美国又一芯片巨头“沦落”：IBM也开始寻找亚洲芯片代工厂

很多人可能知道IBM是全球最大的IT服务商，但鲜有人知，在半导体制造领域，IBM也曾是领跑者。

1988年，IBM搭建了全球第一条200mm晶圆生产线。随后在2002年，IBM又建成了全球最先进的300mm生产线。数据显示，2003年，IBM的晶圆代工业务凭借6.3%的市场份额曾挤进世界前三强，仅次于台积电和联电，IBM在半导体领域一时风光无两。然而， 时过境迁，美国担心的事情正在发生——IBM也开始在芯片生产环节寻求亚洲厂商代工，至此连同AMD和英特尔在内的美国三大芯片巨头都开始依赖亚洲芯片代工厂。

据外媒报道，当地时间8月17日， IBM发布了一款用于新型数据中心的处理器芯片——Power10 ，这款芯片由三星电子生产，采用7nm EUV（极紫外光刻）工艺，其性能将是上一代的3倍。据悉，Power系列是IBM面向企业级用户推出的高性能处理器芯片， 最早由IBM自己生产，然后交给格芯负责代工，后者是一家位于美国的半导体晶圆代工厂商，也是世界第三大晶圆代工厂，现在再交给三星电子。

开头提到，既然IBM拥有半导体制造部门， 曾在半导体制造领域占据一席之地，那么为何今天会依赖外部市场代工呢？IBM是如何走到这一步？

当初，IBM建立晶圆工厂的目的是为自家产品提供生产服务，帮市场代工不是主要考虑。但是， 由于英特尔的强势竞争，IBM的处理器产品在市场逐渐边缘化，导致IBM销售的处理器数量很难填补工厂的庞大产能 ，这意味着制造均摊的成本大幅增加。半导体制造是个需要时刻保持更新的行业， 生产工艺每数年升级一次，动辄耗资数十亿美元，如果没有大量出货，那么很难负担制造成本。

随着制造成本增加，IBM逐渐减少对半导体制造部门的投资。根据Gartner市调公司的调查数据显示， 2004年，IBM公司在半导体制造领域以10亿美元的资本支出位列全球第11位；到2010年，这一排名已跌出20名开外。

同时，研发和生产投资跟不上使IBM的生产工艺落后市场，产品竞争力不足。 2010年，POWER处理器第7代所用的生产工艺是45nm，同时期最先进的已跨入32nm工艺时代。 由于达不到经济规模效应，芯片制造部门成为IBM的"包袱"。 2013年，半导体制造部门占IBM营收为1.4%，但该部门每年亏损最多达到15亿美元。

IBM只能选择将该业务剥离出去，来改善IBM的盈利能力。 2014年10月，IBM宣布将旗下全球半导体制造业务出售给格芯，把业务重点放在核心的芯片设计和系统创新上。

除IBM外，AMD和英特尔也选择将高端芯片业务交由亚洲厂商代工。2018年8月，由于格芯制程工艺落后，其最大客户AMD宣布采用7nm制程工艺的处理器和芯片，全部交由台积电代工；2019年，英特尔将部分14nm订单外包给三星生产； 2020年7月，英特尔与台积电达成协议，从2021年采用台积电的6nm制程工艺量产处理器或显卡。这三大美国半导体供应商都有一个相同的特征——曾经或现在居于全球最大半导体芯片制造商队列。

在这样的背景下，美国越来越担心半导体制造业务过分依赖外部市场，可能存在风险 ，尤其是疫情冲击全球供应链，更加剧这种担忧。最近，美国就计划重振本土半导体行业，在6月提出相关法案斥资370亿美元（约合2600亿元人民币）用于扩大本土研究和制造业务。 那么，为什么美国会在半导体制造领域"式微"、对亚洲的代工厂越来越依赖呢？

美国是半导体芯片的发源地，在经历了成熟的发展阶段后， 美国芯片企业认为半导体制造业务投入成本高昂、技术开发周期快，于是考虑将重心放在芯片设计这个高附加值的环节。 1990年代，美国涌现了一批优秀的Fabless企业，即只负责芯片的电路设计与销售的企业。

