連美國脖子都能卡的臺積電,到底是怎樣煉成的?

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上週,佩洛西的行程牽動了無數人的神經。

現在我們或許知道了她此行的目的之一。

配合美國眾議院新通過的《 晶片與科學 》法案來拉扯臺積電。

昨天,拜登簽署正式通過了這道法案,結果晶片業股價今天一路跌。。。

來源:每日財經新聞

不過差評君今天想聊聊這件事裡的另外一個主角,臺積電。

說實話,自打華為被制裁以來,臺積電這家代工廠可以說是從臺前走到幕後,頻頻出現在我們普羅大眾的視野裡。

這幾年凡是設計晶片製造的訊息,多多少少都和它有關。

平時穩坐釣魚臺的美國都為此親自下場過好幾回,比如希望臺積電快點去美國的亞利桑那州建廠,別成天渾水摸魚打哈哈。

其實道理咱們也懂,儘管美國在 晶片設計領域 ,佔據了全球市場份額的 70%。

但是美國本土的 晶片製造水平 這幾年可謂是一落千丈,從 1990 年的 37%,一口氣跌到了 2020 年的 12%。

光是臺積電一家的晶片代工營收,在 2022 年的 Q1 季度就佔到了全球市場的 53%,屬實是晶圓代工行業的 半壁江山 了。

換句話說,如果沒有臺積電的代工,美國的晶片行業就兩眼一黑,什麼蘋果, AMD。。。

設計出來的晶片,都只是能設計出來的空氣而已。

所以。。。這家在晶片製造上,能同時卡住華為和美國的臺灣公司,到底是怎麼做到如今這個規模的?

在這三十多年裡,又發生哪那些風風雨雨?

要回答這個問題,我們得先明白為什麼晶片行業,會在中國臺灣生根發芽?

