ST联手TowerSemi，“餐饮店”合作模式走进无尘室？

6月底，欧洲和中东两家顶尖的半导体企业联手的消息引发了业界热议：意法半导体（以下简称ST）宣布Tower Semiconductor（以下简称TowerSemi）“入伙”其意大利 Agrate R3 12英寸晶圆厂。 

从公布的细节上看，双方的合作方式有些奇特：ST和TowerSemi共享R3的无尘室，TowerSemi 可以在厂房三分之一的空间内安装自己的设备。除了空间共用之外，双方还有人员调配的合作。ST总统筹晶圆厂的运营管理，可以借调部分TowerSemi研发人员担任特定角色，以支持晶圆厂的产品线认证和产能提升，以及其他工程项目角色。

绝妙的组合

根据多家主流半导体媒体的报道，以及ST CEO Jean-Marc Chery在官方网站上披露的信息可以得知，PMIC、模拟混合信号和某些射频领域的130、90和65nm工艺将成为TowerSemi入驻后第一批上线的产品，TowerSemi CEO Russell Ellwanger还补充了一条重要信息，双方的合作能把这座初建于2018年的晶圆厂产能提高两倍。

ST的Agrate R3晶圆厂从立项到上马经历过一些小插曲。在2018年第四季度财报会上，Jean-Marc Chery公布了这一雄心勃勃的建厂计划，当时他透露公司将在2019年追加12亿-13亿美元的投资，其中一大部分都将砸向Agrate这座新厂。早期计划是在2021年实现量产，发力点主要集中在BCD、IGBT 和PMIC，但最终的量产时间一拖再拖，目前定在了2022年下半年。

综合各方面情况，主要是两方面原因：首先是半导体市场风云变幻，ST在Agrate产品线的走向方面出现了摇摆，出于利润率的考虑，在消费类电子PMIC还是汽车功率类的IGBT的权衡颇费周折；其次则是设备的到位率。当然，也与全球缺芯的大环境息息相关。

意大利政府经济发展部部长Giancarlo Giorgetti出席了Agrate新厂的开工仪式，可以推断政府部门对ST扩产计划给予了政策上的支持。产能压力之下，ST与TowerSemi这桩非同寻常的合作的直接原因也就浮出了水面：晶圆厂的利用率。

TowerSemi 高级副总裁Avi Strum告诉以色列当地媒体，如果从零到一建设一座晶圆厂，从打地基到量产需要2.5年-3年，不但前期投入巨大，而且因为生产周期的原因，风险很高，对正在寻求扩产的TowerSemi来说，这几乎是个完美的时刻，可以无缝衔接。根据协议，TowerSemi将为晶圆厂投资超过5亿美元的设备，其中包括明年（2022年）的1亿美元。

另据报道，双方共享无尘室将使TowerSemi的12英寸产能增加两倍以上。目前，该公司在日本鱼津市（Uozo）有一座与日本新唐（前松下半导体）的合资12寸晶圆厂，TowerSemi还预计ST的Agrate晶圆厂如果满载，每月至少会再为TowerSemi增加3亿—4亿美元的年营业额。由于这是一座新厂，毛利率最初将略高于20%左右（20%也是TowerSemi的毛利率平均水平），而不是老晶圆厂增量销售预期的50%以上。

从ST的角度看，这桩合作也相当符合双赢原则。公司CEO毫不讳言，晶圆厂的工业和经济性能的关键参数之一就是利用率，对目前的Agrate厂来说，无论是生产线规模还是订单对接都与当初的计划发生了重大变化，此时让TowerSemi这样一家和ST产品组合相当有默契感（模拟类芯片、MEMS和电源管理）的专业代工厂入驻，可以从生产的早期阶段就达到晶圆厂的最佳利用率。

TowerSemi何所求？

全球各大半导体企业，尤其对纯代工厂来说，利用率或者开工率直接和成本摊薄、营业利润息息相关，一些Fabless和 IDM公司也在不同程度上面临这个问题，为了解决设备空耗、折旧率以及供需不平衡的难题，设备迁移、改料，平衡自产与外包等等手段不一而足。比如日本汽车芯片大厂瑞萨多年来一直在调整外包比例，甚至为了抵御潜在未知的风险，宁可牺牲10%的设备空转带来的额外成本，也要保证提前拿到订单，优化交付时间，并且在自产和外包之间保持着三七开的流动比率。

