El modelo de fundición es un modelo de negocio de ingeniería y fabricación de microelectrónica que consta de una planta de fabricación de semiconductores , o fundición, y una operación de diseño de circuitos integrados , cada una de las cuales pertenece a empresas o subsidiarias independientes. [1] [2] [3] [4]
Los fabricantes de dispositivos integrados (IDM) diseñan y fabrican circuitos integrados. Muchas empresas, conocidas como empresas de semiconductores sin fábrica , solo diseñan dispositivos; Las fundiciones comerciales o exclusivas solo fabrican dispositivos para otras empresas, sin diseñarlos. Ejemplos de IDM son Intel , Samsung y Texas Instruments , ejemplos de fundiciones exclusivas son GlobalFoundries , TSMC y UMC , y ejemplos de empresas sin fábrica son AMD , Nvidia y Qualcomm .
Las instalaciones de producción de circuitos integrados son caras de construir y mantener. A menos que puedan mantenerse en un uso casi completo, se convertirán en una carga para las finanzas de la empresa propietaria. El modelo de fundición utiliza dos métodos para evitar estos costos: las empresas sin fábrica evitan costos al no poseer dichas instalaciones. Las fundiciones comerciales, por otro lado, encuentran trabajo en el conjunto mundial de empresas sin fábrica y, mediante una programación , fijación de precios y contratación cuidadosas, mantienen sus plantas en pleno uso.
Las empresas que diseñaron y produjeron los dispositivos fueron originalmente responsables de fabricar dispositivos microelectrónicos. Estos fabricantes participaron tanto en la investigación y el desarrollo de procesos de fabricación como en la investigación y el desarrollo del diseño de microcircuitos .
La primera empresa dedicada exclusivamente a los semiconductores es la Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation , una filial del gobierno Instituto de Investigación de Tecnología Industrial , que dividió sus divisiones de diseño y fabricación en 1987, [5] un modelo defendido por Carver Mead en los EE.UU., pero considerado demasiado costoso de llevar a cabo. La separación del diseño y la fabricación se conoció como el modelo de fundición, con la subcontratación de la fabricación sin fábrica a fundiciones de semiconductores . [6]
Las empresas de semiconductores sin fábrica no tienen ninguna capacidad de fabricación de semiconductores; y producción por contrato con un fabricante de fundición comercial. La empresa sin fábrica se concentra en la investigación y el desarrollo de un producto de circuito integrado; la fundición se concentra en fabricar y probar el producto físico. Si la fundición no tiene ninguna capacidad de diseño de semiconductores, es una fundición de semiconductores exclusiva.
No es necesaria una separación absoluta entre empresas sin fábrica y empresas de fundición. Siguen existiendo algunas empresas que realizan ambas operaciones y se benefician de la estrecha combinación de sus habilidades. Algunas empresas fabrican algunos de sus propios diseños y subcontratan la fabricación o el diseño de otros, en los casos en los que ven valor o buscan habilidades especiales. El modelo de fundición es una visión de negocio que busca optimizar la productividad.
Las primeras fundiciones comerciales formaron parte del servicio MOSIS . El servicio MOSIS brindó acceso de producción limitado a diseñadores con medios limitados, como estudiantes, investigadores universitarios e ingenieros de pequeñas empresas emergentes . [7] El diseñador presentó diseños, y estos diseños se fabricaron con la capacidad adicional de la empresa comercial. Los fabricantes podrían insertar algunas obleas para un diseño MOSIS en una colección de sus propias obleas cuando un paso de procesamiento fuera compatible con ambas operaciones. La empresa comercial (que actuaba como fundición) ya estaba ejecutando el proceso, por lo que MOSIS les estaba pagando por algo que ya estaban haciendo. Una fábrica con exceso de capacidad durante períodos lentos también podría ejecutar diseños MOSIS para evitar que costosos bienes de capital permanezcan inactivos.
