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芯片代工的过去、现在和未来

2021-09-22 歪睿老哥 阅读:
本文介绍了芯片代工的过去、现在和未来。

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1:产业升级fJqednc

上个世纪八十年代,日本半导体,家电产品冲击美国市场,美国因长期负债,贸易逆差,开始强迫顺差日本货币升值,并和日本签订了著名的广场协议。fJqednc

自己生病,让别人吃药,这个就是美国人一向的解决问题方式。fJqednc

彼时彼刻,恰如此时此刻,这些手段和现在美国打压中国高科技行业如出一辙,但是“时代早已变了”。fJqednc

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除了日本外,以加工出口为核心的台湾地区也是美国人压迫的对象,不到两年时间,新台币兑美元的汇率已从40元上升到25元。台湾地区出口竞争力大失,企业纷纷出走,转战中国大陆、东南亚等地。fJqednc

当时中国大陆正值改革开放,国家政策对外资特别是台资青睐有加,加上大陆人力成本非常低,两岸同文同种,来大陆设厂则是台资的第一选择,台系工厂也是遍地开花,当时,对于大陆普通人来说,能够进入台系工厂也是一个薪资不错的工作,那段历史也代表了一段台湾向大陆产业转移的历史。fJqednc

为了避免产业空心化,当时台湾地区有识之士寄希望于以半导体科技带动产业升级。当时台湾“行政院长”孙运璿,将目光瞄向了大洋彼岸的美国,希望通过引进半导体科技领头人,带动普通来料加工到高附加值产业升级。fJqednc

那谁是当时美国半导体行业的华人职位天花板。fJqednc

如果答案只有一个,那个人就是张忠谋。fJqednc

张忠谋,1931年生于宁波。张家书香门第,其父张蔚观毕业于上海沪江大学,曾担任宁波财政局长,张忠谋的三叔张思侯,曾在哈佛攻读电信硕士学位,之后又拿到应用物理博士学位。后来在美国东北大学任教。fJqednc

18岁以前,张忠谋跟着父母躲战乱,在日本人的炮火下辗转过六个城市,动荡时局下前后换了十所学校。辗转迁徙于宁波,南京、广州、重庆、上海、香港。fJqednc

本文之所以把这些城市事无巨细的全部都列出来,其实是想说一件事。fJqednc

张忠谋并不是大家想象的那样,全家从大陆撤退先去台湾,然后再去的美国。fJqednc

张忠谋成年之前在大陆,成年之后在美国,他和台湾其实没有什么的交集。fJqednc

这位前半生和台湾毫无瓜葛的台湾半导体之父,最终在台湾建立了“芯片代工帝国”。fJqednc

1949年,张忠谋一家从上海离开到了香港。在沪江大学(现址是上海理工大学)才读了2个月的张忠谋又一次面临去哪里学习的问题?当时在美国当教授的三叔,给他出了个主意,去美国哈佛大学读书。正是张忠谋的三叔这个建议,把这个懵懂小青年带入了美国哈佛大学,也改变了张忠谋的一生。fJqednc

张忠谋在哈佛大学呆了一年,就转学到麻省理工。张忠谋在这里学习了四年(大学三年,硕士研究生一年)。1955年,完成麻省理工硕士学位课程之后,张忠谋两度报考麻省理工博士失败。fJqednc

这是他一生中最大的打击,也是他一生最大的幸运。正是因为进不了博士班,他误打误撞地闯进了半导体行业。fJqednc

当时正值二战后美国经济腾飞,到处都是工作机会,张忠谋毕业收到了几份offer,其中包括福特这种知名大厂,还有一个不知名的小公司“希凡尼亚”。当时,福特给的工资是479美元每月,而希凡尼亚给出480美元每月.fJqednc

一元之差,张忠谋没有选择福特而是选择了“希凡尼亚”,这个选择诞生了当前半导体行业中最重要的人物。张忠谋在“希凡尼亚”完成了从一个行业小白到半导体工程师的转变。fJqednc

当时正值美国半导体行业的大潮,半导体行业缺人现象非常严重。所以即使专业不对口也可以获得一份工作。fJqednc

同样,当前中国芯片设计业人才急缺,目前一些从“生化环材”行业转芯片设计验证的同学,也能比较容易的获得不错的机会,这个就是时代大潮对于普通人的影响,张忠谋无疑就赶上了美国半导体行业大潮。fJqednc

在入门半导体行业之后,拥有三年工作经验的张忠谋得到了德州仪器的“青睐”。正是在德州仪器,张忠谋认识了一个非常有想法的工程师,这个人叫做杰克.基比。两人经常一起喝咖啡聊天。一天,杰克告诉张忠谋,他正计划把电晶体、两极体,加上电阻,组成一个电路放在同一颗硅晶片上。fJqednc

