Сокращение расходов на производство микросхем. 3 бизнес-модели

Производство специализированных микросхем (ASIC) одновременно лежит в области и науки, и искусства и требует обширных знаний. Использование одного из множества доступных вариантов, комбинирующих различные услуги подрядчиков и собственные внутренние ресурсы фирмы, требует понимания технических тонкостей, плюсов и минусов, а также финансовых результатов каждого варианта. Чем больше вы знаете, тем дешевле может быть производство ASIC для вашей компании.
Производственные издержки можно разделить на три части: производство кристаллических пластин, упаковка и контроль качества, включая электрические тесты для обеспечения правильной работы продукции. В долгосрочной перспективе, чем больше доля этой деятельности в работе компании, тем ниже производственные издержки. Однако зачастую оказывается невозможно, да и финансово нецелесообразно, сосредоточить весь производственный процесс в рамках одной фирмы.
В данной статье рассматриваются три самые распространенные бизнес-модели производства чипов и микросхем и финансовые составляющие каждой из них. На основании реального кейса, мы определим точки безубыточности объема производства, указывая очевидные финансовые преимущества одной производственной модели по сравнению с другой.

Три способа производства чипов и микросхем

Прежде всего, давайте кратко повторим три основных модели разработки и производства ASIC.

                                                     

Самый простой способ создать электронный продукт – это использовать стандартные готовые компонентов. В этом случае стандартные электронные компоненты закупаются у любой из крупных компаний, таких как Intel, Broadcom или Analog Devices, а готовый продукт разрабатывается на основе этих компонентов.
Этот метод характеризуется быстрым созданием прототипа, низкими производственными затратами и скорым выходом на рынок. Главный недостаток – это отсутствие дифференциации от конкурентов, ведь конечный продукт легко скопировать. Еще одним недостатком является зависимость от поставщиков чипов в плане доступности компонентов. Если стандартный компонент устареет, вам придется перерабатывать продукт.
С финансовой точки зрения, затраты на разработку минимальны. Однако поставщики чипов получают высокую валовую прибыль – как правило, 50-65%. Это можно проверить на основе открытых данных фондовой биржи о поставщиках чипов.

Как следует из названия ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, специализированная интегральная микросхема), эта модель позволяет разработать устройство (чип и/или интегральную схему) для выполнения определенных задач.
В модели ASIC ваша компания становится участником процесса создания ASIC. Вы выполняете (большой или малый) объем проектных работ, на которые способна ваша компания – либо внутри компании, либо с помощью партнеров, — а затем передаете остальную часть производства на аутсорсинг поставщику ASIC. Поставщик ASIC приобретает кристаллические пластины, собирает кристаллы, изготавливает микросхему, а затем проверяет ASIC на наличие дефектов.
Главным преимуществом модели ASIC является право на интеллектуальную собственность (ИС). Проделанную работу можно усовершенствовать и использовать заново, а микросхемы не могут быть скопированы конкурентами. Выбранный вами поставщик ASIC производит микросхемы и несет ответственность за производство, что исключает необходимость нанимать штатных специалистов, имеющих опыт в производстве полупроводников; за управление логистикой, планированием и цепочкой поставок; а также за координацию работы нескольких партнеров. Наконец, модель ASIC позволяет избежать неожиданностей, вызванных устаревшими компонентами, и предлагает уникальную микросхему, которую невозможно скопировать.
С финансовой точки зрения, модель ASIC обычно предполагает валовую прибыль поставщика ASIC в размере 30-50% от спецификации. Более низкая валовая прибыль (по сравнению с использованием стандартных компонентов) обусловлена тем, что компания владеет разработками (без роялти) и несет меньшие затраты на дистрибуцию. С другой стороны, модель ASIC требует больших первоначальных инвестиций на этапе проектирования ASIC.
Модель производства микросхем ASIC широко используется в медицинской и телекоммуникационной промышленности, где компании полностью контролируют разработку своих микросхем, но используют поставщиков ASIC для производства готовой продукции, поскольку не имеют достаточного опыта изготовления работы с кремнием.
Еще один феномен, с которым вы можете столкнуться – это производитель интегрированных устройств (IDM), который имеет большие объемы производства и переходит с модели «стандартных компонентов» на модель ASIC с целью снижения затрат. Например, один IDM, который использовал стандартные компоненты стоимостью 8$ за устройство, смог уменьшить стоимость компонентов до 5$, перейдя на модель ASIC.

Модель изготовления силами заказчика, обычно называемая COT (Customer Owned Tooling), является вариантом «сделай сам» в производстве полупроводников. В модели COT вы полностью берете на себя ответственность за разработку микросхемы и производство собственного чипа. Это включает в себя передачу проектных данных GDSII производственному предприятию, такому как TSMC, GLOBALFOUNDRIES или UMC, и непосредственное взаимодействие с дополнительными поставщиками полупроводников для разработки упаковки и проведения необходимых испытаний.
Привлекательность модели COT заключается, прежде всего, в сокращении затрат, поскольку прямое взаимодействие с поставщиками позволяет снизить валовую прибыль посредников. На основе знаний сотрудников компании, вы управляете цепочкой поставок и, следовательно, максимально оптимизируете процесс по отдельным направлениям.
Эта модель идеально подходит для дорогостоящих проектов с высоким объемом производства или большой микросхемой, требующей значительных затрат. Например, в долгосрочной перспективе, компания, экономящая на масштабах проектов, может получить дополнительные 10% экономии от сокращения всего одного или нескольких партнеров-поставщиков.
Однако для того, чтобы эта модель была выгодна, необходимы большие первоначальные инвестиции, чтобы внедрить модель COT, а также возможность экономить на масштабе. Кроме того, требуется значительный объем внутренних знаний технического характера, которые часто недооцениваются. Это включает в себя знания о рабочих процессах производства кремния, возможность нанять квалифицированных специалистов по разработке микросхем, управление поставщиками упаковки, тестирование и управление логистикой всей цепочки поставок. Кроме того, вы также должны управлять и устранять проблемы в работе поставщиков, заниматься вопросами качества, планирования и т. д.
Часто компании предпочитают сосредоточиться на основной деятельности по разработке и маркетингу новых продуктов и не расширяться, а инвестировать в развитие разработки и производства микросхем. Большинство компаний не имеют такого количества проектов и объема производства, которые сделали бы модель COT экономически целесообразной.

