臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)再進(jìn)入一個(gè)新的里程碑

臺(tái)灣叱咤全球的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)再進(jìn)入一個(gè)新的里程碑！那就是晶圓代工龍頭臺(tái)積電位在南科的3 納米廠正式舉行上梁典禮。根據(jù)外媒《彭博社》的報(bào)導(dǎo)指出，臺(tái)積電的3 納米制程預(yù)計(jì)將在2022 年的下半年正式量產(chǎn)。臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音也表示，3 納米廠廠房基地面積約為35 公頃，無(wú)塵室面積將超過(guò)16 萬(wàn)平方公尺，大約是22 座標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小。而屆時(shí)當(dāng)3 納米進(jìn)入量產(chǎn)時(shí)，當(dāng)年產(chǎn)能預(yù)估將超過(guò)每年60 萬(wàn)片12 吋晶圓，這也將使得臺(tái)積電繼續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先地位。

根據(jù)市場(chǎng)研究及調(diào)查機(jī)構(gòu)《IC INSIGHTS》的最新研究數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球前15 大半導(dǎo)體廠當(dāng)中，臺(tái)積電的年?duì)I收可望達(dá)454.2 億美元，將僅次南韓三星（Samsung）及處理器龍頭英特爾（Intel），居全球第3 大半導(dǎo)體廠。不過(guò)，相較于三星有記憶體及晶圓制造，英特爾以銷售處理器及其他芯片為主的商業(yè)模式，臺(tái)積電則是其中唯一的純晶圓代工廠。

另外，根據(jù)TrendForce 旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究院的調(diào)研結(jié)果顯示，2020 年第3 季臺(tái)積電在全球晶圓代工市場(chǎng)的市占率高達(dá)53.9%，也就是在前10 名的晶圓代工企業(yè)當(dāng)中，其他9 名的總和都沒(méi)有臺(tái)積電一家多。而這今日的臺(tái)灣之光，掌握全球半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的重要關(guān)鍵，當(dāng)時(shí)是如何建立？這就得從1974 年在臺(tái)北的一場(chǎng)會(huì)議中談起。

推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型促成兩大龍頭

1974 年，當(dāng)時(shí)的行政院秘書長(zhǎng)費(fèi)驊，會(huì)同包括經(jīng)濟(jì)部長(zhǎng)孫運(yùn)璿、交通部長(zhǎng)高玉樹、電信總局局長(zhǎng)方賢齊、工研院院長(zhǎng)王兆振與電信研究所所長(zhǎng)康寶煌等政府官員，再加上美國(guó)無(wú)線電公司（ RCA）研究主任潘文淵聚在一起討論如何促進(jìn)臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，希望能從原本的紡織業(yè)轉(zhuǎn)而發(fā)展電子業(yè)。討論結(jié)果最后決定，藉由政府的主導(dǎo)來(lái)發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)，由經(jīng)濟(jì)部在工研院底下設(shè)立「電子工業(yè)研究發(fā)展中心」，也就是后來(lái)的工研院電子所，以電子表使用的芯片為基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)自美國(guó)引進(jìn)集成電路技術(shù)。

潘文淵邀集海外華人組成「電子技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)」（TAC），為工研院擬定技術(shù)合作邀請(qǐng)函，詢問(wèn)30 多家美國(guó)半導(dǎo)體廠商技術(shù)移轉(zhuǎn)的意愿，最后選定RCA。當(dāng)時(shí)RCA 已經(jīng)在臺(tái)灣設(shè)廠生產(chǎn)電子產(chǎn)品，而且愿意代訓(xùn)人才，并負(fù)有更新技術(shù)之義務(wù)，以及買回所生產(chǎn)出的芯片，因而雀屏中選。當(dāng)時(shí)工研院選派楊丁元、史欽泰、章青駒等多人赴美國(guó)RCA 工廠培訓(xùn)，回臺(tái)灣在電子所設(shè)立集成電路示范工廠，后來(lái)這些人均成為臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵人物。

而電子示范工廠生產(chǎn)的首批電子表電路CD4007 A 的良率為55.7%，但4 個(gè)月后便超過(guò)RCA 估計(jì)的最高良率80%。此后甚至超越美國(guó)的平均良率83%，而達(dá)到88%，連RCA 都自嘆不如。后來(lái)，RCA 甚至一度請(qǐng)求工研院將示范工廠或是技術(shù)賣回RCA，但為工研院拒絕，之后開啟了臺(tái)灣集成電路產(chǎn)業(yè)的輝煌世代。