在这个之前,所有的电路都是分离的晶体管,通过外部连线进行连接。而杰克.基比的想法是在同一块硅晶片上将这些集成在一起。他给这个电路起名叫做“集成电路”(integrated circuit),简称IC。后来,杰克·基比获得了诺贝尔物理学奖。fJqednc

一场革命到来了!fJqednc

集成电路可以把芯片做的很小,功能却可以做的很复杂。小小的芯片带来了却是计算机技术革命和信息技术的飞速发展。fJqednc

从此以后,张忠谋就和集成电路结下了不解之缘。张忠谋在德州仪器的专长是芯片的制造。他的工作很快获得了公司的认可。张忠谋在1961年9月在职考取了斯坦福大学电机系的博士生。麻省理工博士落榜的阴影一扫而光。而这时他已在三大名校呆过(哈佛大学一年,MIT的学士、硕士,斯坦福大学的博士),光环罩身。fJqednc

1964年33岁的取得博士学位的张忠谋重回德州仪器,这里将会有更大的舞台等着他。fJqednc

1965年,张忠谋升任集成电路部门总经理。1972年,张忠谋先后就任德州仪器公司副总裁和资深副总裁,是德州仪器的第三号人物,仅次于董事长和总裁。此时德州仪器早已成为世界第一,在全球有6万员工,其中一半归张忠谋管。是最早进入美国大型公司最高管理层的华人。fJqednc

这时的张忠谋还没有意识到,他将和杰克·基比,戈登.摩尔等人一样,称为集成电路产业的传奇。fJqednc

2:三顾茅庐fJqednc

1982年,身为台湾地区的二把手,“行政院长”孙运璿,给张忠谋发了一封英文版的offer letter,在信中,孙运璿诚恳的希望张忠谋担任工研院院长一职。fJqednc

孙运璿,山东蓬莱人,1934年,第一名的成绩毕业于哈尔滨工业大学,他毕业后不愿为“伪满”效力。后加入南京国民政府,参与湘潭湘江电厂的筹备与建设,此后随国民党来台,用了二十年时间,孙运璿由处长、总工程师、一路升至台电的总经理,为台湾电力事业立下汗马功劳孙运璿升任“经济部长”,“行政院长”等职。fJqednc

1973年,孙运璿力排众议,仿效韩国的“科技研究院”,成立以政府资金为主的半官方机构工业技术研究院,这就是大名鼎鼎的台湾”工研院“。fJqednc

工研院成立伊始就选择以集成电路方向为突破口,1975年,台湾工研院以CMOS(互补式金属氧化层半导体)技术作为引进标的,向十四家美国著名半导体制造厂商发出合作邀请书,经过筛选及协商后,美国RCA公司同意以350万美金较低的价钱将技术移转工研院,其中涵盖培训电路设计、光罩制造、晶圆制造、封装测试与生产管理等人才。台湾半导体产业发展由此开始。消化吸收了RCA的技术,工研院后来的一二十年时间陆续孵化了联电,台积电,世界先进,华邦等知名半导体公司。fJqednc

在人才培养方面,工研院也是台湾电子产业发展的“黄埔”军校。当今许多科技业名人如联电董事长曹兴诚、联发科董事长蔡明介等人,均出自工研院。孙运璿筹划的工研院与半导体产业成为1980-2000年代的台湾电子产业的“动力火车”。孙运璿也因此被称为“工研院之父”。fJqednc

工研院是孙运璿的一手创造的,被视为“亲儿子”。这个职位分量很重,也很有诚意。fJqednc

而当时是德州仪器副总裁,三把手的张忠谋却拒绝了孙运璿。fJqednc

张忠谋说。“谈过之后,我发现他们对于美国企业主管的待遇不太了解”。潜台词是说,虽然台湾是亚洲四小龙,但是给的待遇还是太小气了。fJqednc

一顾茅庐,出师不利。fJqednc

孙运璿比当时的台湾地区领导人“小蒋”小4岁,一度被看作“小蒋”的接班人。但天不随人愿,1984年,孙运璿脑溢血,随经救治挽回生命,但已退出了政治舞台。fJqednc

没有了孙运璿,继任者仍然不放弃招揽张忠谋的想法。fJqednc

一年后,1985年,新任“行政院长”俞国华、“政务委员”李国鼎、“工研院董事长”徐贤修又发出了对张忠谋的邀请。二顾茅庐,这次阵容更为强大。fJqednc

俞国华,浙江奉化人,从籍贯就能看出来,是老蒋老乡,也是蒋家的嫡系,被称为“蒋家账房”,擅长经济。fJqednc

徐贤修,浙江温州人,曾考入清华大学,1946年赴美留学并留美任教,在蒋经国时代,出任台湾“国家科委”主任,主持修建了新竹工业园,使之成为东方的“硅谷”,被誉为”新竹之父“,迄今为止仍然是台湾高科技产业集聚地,后来的台积电的大本营就在新竹科技园,新竹的特产就是“芯片”,全世界很大一部分的芯片就产自新竹,台积电工程师工资也很高,新竹是全台湾地区平均薪资最高的地区,以至于新竹房价涨幅是台湾之冠。fJqednc

