站長(zhǎng)資訊網(wǎng)過去十幾年間，臺(tái)積電的耀眼光芒，讓半導(dǎo)體業(yè)界其他企業(yè)的進(jìn)步，都顯得黯然失色。而在疫情肆虐和中美摩擦日益嚴(yán)峻的2020，臺(tái)積電更是捷報(bào)頻頻。
2020年第二季度臺(tái)積電凈利潤(rùn)暴漲81%，創(chuàng)下六年來最大利潤(rùn)記錄，同時(shí)二季度占全球代工市場(chǎng)份額的51.9%；根據(jù)企業(yè)追蹤機(jī)構(gòu)CEO Score和韓聯(lián)社的分析數(shù)據(jù)，本周四臺(tái)積電以總市值3063億美元榮登全球半導(dǎo)體企業(yè)榜首，三星其次，然后是NVIDIA和Intel，博通第五；再加上傳來其先進(jìn)的3nm工藝制程也將于明年下半年量產(chǎn)的消息。正所謂“鯤之大，不知其幾千里也”。
“積土成山，風(fēng)雨興焉；積水成淵，蛟龍生焉”。臺(tái)積電能成為今天市值第一，占據(jù)代工半壁江山，造就一代半導(dǎo)體王國(guó)。這一路走來，臺(tái)積電以技術(shù)取勝，也見證許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的起落，其背后是多種因素使然，或因?yàn)閺堉抑\的帶領(lǐng)，或因?yàn)槊翡J的市場(chǎng)嗅覺，或因?yàn)槎嗄旮邚?qiáng)度的研發(fā)投入，或因?yàn)閷?duì)先進(jìn)封裝制程的追逐，總之，不能一言以蔽之。
不過需要關(guān)注的是，在半導(dǎo)體界，選擇和努力同樣重要，臺(tái)積電前COO蔣尚義在退休時(shí)講了一句話：“當(dāng)初做的一些決定，事前根本不知道是對(duì)是錯(cuò)，很多決定都是因?yàn)閳?zhí)行得很好，才變成對(duì)的決定。”對(duì)于臺(tái)積電來說，有三個(gè)節(jié)點(diǎn)的選擇對(duì)其如今的地位起了至關(guān)重要的作用。
比IBM早一年研究出0.13微米銅制程
臺(tái)積電于1987年創(chuàng)立，最初的技術(shù)來自于飛利浦公司，最開始臺(tái)積電從量產(chǎn)0.8微米芯片開始發(fā)展。原本是臺(tái)積電仰望飛利浦的技術(shù)，但是后來臺(tái)積電逐漸趕超。
發(fā)生如此重大反轉(zhuǎn)變化的關(guān)鍵是，臺(tái)積電于2000年開始投入研發(fā)的0.13微米銅制程技術(shù)。而余振華是當(dāng)年帶領(lǐng)臺(tái)積電開發(fā)0.13微米銅制程的重要人物。
余振華在一次人物專訪中談到，大約1997年，臺(tái)積電獲悉了IBM發(fā)表的銅制程技術(shù)，那是臺(tái)積電第一次聽到銅制程，以前都是用鋁！銅的電阻系數(shù)比鋁還要低三倍，當(dāng)電流流量大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電遷移 （electromigration）現(xiàn)象，而電阻系數(shù)低可以降低電遷移所導(dǎo)致的原子流失。對(duì)于半導(dǎo)體技術(shù)來說，阻抗低是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。但是之前銅制程的技術(shù)尚未成熟，只能先開發(fā)鋁制程。
余振華透露，臺(tái)積電并不是一開始就決定要自行開發(fā)銅制程。當(dāng)時(shí)，IBM 想要把這個(gè)技術(shù)賣給臺(tái)積電，而臺(tái)積電認(rèn)為IBM技術(shù)不成熟，不如自己干。后來余振華帶領(lǐng)一組開發(fā)團(tuán)隊(duì)到臺(tái)南，前后待了一年半。而那時(shí)候聯(lián)電則向IBM買技術(shù)，兩家公司用不同方式競(jìng)爭(zhēng)銅制程的未來。
