遥遥领先,台积电做对了什么?

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2020-11-26 08:53

10.8k

来源:内容来自 technews 」,谢谢。


11 月24 日,台湾叱咤全球的半导体产业再进入一个新的里程碑!那就是晶圆代工龙头台积电位在南科的3 纳米厂正式举行上梁典礼。根据外媒《彭博社》的报导指出,台积电的3 纳米制程预计将在2022 年的下半年正式量产。台积电董事长刘德音也表示,3 纳米厂厂房基地面积约为35 公顷,无尘室面积将超过16 万平方公尺,大约是22 座标准足球场大小。而届时当3 纳米进入量产时,当年产能预估将超过每年60 万片12 吋晶圆,这也将使得台积电继续保持技术领先地位。

根据市场研究及调查机构《IC INSIGHTS》的最新研究数据显示,2020 年全球前15 大半导体厂当中,台积电的年营收可望达454.2 亿美元,将仅次南韩三星(Samsung)及处理器龙头英特尔(Intel),居全球第3 大半导体厂。不过,相较于三星有记忆体及晶圆制造,英特尔以销售处理器及其他芯片为主的商业模式,台积电则是其中唯一的纯晶圆代工厂。

另外,根据TrendForce 旗下拓墣产业研究院的调研结果显示,2020 年第3 季台积电在全球晶圆代工市场的市占率高达53.9%,也就是在前10 名的晶圆代工企业当中,其他9 名的总和都没有台积电一家多。而这今日的台湾之光,掌握全球半导体制造产业的重要关键,当时是如何建立?这就得从1974 年在台北的一场会议中谈起。


推动经济转型促成两大龙头


1974 年,当时的行政院秘书长费骅,会同包括经济部长孙运璿、交通部长高玉树、电信总局局长方贤齐、工研院院长王兆振与电信研究所所长康宝煌等政府官员,再加上美国无线电公司( RCA)研究主任潘文渊聚在一起讨论如何促进台湾经济转型,希望能从原本的纺织业转而发展电子业。讨论结果最后决定,藉由政府的主导来发展集成电路产业,由经济部在工研院底下设立「电子工业研究发展中心」,也就是后来的工研院电子所,以电子表使用的芯片为基础,预计自美国引进集成电路技术。

潘文渊邀集海外华人组成「电子技术顾问委员会」(TAC),为工研院拟定技术合作邀请函,询问30 多家美国半导体厂商技术移转的意愿,最后选定RCA。当时RCA 已经在台湾设厂生产电子产品,而且愿意代训人才,并负有更新技术之义务,以及买回所生产出的芯片,因而雀屏中选。当时工研院选派杨丁元、史钦泰、章青驹等多人赴美国RCA 工厂培训,回台湾在电子所设立集成电路示范工厂,后来这些人均成为台湾半导体产业的关键人物。

而电子示范工厂生产的首批电子表电路CD4007 A 的良率为55.7%,但4 个月后便超过RCA 估计的最高良率80%。此后甚至超越美国的平均良率83%,而达到88%,连RCA 都自叹不如。后来,RCA 甚至一度请求工研院将示范工厂或是技术卖回RCA,但为工研院拒绝,之后开启了台湾集成电路产业的辉煌世代。

不过,产品大受欢迎的情况下,却产生了另一个问题,那就示范工厂越来越商业化,需要扩厂的资金需求也越来越高,而这与工研院身为研究机构,准备专心第二期集成电路研究计画产生冲突,因此决定将示范工厂切割出去,这也就是在1980 年成立衍生公司联华电子(联电)的由来。

至于,后来台积电的成立,则是工研院电子所「超大型集成电路计画」的产物,之后成为继联电后的第2 家衍生公司。如同联电一般,1987 年成立台积电之际,时任行政院长俞国华希望民间持股能够至少有51%,以便确保台积电成为民营公司,但是同样因为台湾企业家缺乏信心而募资不顺,最后只得寻求外资合作,之后由行政院开发基金投资48.3%、荷兰飞利浦公司投资27.5%,本地民间资本仅占24.2%。

英特尔也帮了一把


台积电创立后,1988 年董事长张忠谋做了一个关键的决定,那就是透过私人情谊将老朋友Andy Grove(前英特尔创办人暨执行长)请到台湾对台积电展开认证,并争取为英特尔代工产品。当时,拿到英特尔的认证对于台积电来说至关重要,因为拿到世界级的认证就是对其生产能力最好的背书,同时也为公司建立起了规章制度上的国际化标准。

在顺利通过英特尔的认证之后,等于为其所拥有的晶圆代工模式打开生意的大门,使得成立不久的台积电逐渐步上稳健的经营轨道,并在1994 年9 月5 日正式在台湾证券交易所上市,股票代码为2330.TW。之后的1997 年10 月8 日,台积电海外存托凭证又在纽约证券交易所上市,股票代码为TSM.N。