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最后一个台积电成立的关键人物出场了,李国鼎。有人说,没有李国鼎就没有台积电。fJqednc

李国鼎,江苏南京人,后来在国立中央大学(今南京大学)读物理,后来去剑桥大学留学,因七七事变,日军全面侵华,毅然中断学业选择了报效国家。海外经历,物理背景,让李国鼎可以快速理解半导体等新技术。在台湾高科技产业起飞时期,李国鼎招揽了很多海外华人来台湾创业。fJqednc

李国鼎认为,单纯的自由贸易区不适合台湾,因为附加价值不高,“我们需要充分就业,所以用人力做加工的工作,以增加产品的出口价值。加工出口区可以藉由加工增加经济价值。”。fJqednc

李国鼎后来主管科技事务,成为台湾电子科技产业腾飞的教父。fJqednc

工研院,新竹工业园,出口加工区,那是台湾高科技科技产业高光的时刻,一批孙运璿,李国鼎,徐修贤等等从大陆去台湾的外省官员和大陆去美国的高科技人才起到了决定性的作用。实际上包括台积电、鸿海、宏碁、台达电、日月光、大立光等公司,都是在上个世纪七八十年代成立的。在这些人的努力下,或引进人才,或招商引资,或产业立园,台湾终于成了全球电子产业链上不可或缺的一环。fJqednc

这次,有三位重量级人物的邀请,同时张忠谋的地位也已发生了变化,尽管他已经跳槽到通用器材担任了一年半的总裁,但是,已经不再是在德州仪器那样呼风唤雨的风云人物了。fJqednc

已经53岁的张忠谋,早已经实现了财务自由,这次也不再计较台湾工作能拿多少薪水,就接下了工研院院长的职务。fJqednc

台湾地区的这些主政者,三顾茅庐,请来了张忠谋,也给台湾半导体行业搬来了一座“神山”。fJqednc

3:芯片代工fJqednc

当时,基本上所有的芯片公司都是IDM,就是设计,生产都是在一起的,包括英特尔,IBM,以及张忠谋的老东家德州仪器等等。甚至AMD也是有自己的产线的,只不过2008年才卖给了沙特财团,改名叫GlobalFoundries(格芯)。fJqednc

而把设计交给客户,自己不参与设计与客户竞争。专注“芯片代工”是一个创造性的想法。也是是一次商业模式创新。fJqednc

有了芯片代工厂,芯片设计公司(fabless)就可以以极小的代价来设计芯片,只需要把最后的芯片设计文件(gds)交付为生产厂家就可以了,极大的降低了设计行业的门槛。芯片设计就不再是巨头才能玩的游戏了。必然带动更多的玩家进入这个领域。fJqednc

握紧拳头,手里是空的;伸开双手,拥有全世界。fJqednc

要说张忠谋来台湾开始就要创建台积电,成为世界代工之王,这个就有太“扯”了。这时的张忠谋,53岁,来台湾干什么是不清楚的。fJqednc

实际上,台湾的第一家半导体厂商,根本不是台积电,而是联电,并且在张忠谋来台湾前就有了。并且也有一员干将,曹兴诚,后来成为了张忠谋最大的对手。fJqednc

曹兴诚,1974年进入孙运璿创办的工研院,加入RCA项目。得到去美国学习的机会,成为半导体行业的大牛。fJqednc

1982年,台湾第一家半导体电路公司联华电子成立。这时的联华电子既做芯片设计,又做芯片制造,是按照IDM的模式管理的。当时,还是一个工研院工程师的曹兴诚便力排众议主动争取机会,从工研院电子所获调联电副总经理,其后更进而接任董事长职务。fJqednc

曹兴诚在管理联华的时候发现,又做IC设计又做制造,两头不讨好。这种情况下,他突发奇想,想到了专注芯片代工的策略,据说还专门去向张忠谋进行讨教。fJqednc

按照曹兴诚的说法,回到台湾担任工研院院长的张忠谋“剽窃”了自己芯片代工的想法。fJqednc

张忠谋的回忆则是另一个故事,他本来以为来台湾就是担任工研院院长,结果一上任两个星期,李国鼎便找他商谈,说政府想以合资的方式,建立一个超大型半导体电路制造公司,请张忠谋主持。fJqednc