當(dāng)時(shí)余振華帶領(lǐng)著一支獨(dú)立的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，與IBM領(lǐng)頭的世界級(jí)研發(fā)大聯(lián)盟競(jìng)爭(zhēng)，戰(zhàn)況極為激烈。“那時(shí)候我們?cè)谂_(tái)南，每天早上開會(huì)前第一件事，就是先問對(duì)手有沒有消息，有沒有開記者會(huì)宣布做出來了。有沒有？有沒有？沒有，好，那開會(huì)。晚上開會(huì)前再問一次，有沒有？有 沒有？沒有，好，大家晚安。”余振華描述到，可以看出當(dāng)時(shí)與對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)的焦灼心情。
銅制程的研發(fā)完全要靠自己，沒有借鑒。關(guān)鍵是，除了銅，還有Low-K Dielectric（低介電質(zhì)絕緣），電容與電阻決定了技術(shù)。余振華描述銅是骨頭，Low K像肌肉一樣，這兩者都很重要。臺(tái)積電是直接在生產(chǎn)線上開發(fā)，這要求很高，一步都不能錯(cuò)，于是在無塵室里，其他人都穿白色無塵衣，但負(fù)責(zé)開發(fā)銅制程的人員是穿粉紅色無塵衣！因?yàn)楫?dāng)時(shí)臺(tái)積電對(duì)銅制程不了解，怕制程中的污染擴(kuò)散，因此擬定了非常嚴(yán)格的開發(fā)步驟。連在里面走路的路線都在地板上畫好，不能走偏。
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_發(fā)過程，很快就讓臺(tái)積電收獲了成果。當(dāng)時(shí)臺(tái)積電選了幾個(gè)客戶嘗試銅制程，獲得 非常好的成果。于是，余振華的頂頭上司蔣尚義，做了一個(gè)很大膽的決定，跳過0.15微米，直接量產(chǎn)0.13微米。
0.13微米是在2000年開始生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)遇到網(wǎng)絡(luò)泡沫，各家公司業(yè)績(jī)都直線落，但憑借 0.13 微米臺(tái)積電不但支撐住了業(yè)績(jī)，還大幅提升了市占率。經(jīng)此一役，臺(tái)積電的技術(shù)，尤其是銅制程相關(guān)的技術(shù)，從此被肯定為第一流，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的把其他公司甩在后頭。
臺(tái)積電的銅制程已經(jīng)走向市場(chǎng)，而IBM的技術(shù)卻仍未走出實(shí)驗(yàn)室。十年后，IBM又倒貼15億美元，將代工業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)給了格芯，徹底退出了代工領(lǐng)域。
銅制程是奠定臺(tái)積電霸主地位的關(guān)鍵技術(shù)。那么，在銅制程之后呢？
張忠謀回歸，押寶28nm大殺四方
2009年，金融危機(jī)的余韻還在繼續(xù)，臺(tái)積電正處于內(nèi)憂外患之際：內(nèi)部，蔡力行實(shí)行了嚴(yán)酷的裁員潮，而且公司新產(chǎn)線良率也遲遲得不到改善，客戶甚至取消訂單；外部三星開始進(jìn)軍芯片代工，并且來勢(shì)洶洶。于是已經(jīng)78高齡退休的張忠謀重新回爐。
張忠謀看到了未來智能手機(jī)市場(chǎng)需求的潛力，他立即將2010年的資本支出增加了一倍，達(dá)到59億美元，主要集中在28nm制程上，這是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的晶圓制程。盡管大膽的投資策略震驚了業(yè)界，但也為臺(tái)積電接下來幾年的快速增長(zhǎng)奠定了基礎(chǔ)。
當(dāng)時(shí)臨危受命的蔣尚義投入28nm制程的研發(fā)中，更為重要的是蔣尚義選擇了后閘級(jí)方案，而非三星正在研發(fā)的前閘級(jí)。這又是一次類似于0.13微米戰(zhàn)役的巨大獲勝，正確的判斷、嚴(yán)格的工藝，臺(tái)積電良率大幅提升。終于，在2011年10月24日， 臺(tái)積電宣布，其28nm工藝的量產(chǎn)和生產(chǎn)晶圓已經(jīng)發(fā)貨給客戶。臺(tái)積電領(lǐng)導(dǎo)晶圓代工部門實(shí)現(xiàn)28nm節(jié)點(diǎn)的批量生產(chǎn)。
