El modelo de fundición es un modelo de negocio de fabricación e ingeniería de microelectrónica que consiste en una planta de fabricación de semiconductores , o fundición, y una operación de diseño de circuitos integrados , cada una perteneciente 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 fabless , solo diseñan dispositivos; las fundiciones comerciales o pure play solo fabrican dispositivos para otras empresas, sin diseñarlos. Ejemplos de IDM son Intel , Samsung y Texas Instruments ; ejemplos de fundiciones pure play son GlobalFoundries , TSMC y UMC ; y ejemplos de empresas fabless son AMD , Nvidia y Qualcomm .
Las instalaciones de producción de circuitos integrados son caras de construir y mantener. A menos que se puedan mantener en un uso casi completo, se convertirán en una carga para las finanzas de la empresa que las posee. El modelo de fundición utiliza dos métodos para evitar estos costos: las empresas fabless evitan los costos al no poseer dichas instalaciones. Las fundiciones comerciales, por otro lado, encuentran trabajo en el grupo mundial de empresas fabless 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 la fabricación de 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 semiconductores fue Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation , una escisión del Instituto de Investigación de Tecnología Industrial del gobierno , que dividió sus divisiones de diseño y fabricación en 1987, [5] un modelo defendido por Carver Mead en los EE. UU., pero que se consideró demasiado costoso de seguir. 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 capacidad para fabricar semiconductores y contratan la producción 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 la fabricación y prueba del producto físico. Si la fundición no tiene capacidad para diseñar semiconductores, se trata de una fundición de semiconductores pura.
No es necesaria una separación absoluta entre empresas que no fabrican y empresas que funden. 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 contratan a terceros para que fabriquen o diseñen otros, en los casos en que ven valor o buscan habilidades especiales. El modelo de fundición es una visión empresarial que busca optimizar la productividad.
Las primeras fundiciones comerciales formaban parte del servicio MOSIS , que ofrecía acceso limitado a la producción a diseñadores con recursos limitados, como estudiantes, investigadores universitarios e ingenieros de pequeñas empresas emergentes . [7] El diseñador enviaba diseños y estos diseños se fabricaban con la capacidad adicional de la empresa comercial. Los fabricantes podían insertar algunas obleas para un diseño MOSIS en una colección de sus propias obleas cuando un paso de procesamiento era compatible con ambas operaciones. La empresa comercial (que actuaba como fundición) ya estaba ejecutando el proceso, por lo que MOSIS efectivamente les pagaba por algo que ya estaban haciendo. Una fábrica con exceso de capacidad durante períodos lentos también podía ejecutar diseños MOSIS para evitar tener inactivos equipos de capital costosos.
La infrautilización de una costosa planta de fabricación podía llevar a la ruina financiera del propietario, por lo que la venta de la capacidad excedente de fabricación 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 las fábricas querían vender la capacidad excedente 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 fabless, lo que generó ingresos adicionales para la fundición y brindó un servicio económico al cliente, era difícil administrar un negocio en torno a la producción de MOSIS. Las fundiciones comerciales vendían capacidad de obleas sobre una base excedente, como una actividad comercial secundaria. Los servicios a los clientes eran secundarios al negocio comercial, con pocas garantías de soporte. La elección del comerciante dictaba el diseño, el flujo de desarrollo y las técnicas disponibles para el cliente fabless. Las fundiciones comerciales podían requerir pasos de preparación propietarios y no portátiles. Las fundiciones preocupadas por proteger lo que consideraban secretos comerciales de sus metodologías podían estar dispuestas solo a entregar datos a los diseñadores después de un oneroso procedimiento de confidencialidad .
En 1987, abrió sus puertas la primera fundición comercial dedicada del mundo: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) . [8] La distinción de "dedicada" se refiere a la fundición comercial típica de la época, cuya actividad comercial principal era la construcción y venta de sus propios productos de circuitos integrados . La fundición dedicada ofrece varias ventajas clave a sus clientes: en primer lugar, no vende productos de circuitos integrados terminados en el canal de suministro ; por lo tanto, una fundición dedicada nunca competirá directamente con sus clientes fabless (evitando una preocupación común de las empresas fabless). En segundo lugar, la fundición dedicada puede escalar la capacidad de producción a las necesidades de un 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 propietarias (no portátiles). La ventaja COT le dio al cliente un control completo sobre el proceso de diseño, desde el concepto hasta el diseño final.
En 2009, las 17 principales fundiciones de semiconductores eran: [20]
(1) Ahora adquirida por GlobalFoundries
En 2008, las 18 principales fundiciones de semiconductores dedicadas exclusivamente a este sector eran: [21]
(1) Se fusionó con CR Logic en 2008 y se reclasificó como fundición de IDM.
En 2007, las 14 principales fundiciones de semiconductores incluían: [22]
Para el ranking mundial: [23]
En 2004, las 10 principales fundiciones de semiconductores dedicadas exclusivamente a este sector eran: [ cita requerida ]
Como todas las industrias, la industria de los semiconductores enfrenta desafíos y obstáculos futuros.
El coste de mantenerse a la vanguardia ha aumentado de forma constante con cada generación de chips. La presión financiera se está sintiendo tanto en las grandes fundiciones comerciales como en sus clientes que no tienen fábricas. El coste de una nueva fundición supera los mil millones de dólares. Estos costes deben trasladarse a los clientes. Muchas fundiciones comerciales han entrado en 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 a una fundición autorizada con amplios acuerdos de licencia cruzada con el propietario de la patente. [24]
El robo de datos de diseño también es un problema; rara vez se copian directamente, porque las copias flagrantes se identifican fácilmente por las características distintivas en el chip [25] , colocadas 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, que puede ahorrar meses o años de tediosa ingeniería inversa .