张忠谋则认为,这纯粹是自己跟李国鼎交流中,针对台湾半导体问题而想出的解决方案,又想设计芯片,又想制造兼销售,妄图吃下整个产业链的结果就是什么也吃不到,因此只做芯片制造代工是唯一的出路。当时台湾“工研院电子所”技术也落后国际2到3代,如果又办一家IDM厂将无法竞争。fJqednc

但是“成王败寇”,“台积电”成为芯片代工产业的第一,也成就了张忠谋台湾”半导体之父“的美名。fJqednc

是英雄所见略同,还是兄弟阋墙,都无所谓了。fJqednc

总之,一种崭新的模式诞生了。fJqednc

著名管理学家Michael Porter总结说:台积电的芯片代工模式“创造自己的行业,也创造了客户的行业。”fJqednc

曹兴诚对张忠谋以及台积电的自吹自擂非常的不屑一顾,他认为联电才是英雄创造了时势,而台积电只不过是时势创造的英雄而已。fJqednc

可惜的事,英雄是通过成败来论定的。fJqednc

4:第一桶金fJqednc

在张忠谋回台湾两年后,1987年,台积电成立了。张忠谋也从工研院院长转任执掌台积电。fJqednc

晶圆代工,就是要建厂,建厂涉及到一系列设备采购,一系列材料采购。建厂的地皮要掏钱,运行厂房的人力也是很多钱。fJqednc

一个字,就是要很多钱。fJqednc

金钱就是门槛,金钱就是门票,金钱就是时间。在芯片代工领域没有钱一切都免谈。fJqednc

代工行业,是资本密集型。和今天中国大陆面临的情况类似。作为后发者,有足够的钱是必备条件,没有钱免谈。今天的大陆面临的环境除了钱以外,还有包括EUV光刻机以及材料禁运的威胁,比当时的台积电的环境要恶劣的多。fJqednc

钱怎么来? 李国鼎成为张忠谋背后的男人,他来想办法。fJqednc

李国鼎担任过“经济部长”以及“政务委员”,资历深,能服众。这位幕后推手为了台积电成立四处奔波,他要做的就是说服各路人马支持台积电的建立。fJqednc

一句话,就是筹钱,fJqednc

李国鼎逐一拜会欠他人情的台湾企业家,逼着他们投资台积电。这些人中包括台塑大佬王永庆、台南帮大佬吴修齐,联华神通董事长苗丰强等。我们现在看福布斯排行榜就知道中国大陆谁最有钱,在当时的台湾,不用看榜,江湖传闻“北台塑”和“南台南”,就是台湾两个最有钱的家族。王永庆和吴修齐分别就是北台塑和台南帮的大佬。fJqednc

台积电的建厂的钱就是这样被李国鼎软硬兼施给筹备齐了。fJqednc

不过这些投资,以现在的眼光看,回报率是相当的高,这些投资者也赚的盆满钵满。但是在当时,恐怕不会有人这么想。否则也不会需要李国鼎去“逼迫”他们出资。fJqednc

时任台湾行政单位首长俞国华指示张忠谋除了政府投资以外,还要找一家跨国半导体公司当股东,这样有一些外资背景,能够显得国际化一点。fJqednc

这是一个“神来之笔”,但是却差点完不成,因为找外资入股的事情“募资遇到很大挫折。”fJqednc

张忠谋依靠美国的人脉,找过英特尔和老东家德州仪器,但是这两家根本不感兴趣。fJqednc

最后却只有荷兰厂商飞利浦答应投资。核心原因是芯片代工这个模式打动了飞利浦,要是IDM的话可能投资就谈不成了。fJqednc

之所以说这次投资是神来之笔,是因为通过这次投资,台积电收获了一个同盟军,一家对台积电非常重要的公司,荷兰的光刻机厂商ASML,ASML曾经是飞利浦的一个实验室,后来飞利浦和ASM成立合资公司就有了ASML,有这层关系,就会明白为什么ASML和台积电关系为什么这么铁。fJqednc

张忠谋也用自己在美国的关系搞到了“敲开砖”,1988年,台积电拿下英特尔的大单,借着获得英特尔流程认证,通过给英特尔做低级晶圆部件代工的方式,让台积电一战成名。fJqednc

高通的创始人Irwin Jacobs是张忠谋在MIT的师弟,当时他拿到了无线芯片的独家专利,但是设计芯片和制造这是两回事,能设计的公司不一定有资金实力来制造。这种情况下Irwin  Jacobs和张忠谋一拍即可,高通来设计,台积电做制造,成就了台积电和高通的长期合作的“兄弟”情谊。fJqednc

这个两个例子对于初创公司非常有借鉴意义:fJqednc

一:初创公司能够拿到业内大佬(英特尔)的订单,这个说明流程质量被认可,具有很大的示范效应,初创公司获得大厂订单,但是想赚大厂的钱就太难了,这个过程就是求“名”。fJqednc