不過(guò)，產(chǎn)品大受歡迎的情況下，卻產(chǎn)生了另一個(gè)問(wèn)題，那就示范工廠越來(lái)越商業(yè)化，需要擴(kuò)廠的資金需求也越來(lái)越高，而這與工研院身為研究機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)備專心第二期集成電路研究計(jì)畫產(chǎn)生沖突，因此決定將示范工廠切割出去，這也就是在1980 年成立衍生公司聯(lián)華電子（聯(lián)電）的由來(lái)。

至于，后來(lái)臺(tái)積電的成立，則是工研院電子所「超大型集成電路計(jì)畫」的產(chǎn)物，之后成為繼聯(lián)電后的第2 家衍生公司。如同聯(lián)電一般，1987 年成立臺(tái)積電之際，時(shí)任行政院長(zhǎng)俞國(guó)華希望民間持股能夠至少有51%，以便確保臺(tái)積電成為民營(yíng)公司，但是同樣因?yàn)榕_(tái)灣企業(yè)家缺乏信心而募資不順，最后只得尋求外資合作，之后由行政院開發(fā)基金投資48.3%、荷蘭飛利浦公司投資27.5%，本地民間資本僅占24.2%。

英特爾也幫了一把

臺(tái)積電創(chuàng)立后，1988 年董事長(zhǎng)張忠謀做了一個(gè)關(guān)鍵的決定，那就是透過(guò)私人情誼將老朋友Andy Grove（前英特爾創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長(zhǎng)）請(qǐng)到臺(tái)灣對(duì)臺(tái)積電展開認(rèn)證，并爭(zhēng)取為英特爾代工產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)，拿到英特爾的認(rèn)證對(duì)于臺(tái)積電來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)槟玫绞澜缂?jí)的認(rèn)證就是對(duì)其生產(chǎn)能力最好的背書，同時(shí)也為公司建立起了規(guī)章制度上的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。

在順利通過(guò)英特爾的認(rèn)證之后，等于為其所擁有的晶圓代工模式打開生意的大門，使得成立不久的臺(tái)積電逐漸步上穩(wěn)健的經(jīng)營(yíng)軌道，并在1994 年9 月5 日正式在臺(tái)灣證券交易所上市，股票代碼為2330.TW。之后的1997 年10 月8 日，臺(tái)積電海外存托憑證又在紐約證券交易所上市，股票代碼為TSM.N。

而隨著臺(tái)積電后來(lái)在晶圓代工領(lǐng)域驚人的成功，尤其是在營(yíng)業(yè)額屢創(chuàng)新高之際，依舊維持將近50% 的毛利率，臺(tái)灣及世界各地的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司因此大幅增加，加速了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。之后，許多企業(yè)爭(zhēng)相模仿，首先是新加坡的特許半導(dǎo)體（Chartered Semiconductor）也以純晶圓代工模式與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)，此外，南韓三星、日本的富士重工、川崎鋼鐵、神戶鋼鐵與山葉以及美國(guó)的英特爾等公司，也在自身業(yè)務(wù)外投入晶圓代工產(chǎn)業(yè)。

面對(duì)晶圓代工市場(chǎng)的百花齊放，此時(shí)的臺(tái)積電仍依照自己既定的步伐邁進(jìn)。1999 年，臺(tái)積電領(lǐng)先業(yè)界推出可商業(yè)量產(chǎn)的0.18 微米銅制程制造服務(wù)。2001 年，臺(tái)積電推出業(yè)界第一套參考設(shè)計(jì)流程（Reference DesignFlow），協(xié)助開發(fā)0.25 微米及0.18 微米的客戶降低設(shè)計(jì)障礙，以達(dá)到快速量產(chǎn)之目標(biāo)。2005 年，領(lǐng)先業(yè)界成功試產(chǎn)65 納米制程芯片。同年6 月，張忠謀辭去臺(tái)積電執(zhí)行職務(wù)，將棒子移交給其一手培養(yǎng)起來(lái)的接班人蔡力行，自己則僅擔(dān)任董事長(zhǎng)的職務(wù)。

世代交替幾經(jīng)波折

不過(guò)，世代輪替后的臺(tái)積電并沒(méi)有因此而一帆風(fēng)順。首先是2008 年全球金融海嘯沖擊，使得2009 年?duì)I收較2008 年下滑了11.2%，而且還因?yàn)閯谫Y爭(zhēng)議事件鬧的滿城風(fēng)雨。再加上當(dāng)時(shí)臺(tái)積電正在積極開發(fā)的40 納米制程遇上瓶頸，這些因素都讓公司營(yíng)運(yùn)面臨虧損的危機(jī)。

