Zapraszamy do przeczytania artykułu, w którym Grzegorz Kamiński – jeszcze do niedawna związany z firmą onsemi, a obecnie już na emeryturze – w prosty sposób porządkuje wiedzę o rodzajach firm związanych z projektowaniem i produkcją półprzewodników oraz wyjaśnia co to jest front-end i back-end. Poddaje też w wątpliwość polskie tłumaczenie słowa „foundry”.

Grzegorz Kamiński na wakacjach w Portugalii

Grzegorz Kamiński: W ostatnim czasie dużo się pisze, także w prasie codziennej, na temat przemysłu półprzewodnikowego, że stał się przemysłem strategicznym, tak jak niektóre surowce. W Stanach Zjednoczonych powstał Chip Act, w Unii Europejskiej podobny dokument. Oba akty prawne pozwalają rządom inwestować bezpośrednio w przemysł półprzewodnikowy. Ale co to tak naprawdę jest i jakie są rodzaje firm działających w tej branży? Podam kilka przykładowych cytatów z ostatniego czasu:

• portal https://tek.info.pl/article/3778/top_20_producentow_polprzewodnikow podaje listę 20 największych producentów półprzewodników gdzie nr 1 jest Intel ale nr 2 jest już NVIDIA. Na liście nie ma takiej firmy jak TSMC, która często jest wymieniana wśród największych,
• tutaj https://techovedas.com/what-are-top-10-semiconductor-companies-as-per-their-brand-value-in-2024/ jest inna lista. Nr 1 jest już NVIDIA, nr 2 to wspomniane TSMC, ale na 8. pozycji jest słynna holenderska firma ASML – producent urządzeń do produkcji półprzewodników. Nie ma na niej już firmy Applied Materials, porównywalnej co do wielkości obrotów z ASML, też produkującej urządzenia do produkcji półprzewodników. Specjalnie napisałem “urządzenia do produkcji półprzewodników” nie określając o jakie chodzi, bo obie firmy produkują urządzenia do różnych procesów technologicznych i obie oferują najbardziej zaawansowane rozwiązania.
• na innym branżowym portalu https://elektronikab2b.pl/biznes/56386-wydatki-na-sprzet-dla-fabryk-plytek-300-mm-osiagna-137-mld-dolarow jest następująca informacja: “Prognozuje się, że globalne wydatki na urządzenia front–end do wytwarzania podłoży 300 mm osiągną rekordową kwotę 137 mld dolarów w 2027 r.” Co to zdanie tak naprawdę znaczy? Kto z czytelników rozumie pojęcie “front-end”? Obawiam się że niewielu z Państwa. Czy słowa “do wytwarzania podłoży 300 mm” oznaczają produkcję płytek krzemowych o średnicy 300 mm, czy raczej wytwarzanie chipów na takich płytkach? Oczywiście to drugie, ale ze wskazanego zdania to raczej nie wynika.

Z tego powodu postanowiliśmy uporządkować wszystkie pojęcia związane z przemysłem półprzewodnikowym oraz przekazać trochę wiedzy na temat technologii półprzewodnikowych. To pomieszanie pojęć często się bowiem bierze z automatycznego tłumaczenia angielskojęzycznych tekstów.

Dobrym przykładem jest angielskie słowo foundry, praktycznie zawsze tłumaczone jako odlewnia. Co ma wspólnego przemysł półprzewodnikowy z przemysłem metalurgicznym? Nie wiem. Kiedy zadałem pytanie Dr Google, dostałem poniższą odpowiedź:

What is a foundry in semiconductors?

A semiconductor manufacturer that makes chips for other companies. Also called „fabs,” semiconductor foundries make most of the chips in the world for hundreds of „fabless” companies that design but do not manufacture, including some of the largest and well-known tech leaders such as Qualcomm, NVIDIA and Apple.

Oczywiście musimy tu zapytać, czym jest “odlewnia” półprzewodników? Odpowiedź jest oczywista – to producent kontraktowy chipów, taki EMS, tylko wytwarzający chipy. Okazuje się, że wymieniona wyżej NVIDIA nie produkuje podzespołów półprzewodnikowych, mimo że jest na różnych listach “największych producentów półprzewodników”. NVIDIA tylko projektuje te podzespoły, natomiast wykonuje je dla niej właśnie powyższe “foundry”.