二:初创公司同有潜力的公司(高通)共同成长,也是非常考验创业公司智慧的地方,对企业长远发展意义深远。双方同一起跑线,门当户对,共同成就,这个过程才是“求利”。fJqednc

在这两点上,张忠谋都做对了。台积电并没有赚到英特尔什么钱,但是确和高通一起在手持终端芯片领域赚的盆满钵满。fJqednc

用了整整十年,台积电在晶圆代工领域正式封王,1997年张忠谋敲响了纽交所上市的钟声。fJqednc

而张忠谋的“老冤家”曹兴诚所带领的联电也成为了全球第二大晶圆代工厂。fJqednc

5:三雄争霸fJqednc

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联电的曹兴诚可不是一个这么容易认输的人。fJqednc

1999年,曹兴诚突然宣布合并旗下4家半导体代工厂,与联电“五合一”整体经营。此举引发联电股价大涨,客户也闻风而至。合并后的联电,产值仅次于英特尔和台积电,成为世界第三大半导体公司,市值则居全球产业第四。fJqednc

为了应对竞争,台积电毫不示弱“强行”并购了世大半导体公司。fJqednc

科技创业领域,有很多双雄竞争的例子,并且都能极大促进双方在这个领域的实力,比如大家熟知的华为和中兴,海康和大华等等,而台积电和联华也是如此。fJqednc

两强争霸,殃及世大。fJqednc

世大半导体的创世人就是张汝京。fJqednc

张汝京1948年出生于南京,1949在襁褓中被带去台湾,并在台湾大学机器工程专业毕业,后来转到了美国纽约的州立大学获得博士学位。1977年,和前辈张忠谋一样,毕业后加入了大名鼎鼎的德州仪器公司。在德州仪器公司,张汝京建了9座厂房。后来因为DRAM市场被日本公司所抢占(见日本芯片产业大败局),德州仪器DRAM事业不断亏损,德州仪器只能裁掉DRAM全部的员工,风光无限的张汝京也失业了。于是张汝京回台湾创立了世大半导体公司。fJqednc

两大巨头的战斗“殃及池鱼”,据说直到世大被卖,张汝京毫不知情。也有说,张汝京参与了台积电的谈判,但是无论如何,这次世大半导体被收购的后果,就是诞生了大陆最先进的芯片代工厂。fJqednc

2000年4月,卖掉了世大半导体的张汝京,带着400人的团队毅然来到大陆,与政府合作,拉来投资,建立了中国最先进的芯片厂,中芯国际。fJqednc

如果说,张忠谋在创立台积电,背后是李国鼎的支持。那么张汝京建立中芯国际,背后也离不开一个人。fJqednc

早在1998年底,江上舟就向上海市主管领导建议:在浦东规划面积22平方公里3倍于台湾新竹工业园区的张江微电子开发区;2001年-2005年“十五”期间,上海引资100亿美元建设10条技术水平等于或高于华虹NEC909工程的8英寸-12英寸集成电路生产线。
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江上舟碰到张汝京,二人详见恨晚。一个要招商,一个要投资,有人说“他对张汝京可谓有知遇之恩。”当年,张汝京离开台湾到大陆投资时,曾经选过多个地方未成,外界以为是骗人的项目,但最后被江上舟拉到上海。
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2000年8月24日,中芯国际在上海浦东张江打下第一根地桩;次年9月25日,中芯国际就开始芯片试产。fJqednc

到了2003年,中芯国际就从“一无所有”一下子冲到了世界第四,2004年销售额即达到9.75亿美元,产能也迅速进入全球半导体代工厂的前三甲,扩张迅速。fJqednc

“硅谷”之火终于在21世纪之初从“新竹”烧到了“张江”。fJqednc

本来这里应该有一个中芯国际逆袭称王的故事,但是遗憾的是,梦想很丰满,现实命运多舛。fJqednc

面对风头正劲的中芯国际,台当局的打压和台积电的狙击接踵而至。台当局先以未经相关部门许可到上海投资为由罚张汝京500万元台币,收购天津摩托罗拉工厂后,再罚500万台币,投资北京12英寸厂后,又罚了500万台币。fJqednc

如果说台当局最多是恶心张汝京,而台积电却是下了死手。2003年,台积电向美国加州联邦地方法院提交诉讼状,起诉中芯国际侵犯专利及窃取商业秘密,要求赔偿10亿美元,而2003年中芯的收入仅有3.6亿美元。fJqednc

本来,台积电在美国起诉中芯国际,双方已于2005年庭外和解,中芯国际赔偿台积电1.75亿美元。谁也没有想到的是,一年多以后,2006年,台积电一纸诉状,又把中芯国际告上了美国的法院。这场官司一打就是三年,结局并不出人意料,中芯国际又输了,要在4年内赔偿台积电2亿美元现金,同时向台积电出让10%的股权。也就是说,台积电不但拿了钱,还拿了股份,成了中芯国际的股东。fJqednc