而随着台积电后来在晶圆代工领域惊人的成功,尤其是在营业额屡创新高之际,依旧维持将近50% 的毛利率,台湾及世界各地的半导体设计公司因此大幅增加,加速了半导体产业的技术进步。之后,许多企业争相模仿,首先是新加坡的特许半导体(Chartered Semiconductor)也以纯晶圆代工模式与台积电竞争,此外,南韩三星、日本的富士重工、川崎钢铁、神户钢铁与山叶以及美国的英特尔等公司,也在自身业务外投入晶圆代工产业。

面对晶圆代工市场的百花齐放,此时的台积电仍依照自己既定的步伐迈进。1999 年,台积电领先业界推出可商业量产的0.18 微米铜制程制造服务。2001 年,台积电推出业界第一套参考设计流程(Reference DesignFlow),协助开发0.25 微米及0.18 微米的客户降低设计障碍,以达到快速量产之目标。2005 年,领先业界成功试产65 纳米制程芯片。同年6 月,张忠谋辞去台积电执行职务,将棒子移交给其一手培养起来的接班人蔡力行,自己则仅担任董事长的职务。

世代交替几经波折


不过,世代轮替后的台积电并没有因此而一帆风顺。首先是2008 年全球金融海啸冲击,使得2009 年营收较2008 年下滑了11.2%,而且还因为劳资争议事件闹的满城风雨。再加上当时台积电正在积极开发的40 纳米制程遇上瓶颈,这些因素都让公司营运面临亏损的危机。

2009 年6 月,在卸任4 年之后,张忠谋以78 岁高龄,重新回锅担任台积电执行长职务,透过一系列的危机处理,使台积电的营运重回正轨。而其中之一的关键,就是继40 纳米制程之后的28 纳米制程,台积电决定采用与英特尔相同的Gate-last 架构,放弃IBM 的Gate-First 架构,使得当时同样在开发28 纳米制程的竞争对手联电、三星、格罗方德都还持续在研发卡关的时刻,台积电能在2011 年正式量产28 纳米制程。

28 纳米制程抢先成关键


有人称28 纳米制程为帮助台积电后来全面脱胎换骨的关键,现在看来一点都不为过。原因在于当其他竞争对手都还持续在与28 纳米制程技术奋斗之际,台积电率先推出28 纳米制程芯片,使得制程技术和台积电落差无法缩小落差的情况下,只能在65 及40 纳米的技术节点上彼此削价竞争。使得当初以高阶芯片为主的IC 设计公司在选择代工厂之际,可说除了台积电以外,就没有第二选择,也因此使得台积电在28 纳米节点上的优势维持了数年之久,而该制程亦可说是历年来对台积电营收贡献最大的制程之一,这也使得台积电之后进一步拉大与其他竞争对手差距,成为持续稳坐晶圆代工龙头的最大助力。

2013 年,台积电挟28 纳米制程的技术与市场优势,推出半节点升级的20 纳米制程,只是,20 纳米为28 纳米制程所改良而来,在芯片面积微缩及功耗提升有限的情况下,较知名的除了苹果的A8 处理器外,正式采用的客户并不多,未能延续台积电在28 纳米制程上的优势,使得这时的台积电开始将期望放在下一个全节点提升的16纳米制程发展上。

被迫与三星分单反突显优势


2014 年,台积电推出在20 纳米制程基础上加入FinFET 技术而成16 纳米制程,并且取得使用于搭载于苹果iPhone 6s 和iPhone 6s+ 智慧型手机上A9 处理器的部分订单。当时,台积电的竞争对手南韩三星,因为在28 纳米制程上始终无法突破台积电的优势之后,就将发展目标进一步跳过20 纳米制程,放置到更先进的14 纳米制程上,并且找来前台积电负责研发的梁孟松进行技术指点,之后领先台积电的16 纳米制程,率先推出14 纳米制程,后来还与先前持续在制程上领先台积电共享苹果A9 处理器订单。

当时,苹果采取了使用双供应商的策略,同样的芯片设计分别由三星电子和台积电完成晶圆代工。三星生产的芯片代号为APL0898,使用14 纳米制程制造,面积为96 平方公厘;而台积电生产的芯片代号为APL1022,使用了16 纳米制程制造,面积为104.5 平方公厘。虽然略有区别,但是苹果宣称性能并无显著区别。