• Front-end to część produkcji podzespołu półprzewodnikowego obejmująca cały proces wytworzenia chipu / struktury półprzewodnikowej
• Back-end to część produkcji podzespołu półprzewodnikowego obejmująca proces montażu pojedynczego chipu w obudowę i testowanie końcowego gotowego podzespołu. Ten etap zawiera także cięcie całej płytki półprzewodnikowej na pojedyncze chipy.

W tym miejscu wyjaśnię, dlaczego przytoczony cytat “do wytwarzania podłoży 300 mm” oznacza wytwarzanie chipów na takich płytkach. W owym zdaniu to maszyny miały być do procesu front–end, co zgodnie z definicją oznacza wytwarzanie czipów. Często jako taki skrót myślowy podaje się, że fabryka typu “front-end” wytwarza płytki o określonej średnicy, najczęściej, 6- , 8- lub 12‑calowe (300 mm). Odnosi się to bardziej do wydajności fabryki, czyli ile takich płytek można w niej przetworzyć. Chip chipowi nie jest równy, różna jest też ich powierzchnia, dlatego tak wygodniej jest określać wydajność fabryki front-end.

Poniższy rysunek przedstawia etapy wytwarzania chipów, jakimi w części procesu front-end zajmują się poszczególne rodzaje firm półprzewodnikowych:

ODM (Original Design Manufacturer) to producent podzespołów półprzewodnikowych, który zajmuje się ich Projektowaniem, opracowuje Technologię, zajmuje się Produkcją chipów i jest właścicielem, w tym własności intelektualnej IP Gotowych produktów (chipów). Takimi firmami są Texas Instruments, Infineon czy onsemi. Zamiast ODM używana jest niekiedy nazwa IDM (Integrated Device Manufacturer).

Foundry – to producent kontraktowy chipów, wykonujący je na zlecenie innych firm, typu ODM lub Fabless. Opracowuje tylko Technologię i Produkuje chipy. Do grupy takich firm należą TSMC, Global Foundries, UMC. Ciekawe, że do tej grupy zalicza się Samsung, który również jest firmą ODM. Intel także planuje działać w tym modelu,czyli być jednocześnie firmą ODM i foundry.

Fabless – to producenci podzespołów półprzewodnikowych którzy nie posiadają własnych fabryk produkujących chipy. To tej grupy zaliczają się takie firmy jak NIVIDIA, Apple czy Qualcomm. W tym modelu działa też szereg mniejszych firm, jak np. Nordic Semiconductor. Firmy fabless zajmują się tylko Projektowaniem podzespołów półprzewodnikowych i są właścicielem Gotowych chipów, w tym własności intelektualnej IP. Produkcją dla nich zajmują się firmy foundry.  

Ekosystem firm związanych z projektowaniem i produkcją półprzewodników

Jak już wspomniałem, z usług foundry korzystają także firmy ODM. Przyczyną może być brak odpowiedniej technologii lub chęć przeznaczenia własnych mocy produkcyjnych na bardziej strategiczną produkcję. Niektóre firmy takie, jak Qualcomm czy Apple, działają w modelu Fab-Lite.

Model fab-lite zapewnia równowagę i niezależność od firm foundry. Firmy fabless, prowadzące działalność typu fab-lite, utrzymują jednostki produkcyjne na mniejszą skalę, często do zastosowań specjalistycznych. Te wewnętrzne “foundry” obsługują raczej prostsze technologicznie rozwiązania. Dla bardziej złożonych technologii firmy fab-lite wykorzystują klasyczne foundry zewnętrzne.

A co dalej z produkcją back-end?

Tutaj obowiązuje ten sam model. Firmy zajmującej się usługami back-end nie nazywa się foundry tylko OSAT (Outsourcing Assembly and Testing Services). Do grupy firm OSAT zaliczają się między innymi ASE Group, Amkor Technology Inc. czy Powertech Technology Inc.

W niniejszym artykule całkowicie pominęliśmy producentów maszyn do produkcji półprzewodników. Na pewno do nich wrócimy, bo o wielu z nich, jak np. ASML, pojawia się sporo artykułów. Jednakże – moim zdaniem – nie są to firmy półprzewodnikowe. Czy producenta pras do wytłaczania karoserii samochodowych nazwiemy producentem samochodów? Chyba nie.