，在出廠時也會存在微小的性能差異，這個稱為機差。尤其是現(xiàn)在進入納米工藝時代，機差的影響越來越不容忽視。

通常用成品率作為批量生產(chǎn)的指標(biāo)。成品率是指生產(chǎn)出來的合格產(chǎn)品所占的比率。如果最終的成本品太低，則需要返回到集成技術(shù)階段，再不行甚至需要重新改變組件技術(shù)。通常，從研發(fā)中心最初制定的工藝流程到形成能使批量生產(chǎn)工廠獲得高成品率的工藝流程，通常需要5~10次反復(fù)。

理解了半導(dǎo)體的制造流程內(nèi)容我們再來做進一步分析。根據(jù)前述媒體分析，優(yōu)勢有以下幾項：1、“迷你晶圓廠”成本低，臺積電蓋一座晶圓廠造價高達 3 千億新臺幣（約合610億人民幣），而迷你晶圓廠只要0.3億人民幣；2、體積小，不需要無塵室；3、不需要光罩，可大幅減少生產(chǎn)時間，同時還可大幅降低成本，還舉了一個例子：芯片從晶圓上切割下來，大約 1 平方公分大小，“迷你晶圓廠”的年產(chǎn)量大約是 50 萬個，一般的 12 寸晶圓廠則是兩億個。如果只生產(chǎn) 1 萬個，市面上每一芯片要收 1 萬日元，但“迷你晶圓廠”只要收 1，200 日元?？雌饋砻阅憔A廠似乎真的能帶來新的革命，但真的那么美好嗎？

迷你晶圓廠真的能帶來革命嗎？

這里分析下上述所列的幾項優(yōu)勢，是否真的存在。迷你晶圓廠對于大廠而言，肯定是毫無吸引力的，因為設(shè)計大廠出貨量大，小晶圓廠的產(chǎn)能是無法滿足他們的需求的。因此迷你晶圓廠瞄準(zhǔn)的就是中小型芯片設(shè)計廠，但是一座晶圓廠的成本不僅在于其制造成本，還有其生產(chǎn)運營成本、設(shè)備維護成本、土地租金以及管理成本等，后面這些成本加起來恐怕早已超過了晶圓廠本身的制造成本。

其次“迷你晶圓廠”不需要無塵室，那請問如果生產(chǎn)良率太低，那人們又該如何進入機器內(nèi)部進行觀察，及時調(diào)整組件技術(shù)或是調(diào)整各組件計算之間的排列組合，這種調(diào)整到目前為止還沒辦法用機器實現(xiàn)自動化調(diào)整，必須要有人工干預(yù)。芯片良率問題一直以來都是芯片廠商長期困擾的一個問題，依靠小型迷你晶圓廠究竟能達到怎樣的良率，這其中涉及到精密的組件技術(shù)和排列組合復(fù)雜多樣的集成技術(shù)。這個就夠小型“迷你晶圓廠”喝一壺了。

還有迷你晶圓廠不需要用到光罩，那究竟迷你晶圓廠的工藝制造能達到什么樣的水平，這里就要打一個大大的問號了。如果只是達到180或130nm這樣的水平，那這種競爭力是上不了臺面的，如果能達到10nm工藝，那則另說。但是目前要進入10nm工藝的廠商也寥寥無幾，沒個十幾年積累，就想瞬間彎道超車，也不太現(xiàn)實。

最后簡單計算單個芯片造價的方式本身就是一種誤解，芯片產(chǎn)業(yè)從來都是一個講究規(guī)模經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)，要理解一點，芯片和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一樣，有著幾乎為0的邊際成本，當(dāng)產(chǎn)量大的時候，多生產(chǎn)一塊芯片和少生產(chǎn)一塊芯片，對于設(shè)計廠商而言成本幾乎是一樣的。所以要說50萬片的競爭力確實有限。

最后指一下一個認(rèn)知上的誤區(qū)，未來物聯(lián)網(wǎng)時代，并不是意味著會有各種各樣定制化的芯片會出現(xiàn)，因為芯片自身的集成特性決定了萬物互聯(lián)時代芯片會走向的格局是大一統(tǒng)，而先進制程的芯片會去侵噬落后制程的芯片市場，就像先進的工業(yè)文明去侵略落后的農(nóng)耕文明一樣。我們在這里做個計算，大家就能有些感受。以明年臺積電量產(chǎn)7nm工藝為例，使用7nm工藝其尺寸是現(xiàn)在主流工藝28nm的四分之一，而集成度就是其16倍，因此其成本可以是其十六分之一，成本可以低這么多，即使在芯片中刻意為增加新的功能而提高其面積依然具有很大的優(yōu)勢，或者甚至浪費掉一些功能，也依然有很大的成本優(yōu)勢。因此所謂的物聯(lián)網(wǎng)時代芯片需求多樣化，帶來的芯片種類多樣化本身就是一個偽命題。

未來隨著工藝制程進入到7nm，甚至到5nm，企業(yè)與企業(yè)之間的設(shè)計能力差距不是越來越小，而是越來越大，因為真正有能力使用先進工藝流片的企業(yè)越來越少，而擁有先進設(shè)計能力的企業(yè)依靠先進制程對付設(shè)計能力一般的企業(yè)那簡直就是秋風(fēng)掃落葉。

對于“迷你晶圓廠”未來的市場，個人認(rèn)為是比較悲觀的。迷你晶圓廠能否找到一個利基市場抵擋住來自先進制程芯片的攻擊成為其未來的重中之重。筆者認(rèn)為“迷你晶圓廠”更多是一種補充，而不是一種挑戰(zhàn)，也許更適合科研機構(gòu)用于研究使用。