这还不是最痛心的,这次最痛心后果就是2009年,张汝京被迫从创立10年的中芯国际离职。fJqednc

老骥伏枥,壮心不已,江湖路远,归期何年?fJqednc

5年后,张汝京老爷子重新出山,2014年创建了上海新昇,主要建造硅片,这个赛道选的极好,目前已经在多个晶圆代工厂导入,改写了大陆没有大尺寸晶圆的历史。2018年在青岛创建了芯恩,创建国内IDM模式,一期据说也已满产。芯片江湖,还能看到这位73岁老人为半导体事业奋斗,其精神足以激励这个行业后来诸辈。fJqednc

中芯国际的突飞猛进,曹兴诚也感到压力,来大陆建厂就成了他的发展战略,于是曹兴诚抢先以“援助”的方式创立了苏州和舰科技。fJqednc

对于曹兴诚强行“登陆”,台当局非常不满,由此曹兴诚遭到严厉打击,引发“检调”大动作、超频率搜索联电,就连高层人员的私人住宅都遭到多次突击检查。曹兴诚高调对应,想做的事情义无反顾。强硬的态度给曹兴诚和联电带来了绵延不绝的“政治”麻烦。fJqednc

为了不波及联电,2006年,曹兴诚突然决定辞去联电董事长的职务。fJqednc

晶圆代工王者之梦,戛然而止。fJqednc

6:三星来了fJqednc

联电掉队了,三星来了。fJqednc

2005年,三星踏入晶圆代工。和台积电的市场地位不同,三星代工的产品主要面向高端芯片产品。fJqednc

但是此时,代工行业大局已定,三星很难有什么作为。fJqednc

因为这个时候的台积电已经在技术上赢得了两场硬仗,铜互联和浸润式光刻,称为了代工行业的霸主;fJqednc

1997年,IBM宣布用铜互连技术,与铝相比,铜线导电电阻低大约40%,这在技术行业中投下了一颗重磅炸弹。fJqednc

2000年,台积电在130nm铜制程之战中,先于IBM一年研发出了当时最先进的130纳米芯片并实现量产,技术负责人梁孟松凭借此役一战成名。fJqednc

台积电首战告捷,如果说铜互连还是比拼量产能力,那么浸润光刻则完全就是台积电的引领创新。fJqednc

2002年,全球芯片产业进入发展瓶颈期,摩尔定律也因此止步不前。fJqednc

台积电林本坚受邀到美国参加一场的研讨会,本来大会邀请林本坚是去讨论157纳米工艺的。结果林本坚直接抛出了“运用水作为193纳米浸润式的介质,可以超过干式的157纳米”的论点,整个会场就像被扔下了一颗炸弹,所有人的思路都被打开了。fJqednc

高中生都知道,水会改变光的折射率,在透镜和硅片之间加一层水,原有的193nm激光经过折射,不就直接越过了157nm的天堑,降低到132nm了吗。fJqednc

疑问随之而来?水会不会产生气泡?水会不会污染设备?是不是要做防水?水遇热会膨胀,折射率会改变,如何解决?问题的提出者就变成问题的解决者。fJqednc

林本坚提出的浸润式光刻技术在台积电高层张忠谋、蒋尚义的大力支持下,开始放手一博。fJqednc

技术之神眷顾了台积电fJqednc

台积电成功了,与台积电同进退的ASML也成功了。而转型慢的尼康却掉队了。fJqednc

2006年,张忠谋已经75岁了,张忠谋委任蔡力行任CEO,自己只任董事长,开始了退休的计划,蔡力行成为了台积电的接班人。fJqednc

蔡力行无疑是非常合适的人选,当时蔡力行在台积电工作20年,从厂长做起,是张忠谋一手训练出来的左膀右臂。fJqednc

2008年9月14日,雷曼兄弟提出破产申请,同一时间房利美、房地美被政府接管,全球金融危机正式爆发。当时江湖戏言。美国救”二房“,而没有救”兄弟“。可见“二房”地位远高于“兄弟”。金融危机对经济的破坏和摧残是全球性的、也是全产业链的,半导体产业未能幸免,台积电也未能幸免。fJqednc

2009年第一季度,台积电业绩大幅度萎缩,濒临亏损。危急时刻,CEO蔡力行采取了常规的收缩战术,节流、裁人。由于裁员太多、太猛,引发台积电部分员工和家属的激烈反弹,有员工家属给张忠谋写陈情信,还有人堵在张忠谋的住处外当面求情。fJqednc

