力挺華為的台積電在5nm工藝上一騎絕塵,三次讓對手懊悔不已

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在「全民瘋晶片」的當下,試想把 1,200 萬片 12 寸晶圓一字排開來,會是何等壯觀景象? 可以從北京一直排到西藏拉薩,綿延 3,600 公里的長度,這正是全球晶圓代工龍頭,同時也是全球最大邏輯產能供應商台積電一整年所生產的晶片數量(以 2018 年約當 12 寸晶片計算)。

台積電在上海舉行技術論壇多年,2019 年是首次開放媒體參加,雖然近期因華為事件,讓台積電在行業內匯聚高度關注,但公司並未因此改變與媒體會面的行程,同時,台積電也在論壇現場為華為和海思開闢了ㄧ條專門的註冊通道,以示重視,發言人孫又文表示,台積電一直都是專心深耕技術的公司,未來希望能讓大家多了解公司的商業模式和技術優勢。

圖 | 台積電總裁魏哲家在技術論壇中表示,目前市面上量產的 7 nm 工藝晶片都是台積電製造。 (來源:DeepTech)

三星不斷挑釁,台積電 7 nm 用實力證明第一

日前,英特爾因為自身產能吃緊等因素,已經放棄晶圓代工業務,專注擅長的處理器晶片。相較於英特爾這幾年發展 10 nm 技術的跌跌撞撞,台積電在技術軌道的推動上往 10 nm、 7 nm 、5 nm 一路急進,顯得是如魚得水。

然而,台積電創辦人張忠謀曾說過,「永遠不要小看英特爾」,可以深深感受出台積電在技術發展上雖然已經追上英特爾的腳步,但對於這位「老前輩」的尊敬之意是未減絲毫。

台積電在全球半導體領域的成就已是登峰造極,但仍有一家就地理位置而言,其實不遠的競爭敵手,隔三差五地「挑釁」台積電,它也曾是張忠謀口中可敬的對手,這家一直向台積電「下戰帖」的公司,就是韓國的三星。

在 2019 年技術論壇中,台積電總裁魏哲家宣布,台積電是全球第一家量產 7 nm 工藝技術的半導體廠,下一世代的 5 nm 工藝更已經進入試產階段,預計 2020 年正式量產。

緊接著上場的業務開發副總張曉強更是再次強調,台積電的 7 nm 工藝是第二年進入量產,且是全球唯一進入 7 nm 量產的半導體廠,客戶數量一直在增加,在台積電的歷史上是非常成功的工藝技術。

輪番上場的強調 7 nm 全球領先,就是因為三星在兩年前就一直號稱自己將會是「第一家」量產 7 nm 的半導體廠,但後來三星連自家的處理器 Exynos 9820 都沒有用 7 nm 來生產,之後更一直喊話大打 6 nm 、 5 nm 、 3 nm 營銷宣傳戰,對比之下,默默深耕技術但不多言的台積電,有點吃悶虧,因此趁著技術論壇的自家場子,一定要好好強調這場「光榮之役」。

圖 | 台積電連續 6 年每年投入 80 億~100 億美元的資本支出發展先進工藝技術。 (來源:DeepTech)

32 歲的台積電, 3 大戰役成就龍頭地位

近 5 年來,台積電每年狂砸 100 億美元,一路踩油門不回頭地瘋狂投資,不但成為全球第一個量產 7 nm 技術的半導體廠, 2020 年更將成為全球第一個量產 5 nm 技術的大廠,奠定其歷史地位。

台積電究竟是如何站上今日全球半導體巨擘的龍頭地位?有三大關鍵戰役,在 32 年發展的歷史軌跡中,築起今日的半導體帝國風貌。

這三大戰役分別為: 0.13 微米工藝分水嶺史上最賺錢的 28 nm 工藝傳奇全球首家量產 7 nm 技術讓英特爾也折服。

台積電創立於 1987 年,那是一個 IDM 廠(設計加上製造)橫著走的年代,當時的大廠有英特爾、德州儀器、摩托羅拉等,行業內都認為:唯有擁有晶圓廠才稱得上是真男人!

但張忠謀創立純晶圓代工模式後,扶植高通、博通等大型 IC 設計公司大放光芒,打破 IDM 神話,開啟台積電作為領頭羊的專業晶圓代工的時代。

2000 年左右,是台積電很關鍵的一個時期,當時公司仍處於青少年時期,自然無法與今日巨擘地位相比,但其長大成人的過程中, 12 寸 0.13 微米戰役很關鍵。

那時全球半導體產業正處於 8 寸轉 12 寸晶圓時期,但 12 寸廠的投資成本遠遠高於 1995 年由 6 寸轉 8 寸廠,很多 IDM 廠認為無力負擔 12 寸廠建置成本,因此裹足不前,而台積電逆勢而為,大力投入 12 寸廠建置,奠定成功第一步

更為關鍵的是, 12 寸第一個製程技術是 0.13 微米銅製程工藝技術,相較於當時最大競爭對手聯電採用授權自 IBM 的技術,台積電自己開發 0.13 微米銅製程成功,是拉開與聯電之間距離的關鍵一役,當時 Nvidia 創辦人黃仁勛都說「 0.13 微米世代改造了台積電!」

第二大關鍵戰役是「史上最瘋狂賺錢」的 28 nm 納米工藝,把包括三星在內的所有競爭對手遠遠甩在後面,而這個過程隱含一段秘密。

當時的 28 nm HKMG 工藝技術分為兩派,分別為 gate-first 和 gate-last ,除了台積電以外的半導體廠都是跟隨 IBM 架構採用 gate-first 技術,只有台積電是採用 gate - last 技術