28nm工藝節(jié)點(diǎn)的突破對(duì)臺(tái)積電和業(yè)界來說都是一個(gè)巨大的節(jié)點(diǎn)！對(duì)臺(tái)積電來說，28nm節(jié)點(diǎn)不但貢獻(xiàn)了巨大的營(yíng)收，還鞏固了市場(chǎng)地位。當(dāng)年一起競(jìng)爭(zhēng)的28nm制程格羅方德、聯(lián)電等大廠，無不紛紛敗下陣來，無論是在資金和技術(shù)上都難以追趕，還相繼宣布退出先進(jìn)制程競(jìng)賽。
在2011年量產(chǎn)的當(dāng)年28nm節(jié)點(diǎn)就貢獻(xiàn)了1.5億美元（約43億新臺(tái)幣）的營(yíng)收。2013年增長(zhǎng)至60億美元（約1765億元新臺(tái)幣）。到2014年，臺(tái)積電營(yíng)收突破7500億元新臺(tái)幣，比2013年增加了28%，28nm營(yíng)收占比超過3成，臺(tái)積電在晶圓代工市場(chǎng)的市占率也從2009年的45%提高到了52%以上。臺(tái)積電 2016 年28nm占據(jù) 60%以上的市場(chǎng)，且收入占比維持25%左右。
臺(tái)積電自2013年很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，28nm工藝一直占據(jù)其收入的 20%以上比重，是前二大收入來源，且大部分時(shí)間是第一大制程業(yè)務(wù)。
臺(tái)積電28nm節(jié)點(diǎn)占營(yíng)收的百分比（圖源：西南證券）
另一方面，臺(tái)積電的客戶也得以采用最先進(jìn)的技術(shù)來滿足市場(chǎng)需求。五個(gè)臺(tái)積電28nm客戶分別是Xilinx，Altera，NVIDIA，AMD和高通。
28nm滿足了Altera FPGA新技術(shù)，AMD的圖形IP借用臺(tái)積電的28nm技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圖形性能的下一個(gè)重大飛躍，NVIDIA提供出市場(chǎng)上最節(jié)能的GPU和最高性能的圖形處理器，高通在28nm節(jié)點(diǎn)上推出了第一個(gè)集成的智能手機(jī)處理器Snapdragon S4類處理器。
在行動(dòng)裝置、高效能運(yùn)算、汽車電子及物聯(lián)網(wǎng)四個(gè)快速成長(zhǎng)的主要市場(chǎng)，臺(tái)積電分別建立了四個(gè)不同的技術(shù)平臺(tái)，而在這四個(gè)技術(shù)平臺(tái)中都有28nm的身影，可以看出 28納米的地位之顯赫。
臺(tái)積電的四大技術(shù)平臺(tái)中都有28nm的身影（圖源：西南證券）
然而，此時(shí)的臺(tái)積電將目光放在了更遠(yuǎn)的大洋之外，那里有能支撐任何一個(gè)代工廠走向世界頂峰的超級(jí)客戶：蘋果。
進(jìn)軍封裝領(lǐng)域，獨(dú)霸蘋果訂單
早年，蘋果iPhone處理器一直是三星的禁臠。但臺(tái)積卻能從A11開始，接連獨(dú)拿兩代iPhone處理器訂單，讓業(yè)績(jī)與股價(jià)持續(xù)翻紅。關(guān)鍵就是臺(tái)積電的全新封裝技術(shù)InFo，它減少手機(jī)30%的厚度，騰出寶貴的手機(jī)空間給電池或其他零件。
時(shí)間回到2011年的臺(tái)積電第三季法說會(huì)上。當(dāng)時(shí)，張忠謀毫無預(yù)兆的擲出一個(gè)震撼彈─臺(tái)積電要進(jìn)軍封裝領(lǐng)域。這一個(gè)炸彈一經(jīng)擲出，硝煙一直彌漫到現(xiàn)在。從價(jià)格偏貴導(dǎo)致鮮有人問津的CoWoS開始，到首度用在iPhone 7與7Plus的InFO封裝技術(shù)。正是最不被人看好的整合連結(jié)與封裝部門，為臺(tái)積電贏家通吃奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