2009 年6 月，在卸任4 年之后，張忠謀以78 歲高齡，重新回鍋擔(dān)任臺(tái)積電執(zhí)行長(zhǎng)職務(wù)，透過(guò)一系列的危機(jī)處理，使臺(tái)積電的營(yíng)運(yùn)重回正軌。而其中之一的關(guān)鍵，就是繼40 納米制程之后的28 納米制程，臺(tái)積電決定采用與英特爾相同的Gate-last 架構(gòu)，放棄IBM 的Gate-First 架構(gòu)，使得當(dāng)時(shí)同樣在開發(fā)28 納米制程的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手聯(lián)電、三星、格羅方德都還持續(xù)在研發(fā)卡關(guān)的時(shí)刻，臺(tái)積電能在2011 年正式量產(chǎn)28 納米制程。

28 納米制程搶先成關(guān)鍵

有人稱28 納米制程為幫助臺(tái)積電后來(lái)全面脫胎換骨的關(guān)鍵，現(xiàn)在看來(lái)一點(diǎn)都不為過(guò)。原因在于當(dāng)其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都還持續(xù)在與28 納米制程技術(shù)奮斗之際，臺(tái)積電率先推出28 納米制程芯片，使得制程技術(shù)和臺(tái)積電落差無(wú)法縮小落差的情況下，只能在65 及40 納米的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上彼此削價(jià)競(jìng)爭(zhēng)。使得當(dāng)初以高階芯片為主的IC 設(shè)計(jì)公司在選擇代工廠之際，可說(shuō)除了臺(tái)積電以外，就沒(méi)有第二選擇，也因此使得臺(tái)積電在28 納米節(jié)點(diǎn)上的優(yōu)勢(shì)維持了數(shù)年之久，而該制程亦可說(shuō)是歷年來(lái)對(duì)臺(tái)積電營(yíng)收貢獻(xiàn)最大的制程之一，這也使得臺(tái)積電之后進(jìn)一步拉大與其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手差距，成為持續(xù)穩(wěn)坐晶圓代工龍頭的最大助力。

2013 年，臺(tái)積電挾28 納米制程的技術(shù)與市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，推出半節(jié)點(diǎn)升級(jí)的20 納米制程，只是，20 納米為28 納米制程所改良而來(lái)，在芯片面積微縮及功耗提升有限的情況下，較知名的除了蘋果的A8 處理器外，正式采用的客戶并不多，未能延續(xù)臺(tái)積電在28 納米制程上的優(yōu)勢(shì)，使得這時(shí)的臺(tái)積電開始將期望放在下一個(gè)全節(jié)點(diǎn)提升的16納米制程發(fā)展上。

被迫與三星分單反突顯優(yōu)勢(shì)

2014 年，臺(tái)積電推出在20 納米制程基礎(chǔ)上加入FinFET 技術(shù)而成16 納米制程，并且取得使用于搭載于蘋果iPhone 6s 和iPhone 6s+ 智慧型手機(jī)上A9 處理器的部分訂單。當(dāng)時(shí)，臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手南韓三星，因?yàn)樵?8 納米制程上始終無(wú)法突破臺(tái)積電的優(yōu)勢(shì)之后，就將發(fā)展目標(biāo)進(jìn)一步跳過(guò)20 納米制程，放置到更先進(jìn)的14 納米制程上，并且找來(lái)前臺(tái)積電負(fù)責(zé)研發(fā)的梁孟松進(jìn)行技術(shù)指點(diǎn)，之后領(lǐng)先臺(tái)積電的16 納米制程，率先推出14 納米制程，后來(lái)還與先前持續(xù)在制程上領(lǐng)先臺(tái)積電共享蘋果A9 處理器訂單。

當(dāng)時(shí)，蘋果采取了使用雙供應(yīng)商的策略，同樣的芯片設(shè)計(jì)分別由三星電子和臺(tái)積電完成晶圓代工。三星生產(chǎn)的芯片代號(hào)為APL0898，使用14 納米制程制造，面積為96 平方公厘；而臺(tái)積電生產(chǎn)的芯片代號(hào)為APL1022，使用了16 納米制程制造，面積為104.5 平方公厘。雖然略有區(qū)別，但是蘋果宣稱性能并無(wú)顯著區(qū)別。

之后，2015 年10 月，市場(chǎng)卻傳出，根據(jù)測(cè)試程式的結(jié)果，搭載三星代工芯片的iPhone 續(xù)航能力，較搭載臺(tái)積電代工芯片的iPhone 更低的情況，一系列報(bào)導(dǎo)引起了消費(fèi)者熱議。雖然，這消息為蘋果及三星所否認(rèn)。但是自A9 系列處理器之后，蘋果自A10 系列處理器開始，直到近期最新的A14 系列處理器，蘋果就再也沒(méi)有讓三星進(jìn)行代工，可以想像這次事件影響的巨大。