La infrautilización de una costosa planta de fabricación podría provocar la ruina financiera del propietario, por lo que vender la capacidad excedente de obleas era una forma de maximizar el uso de la fábrica. Por lo tanto, los factores económicos crearon un clima en el que los operadores de fábricas querían vender el excedente de capacidad de fabricación de obleas y los diseñadores querían comprar capacidad de fabricación en lugar de intentar construirla.
Aunque MOSIS abrió las puertas a algunos clientes sin fábrica, obteniendo ingresos adicionales para la fundición y brindando un servicio económico al cliente, administrar un negocio en torno a la producción de MOSIS fue difícil. Las fundiciones comerciales vendían capacidad de obleas en forma excedente, como actividad comercial secundaria. Los servicios a los clientes eran secundarios al negocio comercial, con poca garantía de soporte. La elección del comerciante dictaba el diseño, el flujo de desarrollo y las técnicas disponibles para el cliente sin fábrica. Las fundiciones comerciales pueden requerir pasos de preparación patentados y no portátiles. Las fundiciones preocupadas por proteger lo que consideraban secretos comerciales de sus metodologías sólo podrían estar dispuestas a revelar datos a los diseñadores después de un oneroso procedimiento de confidencialidad .
En 1987, abrió sus puertas la primera fundición comercial dedicada al mundo: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) . [8] La distinción de "dedicado" se refiere a la fundición comercial típica de la época, cuya principal actividad comercial era la construcción y venta de sus propios productos de circuitos integrados . La fundición dedicada ofrece varias ventajas clave a sus clientes: primero, no vende productos de circuitos integrados terminados en el canal de suministro ; por lo tanto, una fundición dedicada nunca competirá directamente con sus clientes sin fábrica (obviando una preocupación común de las empresas sin fábrica). En segundo lugar, la fundición dedicada puede ampliar la capacidad de producción según las necesidades del cliente, ofreciendo servicios de transporte de baja cantidad además de líneas de producción a gran escala . Finalmente, la fundición dedicada ofrece un "flujo COT" (herramientas propiedad del cliente) basado en sistemas EDA estándar de la industria , mientras que muchos comerciantes de IDM exigían a sus clientes que utilizaran herramientas de desarrollo patentadas (no portátiles). La ventaja COT le dio al cliente un control total sobre el proceso de diseño, desde el concepto hasta el diseño final.
En 2009, las 17 principales fundiciones de semiconductores eran: [20]
(1) Ahora adquirido por GlobalFoundries
En 2008, las 18 principales fundiciones de semiconductores exclusivas eran: [21]
(1) Fusionada con CR Logic en 2008, reclasificada como fundición IDM
En 2007, las 14 principales fundiciones de semiconductores incluyen: [22]
Para ranking mundial: [23]
En 2004, las 10 principales fundiciones de semiconductores exclusivas eran: [ cita necesaria ]
Como todas las industrias, la industria de los semiconductores enfrenta desafíos y obstáculos futuros.
El costo de mantenerse a la vanguardia ha aumentado constantemente con cada generación de chips. La presión financiera la sienten tanto las grandes fundiciones comerciales como sus clientes sin fábrica. El coste de una nueva fundición supera los mil millones de dólares. Estos costos deben repercutirse a los clientes. Muchas fundiciones comerciales han creado empresas conjuntas con sus competidores en un esfuerzo por dividir los gastos de investigación y diseño y los gastos de mantenimiento de las fábricas.
Las empresas de diseño de chips a veces evitan las patentes de otras empresas simplemente comprando los productos de una fundición autorizada con amplios acuerdos de licencia cruzada con el propietario de la patente. [24]
Los datos de diseño robados también son motivo de preocupación; Los datos rara vez se copian directamente, porque las copias flagrantes se identifican fácilmente por las características distintivas del chip, [25] colocado allí ya sea para este propósito o como subproducto del proceso de diseño. Sin embargo, los datos, incluidos cualquier procedimiento, sistema de proceso, método de operación o concepto, pueden venderse a un competidor, lo que puede ahorrar meses o años de tediosa ingeniería inversa .