之后,2015 年10 月,市场却传出,根据测试程式的结果,搭载三星代工芯片的iPhone 续航能力,较搭载台积电代工芯片的iPhone 更低的情况,一系列报导引起了消费者热议。虽然,这消息为苹果及三星所否认。但是自A9 系列处理器之后,苹果自A10 系列处理器开始,直到近期最新的A14 系列处理器,苹果就再也没有让三星进行代工,可以想像这次事件影响的巨大。

制程优势一路领先


虽然台积电与三星在16 及14 纳米制程上仍在激烈竞争,但当时的台积电已经开始着手新一代10 纳米制程的开发,而这其中还加入台积电后来关键的致胜武器──InFO 扇出型晶圆级封装技术,并在2016 年正式推出。事实上,扇出型晶圆级封装技术早在2010 年就已经被英特尔研发出来,最初用在英特尔的行动解决方案上,但可惜的是,英特尔并未坚持下去,反而台积电接手该技术的研发,并推出完全版的InFO 封装技术。而该封装技术的最大好处就是降低成本、加快芯片制造周期,在制程良率达到最佳水平时效率尤其明显。


随着10 纳米制程之后,台积电紧接着迎接个位数纳米制程的来临。台积电的第1 代7 纳米制程于2017 年4 月开始开始大规模投产,相较于上一代的10 纳米FinFET 制程技术,台积电的7 纳米制程技术在逻辑闸密度提高1.6 倍,运算速度增快约20%,功耗降低约40%。至于,第二代的7 纳米(N7+)制程技术,在采用了及紫外光曝光技术(EUV) 之后,则于2018 年8 月开始试产。


而台积电也曾表示,自2020 年7 月份终于生产出了第10 亿个7 纳米制程芯片之后,换句话说,7 纳米制程自投产开始,到生产出第10 亿个芯片仅花费27 个月的时间,在平均每个月生产出3,700 万片7 纳米芯片的情况下,使得该制程较过去的其他制程都要更快达到其量产规模。另外,目前采用7 纳米制程的客户有数十家,其所生产的产品搭载在100 多种的产品上,而如果将这10 亿个内含数十亿个电机体的7 纳米芯片铺平,则足以覆盖13 个纽约曼哈顿。

紧接着7 纳米制程的发展,2020 年台积电的5 纳米制程也进入正式的量产阶段。而根据台积电公布的资料显示,5 纳米制程将会是台积电的再一个重要制程节点,其中将分为N5、N5P 两个版本。N5 相较于前一个节点的N7 的7 纳米制程性能要再提升15%、功耗降低30%。而更先进的N5P 则将在N5 的基础上再将性能提升7%、功耗降低15%,而N5P 制程技术则预计于2021 年正式量产。

回顾历程,台积电在1987 年成立时由1 座6 吋厂开始,如今已经发展成拥有4 座12 吋超大晶圆厂、4 座8 吋晶圆厂和1 座6 吋晶圆厂,并拥有一家百分之百持有之海外子公司──台积电(南京)有限公司之12 吋晶圆厂,及2 家百分之百持有之海外子公司──WaferTech 美国子公司、台积电(中国)有限公司之8 吋晶圆厂,再加上4 座后段封测厂的跨国性大型半导体公司。

截至2019 年为止,台积电也提供最广泛的先进制程、特殊制程及先进封装等272 种制程技术,为499 个客户生产1 万761 种不同产品。而2020 年前3 季也缴出,收达新台币9,777.22 亿元,较2019 年同期增加29.9%,毛利率52.8%,较2019 年同期增加8.5 个百分点,税后纯益3,751.19 亿元,较2019 年同期增加63.6%,每股EPS 为14.47 元的亮丽成绩。紧接着,随着南科3 纳米厂的逐步完工,预计台积电未来还将持续发展,其将能为者个半导体产业带来什么样的改变,也让大家持续期待。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


今天是《半导体行业观察》为您分享的第2505期内容,欢迎关注。

推荐阅读


这三个人塑造了半导体当前格局

半导体制程迈向“三足鼎立“

华为的断臂自救往事


半导体行业观察

半导体第一垂直媒体

实时 专业 原创 深度


识别二维码 ,回复下方关键词,阅读更多

存储|晶圆 |光刻 |FPGA|苹果|OLED|射频|封测

回复 投稿 ,看《如何成为“半导体行业观察”的一员 》

回复 搜索 ,还能轻松找到其他你感兴趣的文章!

广告

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2020-11-26 08:53

10.8k
  • 台积电
  • 台湾
  • 用户热评
    打开摩尔芯球APP,查看更多评论

    重大事件及时推送,更流畅的沉浸式阅读体验

    参与评论

    0/200字

    登录后即可发布评论

    发布评论

    请使用浏览器自带的分享按钮,
    将你这篇文章分享出去吧。
    +86
    获取验证码
    登 录

    邮箱登录

    未注册过的用户将直接为你创建摩尔账号