今年年初TowerSemi公布了2020年第三财季的财报，财报发布之时恰逢全球汽车缺芯潮有黑云压城之势。TowerSemi为Fabless和IDM企业代工模拟和混合信号半导体芯片，产品组合在汽车芯片领域的应用极为广泛，供应链的不平衡让TowerSemi这样一个模拟代工厂相对处在更强势的一方。相应地，公司在第三财季达到3.1亿美元营收的基础上对第四财季和整个2021财年做了一个相当乐观的估计。

但CEO Russell Ellwanger在财报会议上透露出了一个隐忧。2020年秋季，以色列本土工厂曾遭受黑客网络袭击，对制造车间的设备利用率造成了很大困扰，之后在全球芯片短缺的刺激之下，利用率虽有所提升，但依然徘徊在50%到70%之间，这对立志扩产的TowerSemi 来说显然不是一个理想的数字。纵观目前TowerSemi在以色列本土和美国的四个自有晶圆厂（三座8英寸，一个6英寸），以及日本的三座（包含8英寸和12英寸）产能支持，平均产能利用率也基本在60%左右。

就TowerSemi此次和ST合作一事，Towersemi负责中国区运营的全球副总裁秦磊向笔者解释称，“如果要扩1000片12英寸晶圆的话，算下来投资也要一亿美元左右，而且回报周期较长，没有规模效应很难盈利，TowerSemi与ST同时找到了一个时间节点，双方一拍即合，虽然ST并非TowerSemi的客户，但两家公司把厂房以及工厂运营的成本‘共享’掉一部分之后，在保证投资规模的情况下是符合双边经济利益的。”

集微网还进一步了解到，TowerSemi此举虽很有创制色彩但也并非是完全的“凿空”——20年前，因经济低迷，开工率当时只有30%的TowerSemi和安森美有过类似的合作，安森美拿到了TowerSemi Fab1 厂四分之一的产能，不但重组了制造部门的结构，还一起和TowerSemi平摊了厂房支出成本。

利用率，念兹在兹

那么，对IDM或者纯代工厂来说，晶圆厂利用率达到多少才算的上是优等？

全球知名半导体分析机构的某资深分析师告诉集微网，理想状态下晶圆厂的利用率应该要达到90%，为了提升利用率，各家企业有着不同的手段组合，常见的方式有以下几个：

1、直接砍掉长期闲置的非主流设备的运转；

2、优化楼层平面设计，减少设备入场的等待时间；

3、对有可能存在的各种瓶颈环节仔细诊察，确保关键设备的到位；

4、优化设备的运转，降低重复维修的概率；

5、增强库存管理，尤其要确保有存放周期的化学材料的供应和库进库出。

这位资深分析师还着重告诉集微网，晶圆厂的利用率和产能未必正相关。产能高、利用率也高或者产能低、利用率低这两种情况都很常见。但晶圆厂的利用率是可以控制的，在某些情况下，晶圆厂会故意以低利用率运行——主打存储芯片的IDM在市场条件不佳时往往会选择这样做，因为最适合其晶圆厂费用/收入比率，或者在某些情况下模拟/分立器件晶圆厂在过渡到更大的晶圆尺寸时也会这样做，因为经济规模还在，形势仍然有利于这些厂商（尽管利用率相对比较低）。

那么，交付期（leading time）是否和利用率完全正相关呢？该分析师也给出了否定的回答。订单和交货的时间差长短主要取决于以下几个因素：

1、芯片类型的工艺节点。存储芯片相对逻辑芯片来说走的流程更少，所以交付期往往更短，一般来说工艺越高的芯片，交付期就越长，毕竟这类芯片为了保证良率，走的检测流程也会更长一些；

2、外部的市场环节，尤其是有无接到大的订单；

3、晶圆厂的运行效率