撥開時間,往回 40 年,日本,輸掉了一場 半導體戰爭。

如今我們耳熟能詳的 Intel, AMD,在那之前,都曾是日本的手下敗將,被打的丟盔棄甲。

intel 瀕臨破產,被迫裁掉數千名員工,最後無奈轉型,退出當時主流的 DRAM 市場。

半導體行業的 “ 祖師爺 ” 快捷半導體還差點被日本富士通給收購掉。

當年的美國比現在還慌,絞盡腦汁想出了一個 “  日本半導體行業太發達會影響我們的國家安全 ” 的理由。

把自己的盟友日本亂拳打了一頓。

你說這理由。。。怎麼感覺聽起來這麼耳熟呢。

從通過立法認定日本半導體行業傾銷,到推動設立全球化分工的半導體行業來瓜分日本市場。

美國這頓操作下來,日本的半導體行業不能立馬說一落千丈吧,但至少起飛的後勁算是給按住了。

《爾必達到底是什麼》

但日本被錘了,晶片也不能沒人造吧。

畢竟那個年代的晶片製造業還可還沒有如今那麼無人化,除了最新最酷的裝置以外,勞動力也是必不可少的一環。

而美國的人工費有多貴。。。大家心裡都有數。

所以對美國來說,他們需要成熟,高精的晶片產品。

還需要便宜的人工力量。

於是在打掉日本 “ 閉門造車 ” 的半導體生產環境之後,美國需要劃分新的半導體供應鏈。

自己牢牢把握附加值最高的晶片設計。

而附加值相對較低的生產方面,則是打散後交給日本,韓國,中國臺灣等亞洲國家和地區來分。

這樣分散開來,就算任意一個 “ 小弟 ” 獲得了技術突破,也別想和之前的日本一樣有全產業鏈,能對美國的 “  國家安全 ” 產生威脅。

而臺積電,就是在這個環境下成長起來的。

在三國有一句話,“ 生子當如孫仲謀 ”。

在臺灣,大家更喜歡這樣說 —— “ 生子當如張忠謀 ”。 

張忠謀,就是臺積電能 “ 做起來 ” 的關鍵人物之一。

1931 年 7 月,張忠謀出生在浙江寧波,幼年因為戰亂輾轉過南京,廣州,香港等地。

看著好像是平平無奇。

但是當他成年後,先是跑去哈佛讀大學,然後讀到一半,跑到隔壁麻省理工讀了碩士。

在工作了一段時間後,還去斯坦福讀了博士。

直接刷齊了三大名校的成就。。。

不過這也不是張忠謀想折騰。

當時他考麻省理工的博士失敗了兩次,按當年的規定沒法繼續申請博士了,只能先就業為好。

當然,MIT 的碩士也不會愁著找工作,畢業後的張忠謀很順利的收到了福特汽車和一家叫 Sylva-nia 的半導體公司的 offer。

福特自然是優先選擇,畢竟是個汽車行業的老牌大公司, 而且他 在學校裡學的專業也和半導體沒啥關係,這 看起來怎麼這也得是個金飯碗。

但是, 福特開出來的工資比 Sylva-nia 少了一美元。

當時張忠謀就覺得,薪資這件事,是不是可以和福特再爭取一下,畢竟就差了一美元。

結果到了和福特 HR 溝通的時候,他發現事情沒有自己想象的這麼簡單。。。

福特不想多給這個 1 美元。

就這樣陰差陽錯的,張忠謀被福特的 HR 氣的不輕,最後還是去了 Sylva-nia,投身於半導體行業。

誰也沒想到當年福特沒給的這一美元,在幾十年後撬動了數百億美元的半導體市場。

當然,剛畢業的張忠謀距離這個數字還有些距離。

在半導體行業摸爬滾打數年之後,他於 1958 年入職德州儀器,成為該公司的第一個中國員工,在工作一段時候後還抽空去斯坦福讀了個博。

從 1972 年起他就開始擔任德州儀器的副總裁,最後一路幹成三把手。

年過半百,家庭和睦,事業。。。順利?

本以為這是個安享天年的時刻,但此時德州儀器卻準備向 消費電子領域轉型

而張忠謀則更加看重 半導體行業 未來的發展。

張忠謀自述 

最後的結果,是兩者矛盾漸生,最終在 1983 年,張忠謀離開了他呆了 25 年的 IT。

先是去了通用儀器,然後很快離開去了臺灣。

而此時正好是 1986 年,隨著《 美日半導體協議 》簽訂,日本半導體行業遭到影響。

張忠謀的到來對臺灣半導體來說可以是 最合適的時刻。

1987 年,在臺灣工研院的幫助和荷蘭飛利浦的投資下,張忠謀擔任臺積電董事長兼 CEO。

在那個年代,半導體巨頭沒有如今的 IDM ( 全部自己做 ) Fabless ( 不負責製造,只負責設計 ) 和 Foundry ( 不設計,只負責製造 ) 之分,絕大部分半導體公司都是兼任 晶片設計晶片製造 兩個維度的,全部自己包辦。