其實,台積電最開始也是採用 gate-first 技術,但研發過程中很快發現有無法克服的障礙,因此內部動作很快,立刻轉換成 gate-last 技術,經過確認後,更將 28 nm gate-last 技術定義為最終的量產技術,但這個決議過程公司非常低調,幾乎是秘而不宣。

等到台積電對外發布 28 nm 工藝是採用 gate-last 技術,與所有的半導體廠不一樣時,在某次的投資人說明會議上,台積電研發大將蔣尚義(業界人稱蔣爸)面對外資法人質疑,究竟是 gate-first 技術可行?還是 gate-last 技術才能量產?蔣爸以一貫笑咪咪的態度緩緩地說:現在不跟你們爭這個,大家就看業界下一個技術節點究竟是會用 gate-first ,還是 gate-last ,就會知道答案。

這個故事的結局,當然是讓所有競爭對手都懊悔不已,等到大家都發現 gate-first 技術其實有問題,要效法台積電轉到 gate-last 技術時,一切都已經晚了,因為這個產業只要你領先別人一年推出,幾乎就把最大的獲利都先收到口袋中。

這一場 28 nm 工藝讓台積電大賺了 7~8 年,成為史上最賺錢的工藝技術,更是半導體史上的一頁傳奇,一直到台積電前幾年說服客戶轉到 16 nm 工藝後,才讓 28 nm 產能空出來。

如果說當年的 0.13 微米工藝改造了台積電,那 28 nm 工藝技術就是讓台積電穩穩躋身全球一線半導體大廠的關鍵一步,為邁向半導體霸主的龍頭地位鋪好康莊大道。

圖 | 台積電 5nm 技術將在 2020 年量產,瞄準行動裝置和 HPC 兩大應用領域。 (來源:DeepTech)

台積電第三大關鍵戰役,就是眼前的 7 nm 技術世代。原本對外表示要大張旗鼓進軍晶圓代工產業的英特爾,因為 10 nm 技術難產、產能不足等問題,也開始淡出晶圓代工產業,這一點早已在張忠謀的預料之中。

張忠謀曾經點出,「晶圓代工的文化是服務客戶,但英特爾所擅長的是做自家的產品,並沒有服務客戶的精神」,他早已看出英特爾的企業文化其實並不適合發展晶圓代工。

相較於英特爾的淡出,三星對於晶圓代工的龍頭地位一直視虎視眈眈。憑藉著有 DRAM 內存和 NAND Flash 快閃記憶體全球龍頭的技術,加上有品牌手機做後盾,三星一直花招百出要攻略晶圓代工領域,之前更一直放話會是首家摘下 7 nm 量產的半導體廠,但最後仍是敗給台積電。

過往台積電在 40 nm 工藝世代時,從小量到全量產花了 35 個月,到了 28 nm 縮短至 20 個月,到了 20 nm 工藝以後,僅花了 3 個月就達成, 7 nm 依然保持這樣的紀錄。

台積電在 7 nm 和 5 nm兩個技術世代上的領先,不但超越英特爾,更以「硬實力」將一直放話的三星甩在後面。

當然,三星也沒有放棄扯後腿,日前再度從台積電手上搶下高通 7 nm 工藝技術的 Snapdragon 865 處理器晶片訂單,雖然業界認為是三星低價搶單,但三星和高通之間的關係太錯綜複雜,可能不是一句「低價」就可以概括這場交易。

圖 | 台積電在上海技術論壇中對外展現全球第一的 5 nm 晶片技術實力。 (來源:DeepTech)

不但成功更要卓越,朝 zero excursion 、 zero defect 目標前進

作為全球最大的晶圓代工廠,魏哲家在技術論壇中強調台積電的三大支撐點是技術、生產、不與客戶競爭,更喊出要達到 zero excursion 、 zero defect(零偏移、零缺陷)的目標,顯示對於品質要求不單是成功,而是要求卓越。

台積電除了全球第一個量產 7 nm 技術,更往前推動至採用 EUV 技術的 7 nm plus 版本外,目前已經進入 5 nm 試產,預計 2020 年量產,並且建成整個生態系統供應鏈 OIP 聯盟,因為半導體的世界,光是靠技術領先還不夠,還要有更完整和強健的生態系統,才能達到無堅不摧的境界。

值得注意的是,台積電日前將 6 nm 工藝技術亮相,和 7 nm plus 技術一樣是採用 EUV 技術

張曉強表示, 6 nm 工藝是結合 7 nm 和 7 nm plus 技術的優點,並且減少光罩,為客戶帶來更高性能和更低成本。

業界認為,台積電的 7 nm plus 版本量產沒多久,就馬上讓 6 nm 工藝技術在 2020 年量產上陣,目的是快速進行技術疊代,讓三星跟不上腳步,顯見台積電的戰術打法也開始轉變,面對三星這個頑固的勁敵,台積電也越來越靈活了。

2019 年是台積電很特別的一年。張忠謀於 2018 年正式退休後,這是台積電真正要面對「後張忠謀時代」的第一年,卻也在此時,台積電意外變成中美關係中的關鍵角色,一舉一動在全球科技產業是動見觀瞻。

台積電以「硬實力」——包括 7 nm 和 5 nm 工藝技術的領先,以及 3 nm 技術的啟動——來證明半導體龍頭地位,但產業環境詭譎多變,內部不但是一步都不敢放鬆,更要把螺絲擰得更緊。

選在 2019 年開放技術論壇,對外揭露神秘而低調的面紗,「後張忠謀時代」的台積電要給外界更不同的觀感,不單給別人冷冰冰技術的「高、大、上」的形象,要讓更多人明白其商業模式和企業文化,讓更多人走進龍頭,更了解台積電。


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