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“台积电不是家”,团队的士气没有了。fJqednc

面对危机。张忠谋亲自披挂上阵,以78岁高龄,再次担任台积电CEO。蔡力行则贬到一个不足十人的新事业部。fJqednc

金融危机,有人看到危险,有人则看到了机会。fJqednc

三星使出了拿手绝招,反周期投资!fJqednc

金融危机爆发后,三星召开了内部会议,作出了一个重大决策,利用危机带来的机遇,加速产能扩张,扩大在面板和存储芯片领域的市场占有率。fJqednc

除此之外,借助这次机会,三星希望并在芯片代工领域领域持续挺进,最终达到挤垮台积电的目的。fJqednc

国际金融危机肆虐全球之际,在半导体领域,三星在国际市场攻城略地,金融危机过后,台湾地区的面板、存储芯片产业急速衰落,只有台积电逆势增长,顶住了三星的进攻。fJqednc

和三星的竞争中,目光远大的张忠谋赢了!fJqednc

但是,战斗远没有结束。fJqednc

从此和三星在先进制程的争斗就成了台积电无尽的烦恼。fJqednc

7:先进制程fJqednc

技术上压对宝,竞争中也压制了对手,台积电一哥之路顺风顺水。fJqednc

但是,一个时代到来了,给三星追赶的良机。fJqednc

智能手机时代,是苹果带来了智能手机时代,也是苹果给了三星芯片代工绝佳的机会。fJqednc

实际上在没有苹果之前,三星的代工业务成绩几乎并不出色,2009年三星代工业务世界排名第9,是中芯国际的三分之一,约是台积电的三十分之一。以三星的体量基本可以忽略。fJqednc

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2007年,乔布斯发布了第一代iPhone,它的3.5英寸全触控屏幕、金属机身以及iPhoneOS真正推开了智能手机时代的大门。推出了第一代IPhone之后,就像打开了智能手机未来之门。很快苹果就开始体会了智能手机SOC和功能手机SOC最大不同了,那就是智能手机对手机SOC性能无尽的索取。为了满足智能手机的性能“黑洞”,苹果要自研手机SOC。fJqednc

设计苹果自己搞定,谁来代工?fJqednc

这个第一,被三星抢去了。fJqednc

苹果的iPhone 3G用的三星的SOC处理器,S5L8900。S5L8900采用90nm工艺制造,主频在412-620Mhz,内部采用ARM11。顺理成章,果自研A4、A5两代移动处理器,用在iPhone4/4s、iPad/iPad 2等设备上。开启了苹果自研手机处理器的之路。fJqednc

A5处理器和A4一样,都是采用三星45nm制程工艺制作的,均采用9层铜互联层+1多晶硅层的结构,同时都采用了堆叠封装技术。fJqednc

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苹果的第一次A4芯片代工)给了三星,一直到A7苹果都是与三星合作进行代工生产。fJqednc

台积电也想尝尝“苹果”的滋味,转机出现在A8芯片,只要锄头挥得好没有墙角挖不倒,张忠谋亲自飞到美国密会乔布斯与库克,终于从三星手里撬下这个代工单子。fJqednc

苹果的A8采用了台积电的20纳米制程工艺。在遇到苹果之前,台积电的老客户是高通、英伟达等,张忠谋带领的台积电靠的是践行摩尔定律时的“速度”来留住客户。行内都知道,台积电有出了名的三班倒制度,不眠不休,随时响应。把代工这件事“做到极致”,不留给对手任何一个机会,张忠谋在占山头这件事上,永不懈怠。fJqednc

2008年,台积电的大将梁孟松因为台积电的人事问题从台积电离职,转投三星。加入三星后,梁孟松大胆创新,毅然决定直接跳过20nm,从28nm制程升级到14nm,尽管当时很多人觉得不太可能,但是此举,使三星一举超过台积电16nm工艺制程,拥有最先进工艺技术。使三星第一次从追赶者变成领先者。fJqednc

凭借14nm的领先,和台积电一直关系不错的高通,在14nm节点上转投三星的怀抱。从此在先进制程上,三星就成了台积电甩不开的竞争者。不仅如此,苹果在A9的单子上也被三星截胡了一半。fJqednc

苹果的A10与A11又回到台积电的生产线上,但是这个领域台积电始终压力重重,按照张忠谋的话说,死咬纳米制程技术才是唯一的出路。fJqednc

2021年,高通骁龙888改用三星5nm制程,华为的麒麟9000是台积电的5nm,苹果A14采用台积电5nm工艺制造。fJqednc

高端的手机SOC,不论是高通的骁龙。华为的麒麟,苹果的A系列,联发科的天玑系列,都是高端制程的需求者。fJqednc

从7nm,5nm制程,手机SOC占据最大的份额。每年的手机的出货量达到4亿台,大都是是先进制程工艺。fJqednc

高制程工艺也成为利润最为丰厚的收入,2020年三季度,5nm工艺贡献了晶圆代工收入的8%,7nm工艺为35%,16nm工艺为18%,20nm工艺为1%,28nm工艺为12%,其他工艺为26%。fJqednc