出於保護商業機密原因,自己設計的晶片要自己造。

剛剛成立的臺積電和全球所有的半導體公司都不一樣。

它只負責晶圓代工生產,而不去做晶元設計。

也就是如今 Foundry 的原型。

張忠謀自述 

集中一點,才能後來居上。

站在如今的角度回看,不得不佩服當年張忠謀的眼光毒辣。

這樣選擇一方面是 降低了晶片設計廠商之間的內耗。

過去大家為了保密自家做出來的晶片方案,都得藏著掖著不給別人設計,只能自建產線生產。

但現在不一樣了,臺積電只是一個 "  與世無爭 "  的晶圓代工廠,不涉及晶片設計,大家都可以把最新的晶片設計交給我代工,不用擔心洩密。

另一方面則是 降低了晶片設計的准入門檻。

後續入場的新玩家,不用花重金用於研究晶片製造, 只要能設計就行,製造方面的問題都可以交給臺積電。

再加上張忠謀的私人交情,拉來了剛上任英特爾 CEO 的安迪 · 格魯夫來做工藝改良,提升了 200 多道工藝工序。

在張忠謀所帶來的方向,精進的工藝指導下。

很快,臺積電在 1990 年的 營收 就超過了 10 億美元,到了 1997 年更是實現了 5.35 億美元的 盈利

這家新成立的公司雖然遍歷風雨,但至少是活了下來。

如果說臺積電能 “ 活下來 ”,要多虧了張忠謀一把屎一把尿地拉扯大。

那讓它 “ 活的壯 ”,活的和其它代工廠不一樣的原因,就離不開它 技術上的獨特性

畢竟人情拉來的訂單只是一時的。

臺積電能在正確的時間,做出合適的技術。

而合適的技術,又能找到最適合的客戶。

2001 年,臺積電率先研發出 0.13 微米的銅介質技術,通過用銅替代鋁,獲得了更高的晶片效能。

而在臺積電釋出的時候,友商們還在和 IBM 聯手研發如何用銅來做介質的過程中。

藉助這次 0.13 微米工藝的勝仗,臺積電直接拿到了 55 億新臺幣的訂單,成功超過了老對手聯電。

在這一戰之後,臺積電可以說是徹底站住了腳跟,通過銅製程技術奠定了行業領先的地位。

這樣的戰役,在臺積電數十年的歷史中,還不只發生過一次。

2003 年,臺積電和 ASML 聯手,一起研製出了 “  浸潤式光刻 ” 技術。在當年給摩爾定律續命。

在這之前,行業內採用的都是乾式光刻機,通過波長為 193nm 的光線來對晶片進行光刻。

為了提高製程,按道理來說下一步該用 157nm 波長的光線,但偏偏這個波長的光線特別特別有問題。。。容易 被氧氣給吸收,導致光刻效果不如預期。

當年的光刻機巨頭可不是 ASML ,而是尼康和佳能這些日本 “  遺老 ”。 

以這兩家為首的公司花費巨資在研究 157nm 的乾式光刻機上,準備在前代的基礎上再優化優化。

另一批以英特爾為首的公司則是準備激進的押注極紫外光,直接把 157nm 給一步快進到幾十奈米。

也就是我們現在熟悉的 EUV 光刻機上。

英特爾這個想法,在近 20 年後實現了

但臺積電此時則是出了個鬼才林本堅,他和 ASML 一起, 選擇用水來替代空氣做介質 。。。

水會影響光的波長,而 193nm 波長的光通過水的折射, 正好變成了 132nm,直接跳過了最麻煩的 157nm。

以大大領先友商的進度,臺積電和 ASML 很快就釋出了最新的光刻機。良率,產量都高於預期。

在那之後,所有研究的晶圓廠商都開始選擇 ASML 的浸潤式光刻機。

而尼康和佳能死磕 157nm 卻一直沒有得到突破。

等尼康和佳能總算反應過來的時候,已經落後臺積電兩三年內的技術了。

一步錯,步步錯。

前瞻產業研究院整理 

日本的半導體行業可能是被美國殺死的,但把它埋葬的 “ 人 ” 裡一定有臺積電。

而也正是這些交情,讓臺積電在未來數年裡一直和 ASML 保持著深度的合作友誼。

ASML 也從岌岌無名的小廠一躍而起,掀起了全球半導體行業風雲。

通過這次機會,臺積電牢牢地把握住了晶圓研發的最重要武器之一 —— 光刻機。

2009 年,受到金融危機的影響,臺積電有過短暫的低潮期,元老張忠謀再度出山。

78 歲的他眼光狠辣不減當年, 選擇押注未來手機市場的潛力 ,集中公司的力量開始研究 28nm 工藝。

箇中曲折不自多說,但是最終的結局和數年前的 0.13 微米一樣,臺積電再次在這個領域大獲全勝。

臺積電選擇的後閘級方案成功超過三星的方案,在 2011 年 10 月宣佈成功量產 28 nm 製程。

而且,得益於 蘋果和三星在手機市場的競爭關係 。。。

蘋果三星抄襲門 

蘋果急需新的手機晶片代工廠,於是 也找到臺積電搭上了關係。

在 2014 年臺積電開始插手三星的領域,開始代工蘋果的 A8 晶片,A9 和三星共分蘋果訂單。。。

再往後的時間裡,臺積電和蘋果是 越走越近 ,A10,A12,到我們最近耳熟能詳的A15,M1,M2,都是交給臺積電代工。

講到這裡,故事中的臺積電,已經和我們印象中的那個臺積電越來越接近了。

其實這兩年,大家對臺積電的印象可能還是來自美國對華為的制裁。

麒麟 9000 成為絕唱,華為直接被掐了脖子。

但其實被臺積電恰了脖子的,又何止一個華為。

就連美國自己,在制裁天,制裁地之後回過神來, 現在能依靠的先進製程廠,只有一個臺積電了。

三星 3nm 5nm 良率廢拉不堪,英特爾工藝還行,但是它自己相容晶片製造和設計,又容易和其它廠家形成競爭關係。

於是才有了美國三番五次的 “ 騷擾 ” 臺積電,希望它早點在美國建個廠,想要把產量給 “ 轉移回去 ”,把這個卡在自己脖子上的手給挪開。

前段時間眾議院通過《 晶片與科學法案 》,佩洛西冒天下之大不諱跑臺灣,都是為了這件事。

這個在技術上領先世界的公司, 再次遇到了來自技術之外的剝削了

就是不知道這一次,臺積電將準備如何應對。

撰文: 小陳   編輯: 面線      美編: 煥妍

圖片、資料來源

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