Сравнение бизнес-моделей

Наверно, проще всего понять эти три варианта производства микросхем, представив их в виде пиццы. (Конечно, это упрощенное сравнение, однако оно раскрывает суть каждого из методов):
Магазинная пицца (= стандартные компоненты) подразумевает самую быструю и дешевую разработку, однако не позволяет контролировать доступность и ингредиенты. Кроме того, супермаркет несет расходы на дистрибуцию и процент отходов.
Пиццерия (= модель ASIC) предлагает уникальную, высококачественную продукцию, процессом производства которой управляют профессионалы. Здесь затраты на дистрибуцию и невостребованную продукцию сведены к минимуму, так как пицца заказывается и забирается в одном и том же месте.
Домашняя пицца (= модель COT) предлагает полную собственность и контроль над процессами «проектирования» и производства пиццы. Однако это требует специальных знаний, а также первоначальных инвестиций в ресурсы и оборудование, например, печь для выпекания.

	Магазинная пицца (стандартные компоненты)	Пиццерия (модель ASIC)	Домашняя пицца (модель COT)
Первоначальные инвестиции	•	••	•••
Необходимые знания	•	••	•••
Уровень контроля	•	••	•••
Стоимость единицы продукции	Высокая	Средняя	Низкая
Контроль за работой	Ограниченный	Полный	Полный
Риски	Низкие	Средние	Более высокие

Пример из жизни

Работу трех моделей производства ASIC и их финансовые аспекты можно проиллюстрировать на примере кейса из реальной жизни со следующей спецификацией:

 

Технология	130 нм CMOS
Размер кристалла	10 мм3
Упаковка	QFN
DPW	3000 кандидатов на 8 дюймовую пластину
Доходность	80% (пластина + упаковка)
Мощность	1 Ватт
Объем	1 миллионов в год

Исходя из этой спецификации, общие издержки за 5 и 10 лет работы проекта будут рассчитываться следующим образом:

	Стандартные компоненты	ASIC	COT
Формула затрат	Объем x стоимость компонентов	Объем x стоимость компонентов + затраты на разработку	Объем x стоимость компонентов + затраты на разработку + затраты на управление цепью поставок
Расчет затрат	Объем x 2,10$	Объем x 0,95$ + 1,1$ млн	Объем x 0,82$ + 1,1$ млн + 1,0$ млн
Общие затраты (X5 лет)	5M x 2,10$ = 10,5$ млн	5M x 0,95$ + 1,1$M = 5,85$ млн	5M x 0,82$ + 2,1$M = 6,2$ млн
Общие затраты (X10 лет)	10M x 2,10$ = 21$ млн	10M x 0,95$ + 1,1$M = 10,6$ млн	10M x 0,82$ + 2,1M = 10,3$ млн

 

Расчет затрат для этого проекта будет включать в себя:

Затраты на компоненты – это стоимость спецификации для каждого компонента (пластина, тестирование пластин, упаковка и заключительное тестирование). Стоимость компонентов в разных моделях различна из-за валовой прибыли поставщиков.
Разработка – в моделях ASIC и COT разработка чипа/микросхемы выполняется либо внутри компании, либо с привлечением внешнего подрядчика. Это требует первоначальных инвестиций, которые могут существенно отличаться в зависимости от доступности микросхем, сложности продукта и уровня необходимых знаний. В этом кейсе предполагаемая стоимость разработки проекта составляет 1,1 миллиона долларов, включая комплект фотошаблонов и другие мероприятия по развертыванию производства.
Управление цепочками поставок – производственная модель COT предполагает полное владение и управление производственным процессом. По нашим оценкам, использование данных инструментов, персонала, знаний и оборудования, принадлежащих компании, добавит еще 1 миллион долларов к стоимости проекта за весь период его выполнения.

Вывод

Для какого объема производства подходит каждый из методов?

Хотя каждый проект уникален и выдвигает различные требования, влияющие на производственные решения, например, защита микросхем, возможность повторного использования, а также располагает различными финансовыми и человеческими ресурсами, основной параметр – всегда издержки. Как показывают данные в этой статье, ключевым фактором для определения наиболее экономически эффективной модели производства для вашего проекта может стать объем производства за весь срок работы. Ниже это показано на диаграмме, в которой общие затраты рассматриваются как функция объема. В нашем случае, модель ASIC оказывается более экономичной, чем использование стандартных компонентов, и требует производства около 1 млн единиц, в то время как финансовая эффективность модели COT достигается при объеме производства свыше 7,5 млн единиц.

Издержки производства ASIC

 

 

Источник: asic.madebydelta.com