制程優(yōu)勢(shì)一路領(lǐng)先

雖然臺(tái)積電與三星在16 及14 納米制程上仍在激烈競(jìng)爭(zhēng)，但當(dāng)時(shí)的臺(tái)積電已經(jīng)開始著手新一代10 納米制程的開發(fā)，而這其中還加入臺(tái)積電后來(lái)關(guān)鍵的致勝武器──InFO 扇出型晶圓級(jí)封裝技術(shù)，并在2016 年正式推出。事實(shí)上，扇出型晶圓級(jí)封裝技術(shù)早在2010 年就已經(jīng)被英特爾研發(fā)出來(lái)，最初用在英特爾的行動(dòng)解決方案上，但可惜的是，英特爾并未堅(jiān)持下去，反而臺(tái)積電接手該技術(shù)的研發(fā)，并推出完全版的InFO 封裝技術(shù)。而該封裝技術(shù)的最大好處就是降低成本、加快芯片制造周期，在制程良率達(dá)到最佳水平時(shí)效率尤其明顯。

隨著10 納米制程之后，臺(tái)積電緊接著迎接個(gè)位數(shù)納米制程的來(lái)臨。臺(tái)積電的第1 代7 納米制程于2017 年4 月開始開始大規(guī)模投產(chǎn)，相較于上一代的10 納米FinFET 制程技術(shù)，臺(tái)積電的7 納米制程技術(shù)在邏輯閘密度提高1.6 倍，運(yùn)算速度增快約20%，功耗降低約40%。至于，第二代的7 納米（N7+）制程技術(shù)，在采用了及紫外光曝光技術(shù)（EUV） 之后，則于2018 年8 月開始試產(chǎn)。

而臺(tái)積電也曾表示，自2020 年7 月份終于生產(chǎn)出了第10 億個(gè)7 納米制程芯片之后，換句話說(shuō)，7 納米制程自投產(chǎn)開始，到生產(chǎn)出第10 億個(gè)芯片僅花費(fèi)27 個(gè)月的時(shí)間，在平均每個(gè)月生產(chǎn)出3，700 萬(wàn)片7 納米芯片的情況下，使得該制程較過(guò)去的其他制程都要更快達(dá)到其量產(chǎn)規(guī)模。另外，目前采用7 納米制程的客戶有數(shù)十家，其所生產(chǎn)的產(chǎn)品搭載在100 多種的產(chǎn)品上，而如果將這10 億個(gè)內(nèi)含數(shù)十億個(gè)電機(jī)體的7 納米芯片鋪平，則足以覆蓋13 個(gè)紐約曼哈頓。

緊接著7 納米制程的發(fā)展，2020 年臺(tái)積電的5 納米制程也進(jìn)入正式的量產(chǎn)階段。而根據(jù)臺(tái)積電公布的資料顯示，5 納米制程將會(huì)是臺(tái)積電的再一個(gè)重要制程節(jié)點(diǎn)，其中將分為N5、N5P 兩個(gè)版本。N5 相較于前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的N7 的7 納米制程性能要再提升15%、功耗降低30%。而更先進(jìn)的N5P 則將在N5 的基礎(chǔ)上再將性能提升7%、功耗降低15%，而N5P 制程技術(shù)則預(yù)計(jì)于2021 年正式量產(chǎn)。

回顧歷程，臺(tái)積電在1987 年成立時(shí)由1 座6 吋廠開始，如今已經(jīng)發(fā)展成擁有4 座12 吋超大晶圓廠、4 座8 吋晶圓廠和1 座6 吋晶圓廠，并擁有一家百分之百持有之海外子公司──臺(tái)積電（南京）有限公司之12 吋晶圓廠，及2 家百分之百持有之海外子公司──WaferTech 美國(guó)子公司、臺(tái)積電（中國(guó)）有限公司之8 吋晶圓廠，再加上4 座后段封測(cè)廠的跨國(guó)性大型半導(dǎo)體公司。

截至2019 年為止，臺(tái)積電也提供最廣泛的先進(jìn)制程、特殊制程及先進(jìn)封裝等272 種制程技術(shù)，為499 個(gè)客戶生產(chǎn)1 萬(wàn)761 種不同產(chǎn)品。而2020 年前3 季也繳出，收達(dá)新臺(tái)幣9，777.22 億元，較2019 年同期增加29.9%，毛利率52.8%，較2019 年同期增加8.5 個(gè)百分點(diǎn)，稅后純益3，751.19 億元，較2019 年同期增加63.6%，每股EPS 為14.47 元的亮麗成績(jī)。緊接著，隨著南科3 納米廠的逐步完工，預(yù)計(jì)臺(tái)積電未來(lái)還將持續(xù)發(fā)展，其將能為者個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)什么樣的改變，也讓大家持續(xù)期待。
責(zé)任編輯:tzh