要知道，晶圓廠向封裝領(lǐng)域進(jìn)軍，這在業(yè)界看來，臺(tái)積電根本不可能成功！
首先，在成本面上就難與傳統(tǒng)封測(cè)廠競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)榉庋b廠也在不斷發(fā)展新技術(shù)，而臺(tái)積電的人力成本遠(yuǎn)高過封裝業(yè)，因此要求產(chǎn)品毛利要達(dá)到50%，但日月光、矽品只要20%就能做了。
另外，外資分析師也看衰，美商伯恩斯坦證券分析師Mark Li當(dāng)時(shí)的研究報(bào)告寫著：“InFo會(huì)讓臺(tái)積相對(duì)于Intel與三星更有競(jìng)爭(zhēng)力嗎？不，我們不認(rèn)為。”
為何會(huì)這么認(rèn)為呢？當(dāng)時(shí)三星和Intel的扇出型晶圓級(jí)封裝的專利數(shù)分別名列全球第二、三，而剛?cè)腴T的臺(tái)積電連前十的門檻都沒摸到。這樣看來，業(yè)界看衰似乎都是合理的。
在默默無聞的那些年，我們不知道臺(tái)積電經(jīng)歷了什么，有的說臺(tái)積付出了昂貴的學(xué)費(fèi)，5年間產(chǎn)線燒壞了幾千片昂貴的晶圓，也有的說良率一直上不去，眾說紛紜，具體實(shí)況我們不去考究了，畢竟其結(jié)果是美的。
2016年，CoWoS的新客戶開始如雨后春筍般出。NVIDIA推出了該公司第一款采用CoWoS封裝的繪圖芯片GP100；谷歌的AI芯片TPU 2.0，就是AlphaGo打敗世界棋王柯潔背后的那款新品；Intel與Facebook合作推出的Nervana類神經(jīng)網(wǎng)路處理器。這些巨頭的AI芯片都采用臺(tái)積電CoWoS封裝制造。
2018年臺(tái)積電已完成搭載7nm邏輯IC及第二代高頻寬記憶體（HBM 2）的 CoWoS 封裝量產(chǎn)，并借由高制造良率、更大硅中介層與封裝尺寸能力的增強(qiáng)、以及功能豐富的矽中介層，例如內(nèi)含嵌入式電容器的矽中介層，使得臺(tái)積電在 CoWoS 技術(shù)上的領(lǐng)先地位得以更加強(qiáng)化。
另外，2019年10月，臺(tái)積電在美國(guó)舉辦的開放創(chuàng)新平臺(tái)論壇上，臺(tái)積電與ARM公司共同發(fā)布了業(yè)界首款采用CoWoS封裝并獲得硅晶驗(yàn)證的7納米芯粒(Chiplet)系統(tǒng)。
除了CoWoS和InFO這兩大2.5D IC封裝技術(shù)外，臺(tái)積電在3D IC封裝上還有SoIC 及 WoW。2019年，臺(tái)積電已順利試產(chǎn) 7nm系統(tǒng)整合芯片（SoIC）及 16 納米晶圓堆疊晶圓（WoW）等 3D IC 封裝制程，預(yù)期 2021 年之后進(jìn)入量產(chǎn)。
在手機(jī)市場(chǎng)疲軟已漸成現(xiàn)實(shí)的情況下，物聯(lián)網(wǎng)是臺(tái)積電下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)，張忠謀此前直指，如果想要掌握物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)，就要掌握三大技術(shù)：系統(tǒng)封裝、低功耗、傳感器。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，臺(tái)積電把自己放在很重要的位置上。
結(jié)語
變革半導(dǎo)體的游戲規(guī)則，一步步坐穩(wěn)代工龍頭，在封裝的邊緣不斷試探，抗住疫情的蹂躪，利潤(rùn)創(chuàng)下8年紀(jì)錄，超越三星IntelNVIDIA，市值登上第一，我們不知道臺(tái)積電這頭大象的舞池盡頭在哪？只知道要盡情享受，接著奏樂，接著舞~