随着后来经济全球化进程加快、国际分工理念广泛得到认同，美国一些IDM（集芯片设计、制造、封装和测试等多个环节于一身的运营模式）企业逐渐将芯片制造部门剥离出去， 转型成为Fabless企业，就如今天文章的主人公IBM类似，这推动了美国芯片制造业务大量向亚洲区域转移。

上文提到过，半导体制造部门具有很高的资金和技术壁垒，需要持续研发更优的生产工艺和投入巨资改良生产线，这种行业特点容易造成强者愈强的局面。 亚洲地区的半导体企业专注晶圆代工环节，并紧贴市场需求变化，这意味着它们的生产线迭代速度能够保持行业最快。 伴随着时间的推进，亚洲地区逐渐发展出最成熟的半导体制造业务，并涌现了一批高端代工企业，如台积电、联电、中芯国际等。

此消彼长，不进则退， 随着亚洲的先进制程工艺水平不断提高，美国芯片制造与之的差距也在拉大，而且趋势是越来越难跟上 ，如今美国在全球芯片制造的占比也大幅下降。 英国《金融时报》指出，目前全球仅有12%的芯片在美国制造。

不难看到，虽然美国还是全球半导体行业的霸主，但在芯片制造领域已然面临巨大的挑战，随时还可能被甩到更后，也因此当前美国正出台各种扶持本土芯片产业的政策，以试图扭转这种局面，而全球半导体芯片制造格局或有可能迎来新的变化。

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按照功能划分，可以分为四种类型，主要是内存芯片、微处理器、标准芯片和复杂的片上系统（SoCs）。按照集成电路的类型来划分，则可以分为三类，分别是数字芯片、模拟芯片和混合芯片。

从功能上看，半导体存储芯片将数据和程序存储在计算机和数据存储设备上。随机存取存储器（RAM）芯片提供临时的工作空间，而闪存芯片则可以永久保存信息，除非主动删除这些信息。只读存储器（ROM）和可编程只读存储器（PROM）芯片不能修改。而可擦可编程只读存储器（EPROM）和电可擦只读存储器（EEPROM）芯片可以是可以修改的。

微处理器包括一个或多个中央处理器（CPU）。计算机服务器、个人电脑（PC）、平板电脑和智能手机可能都有多个CPU。PC和服务器中的32位和64位微处理器基于x86、POWER和SPARC芯片架构。而移动设备通常使用ARM芯片架构。功能较弱的8位、16位和24位微处理器则主要用在玩具和汽车等产品中。

标准芯片，也称为商用集成电路，是用于执行重复处理程序的简单芯片。这些芯片会被批量生产，通常用于条形码扫描仪等用途简单的设备。商用IC市场的特点是利润率较低，主要由亚洲大型半导体制造商主导。

SoC是最受厂商欢迎的一种新型芯片。在SoC中，整个系统所需的所有电子元件都被构建到一个单芯片中。SoC的功能比微控制器芯片更广泛，后者通常将CPU与RAM、ROM和输入/输出（I/O）设备相结合。在智能手机中，SoC还可以集成图形、相机、音频和视频处理功能。通过添加一个管理芯片和一个无线电芯片还可以实现一个三芯片的解决方案。

芯片的另一种分类方式，是按照使用的集成电路进行划分，目前大多数计算机处理器都使用数字电路。这些电路通常结合晶体管和逻辑门。有时，会添加微控制器。数字电路通常使用基于二进制方案的数字离散信号。使用两种不同的电压，每个电压代表一个不同的逻辑值。

但是这并不代表模拟芯片已经完全被数字芯片取代。电源芯片使用的通常就是模拟芯片。宽带信号也仍然需要模拟芯片，它们仍然被用作传感器。在模拟芯片中，电压和电流在电路中指定的点上不断变化。模拟芯片通常包括晶体管和无源元件，如电感、电容和电阻。模拟芯片更容易产生噪声或电压的微小变化，这可能会产生一些误差。

混合电路半导体是一种典型的数字芯片，同时具有处理模拟电路和数字电路的技术。微控制器可能包括用于连接模拟芯片的模数转换器（ADC），例如温度传感器。而数字-模拟转换器（DAC）可以使微控制器产生模拟电压，从而通过模拟设备发出声音。

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