高制程工艺晶圆代工,变成了台积电和三星不能输的胶着战役。手机SOC芯片作为前锋队最先用上先进工艺,紧跟着就是CPU和GPU等高性能计算芯片的第二波次冲锋,等先进工艺变得成熟,其他芯片才逐渐开始逐渐迁移。fJqednc

两强相争之际,为三星立下汗马功劳的梁孟松也转投中芯国际。在他的带领下,中芯国际技术突飞猛进,在他去年的爆出的一封辞职信中说:“中芯国际实现从28nm,7nm五个世代的技术开发”,2021年“7nm技术开发已经完成,明年四月马上进入风险量产“,也就是今年,就可以风险量产”,“5nm和3nm的技术预研也有序展开,只待EUV的到来”。fJqednc

即使在辞职信中,这是这个69岁的集成电路制造业老兵的想法也是;EUV到来,仍然可以和目前如日中天的台积电和三星一战。fJqednc

可是EUV什么时候到来?谁也不知道答案。fJqednc

8:代工未来fJqednc

2021年9月15日凌晨,苹果正式发布了全系iPhone 13系列,其采用了苹果新一代的A系列处理器A15。按照官方公布的资料显示,这款基于台积电第二代5nm制程工艺的A15处理器。fJqednc

而大约在年底,高通下一代处理器骁龙898(暂命名)据说是三星的4nm工艺(暂命名)。fJqednc

从这些信息来看,三星和台积电在先进制程的竞争可见一斑。fJqednc

制程越来越贵,玩家就越来越少。技术瓶颈却越来越多,迭代周期越来越慢。fJqednc

今天的先进制程,早晚都要变成成熟制程。就像2010年前看28nm,高不可攀,2030年后的人看5nm也一样。10年后1nm以下还能走多远,这个很难说。 fJqednc

晶圆代工技术到顶,纳米尺度下量子效应不是人力可为,硅原子本身也才0.12nm(共价半径0.12nm,范德华半径0.21nm)。fJqednc

向前一步越来越难,但是能够用得起的玩家却越来越少,5nm开发成本接近5亿美元,至于10年后更先进的工艺,玩得起的厂商就更少了。fJqednc

这也就是苹果,高通等手机处理器企业为什么对于先进制程的发展这么重要的原因。智能手机庞大的用户群,天生就能对冲的高额的一次性芯片投入(NRE成本)。但是这个驱动力也在不断下降,目前手机处理器已经逐步消除了性能焦虑,转而更强调续航焦虑,各种5nm芯片“火龙”的说法更是消费者所关注的。fJqednc

难度增加,驱动力降低,因此包括台积电等代工厂都在开始考虑未来技术的布局,chiplet等先进封装。这个对于先进计算可能有更重要的作用,但是芯片制程技术突破逐渐放缓可能是可以预见的一个趋势。fJqednc

2021年2季度,全球十大晶圆代工公司,前五名,分别是台积电,三星,联电,格芯,中芯国际。台积电已经占有全球代工的52.9%,第二名是三星,大约17.9%,fJqednc

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2021年,重回英特尔的帕特.基尔辛格,宣布了intel的IDM2.0模式,承接晶圆代工及封装业务,主要面向欧美客户。英特尔为此专门成立独立业务部门“IFS”(英特尔制造服务部),为客户提供Arm、x86、RISC-V等多种IP组合。同时宣布,和IBM公司达成一项研发合作协议,指向下一代逻辑芯片和半导体封装技术。fJqednc

也许,很快就能在这个榜单上看到英特尔的身影。先进制程代工有可能从目前的台积电,三星两强争霸,变成三家“斗地主”。fJqednc

成熟制程,中国大陆的崛起是不可避免的。从全球的竞争态势,美国,中国,欧洲都想芯片制造业本地化。2020年疫情中的半导体设备市场,中国大陆成为了全球最大的半导体市场,大陆占了26.3%。其次是中国台湾,占了24%,韩国占了22%,其次是北美9%,日本10%,欧洲3.9%;中国增长了最多,首次占据了第一名,大家都知道,中国台湾和韩国投资的主体分别是台积电和三星,大陆买了这么多的设备,后续几年陆续投产后就能看到结果,不要着急,需要让子弹再飞一会儿。fJqednc

但是人们往往容易高估短期趋势,而低估长期趋势。fJqednc

芯片代工领域的竞争,从未结束,也远没有结束。fJqednc

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歪睿老哥
一个芯片设计行业老哥;忙时研发,闲时写作;聚焦芯片行业的那些事,唯武侠与芯片不可辜负。
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