今年十月, 晶圓代工廠(chǎng)臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀談及Intel跨足晶圓代工領(lǐng)域,談及Intel此舉是把腳伸到池里試水溫,并道:「相信英特爾會(huì)發(fā)現(xiàn),水是很冰冷的。」全球晶圓代工在2015年的產(chǎn)值高達(dá)488.91億美元,更是臺(tái)灣科技業(yè)與金融業(yè)維生的命脈。
Intel和臺(tái)積電之對(duì)決將孰贏(yíng)孰???更別提一旁虎視眈眈地三星,這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)在多年以前早已悄悄開(kāi)打。今天就讓我們來(lái)談?wù)劯骷揖揞^的愛(ài)恨糾葛。
全球第一家、也是全球最大的晶圓代工企業(yè),晶圓代工市占率高達(dá)54%。2015年資本額約新臺(tái)幣2,593.0億元,市值約1,536億美金(2016/9)、約五兆新臺(tái)幣。另一方面,臺(tái)積電在2016年度的資本支出高達(dá)95億至105億美元(約新臺(tái)幣3,050億至3,380億元),已超越Intel。
制程方面采取穩(wěn)進(jìn)路線(xiàn),從28納米、20納米,到2015年Q2成熟制程(能大量生產(chǎn)、且在效能與良率上都穩(wěn)定)達(dá)16納米。先進(jìn)制程10納米預(yù)計(jì)在2017年第1季量產(chǎn)。其更于今年9月底透露,除5納米制程目前正積極規(guī)劃之外,更先進(jìn)的3納米制程目前也已組織了300到400人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
未來(lái),物理限制讓制程、摩爾定律也越難以實(shí)現(xiàn),臺(tái)積電預(yù)計(jì)將采取持續(xù)投入先進(jìn)制程研發(fā),但也著力于成熟制程特規(guī)化上的雙重策略,以維持其晶圓代工的龍頭地位。
一、聯(lián)電是怎樣落伍的
聯(lián)電僅次于臺(tái)積電、是全球第二大晶圓代工廠(chǎng)。然2015年已被格羅方德以9.6%的市占超過(guò)、以9.3% 的市占率成為老三。事實(shí)上代工產(chǎn)業(yè)只有龍頭一枝獨(dú)秀,景氣不佳時(shí)僅臺(tái)積電始終維持獲利,其余2、3、4名皆是一團(tuán)混戰(zhàn)。
聯(lián)電創(chuàng)立于1980年,也是臺(tái)灣第一家上市的半導(dǎo)體公司,早年一直是晶圓代工領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。什么原因?qū)е侣?lián)電與臺(tái)積電曾并稱(chēng)晶圓雙雄,到如今無(wú)論股價(jià)、營(yíng)收與獲利都拼不過(guò)臺(tái)積電在晶圓代工的地位呢?這就要說(shuō)說(shuō)臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀與聯(lián)電榮譽(yù)董事長(zhǎng)曹興誠(chéng)二王相爭(zhēng)的故事了。
張忠謀于1949年赴美留學(xué),分別拿到美國(guó)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系學(xué)士、碩士,因?yàn)樯暾?qǐng)博士失敗,畢業(yè)后只好先進(jìn)入德州儀器(TI)工作,當(dāng)時(shí)的張忠謀27歲。彼時(shí)德儀正替IBM生產(chǎn)四個(gè)電晶體,IBM提供設(shè)計(jì)、德儀代工,可以說(shuō)是晶圓代工的雛形。張忠謀帶領(lǐng)幾個(gè)工程師,成功把德儀的良率從2%-3%成功提升至20%以上、甚至超過(guò)IBM的自有產(chǎn)線(xiàn)。
張忠謀在德儀待了25年,直到1983年確定不再有升遷機(jī)會(huì),1985年應(yīng)經(jīng)濟(jì)部長(zhǎng)孫運(yùn)璿之邀、回臺(tái)擔(dān)任工研院院長(zhǎng),當(dāng)時(shí)的張忠謀已經(jīng)54歲了。相較于張忠謀的洋學(xué)歷與外商經(jīng)歷,曹興誠(chéng)由臺(tái)大電機(jī)系學(xué)士、交大管科所碩士畢業(yè)后進(jìn)入工研院。工研院于1980年出資成立聯(lián)電后,于1981年起轉(zhuǎn)任聯(lián)電副總經(jīng)理、隔年轉(zhuǎn)任總經(jīng)理。
讓我們?cè)倏匆淮惟ぉぢ?lián)電是創(chuàng)立于1980年,曹興誠(chéng)1981年任副總經(jīng)理、張忠謀于1985年以工研院院長(zhǎng)身分兼任聯(lián)電董事長(zhǎng)。1986年、張忠謀創(chuàng)辦了臺(tái)積電,并身兼工研院、聯(lián)電與臺(tái)積電董事長(zhǎng)三重身分。相較于以整合元件設(shè)計(jì)(IDM)為主、開(kāi)發(fā)自家處理器與記憶體產(chǎn)品的聯(lián)電,臺(tái)積電專(zhuān)攻晶圓代工。
這在當(dāng)時(shí)完全是一個(gè)創(chuàng)舉、更沒(méi)人看好,一般認(rèn)為IC設(shè)計(jì)公司不可能將芯片交由外人生產(chǎn)、有機(jī)密外泄之虞,況且晶圓代工所創(chuàng)造的附加價(jià)值比起販?zhǔn)坌酒€低得多。然而建立晶圓廠(chǎng)的資本支出非常昂貴,若將芯片的設(shè)計(jì)和制造分開(kāi),使得IC設(shè)計(jì)公司能將精力和成本集中在電路設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售上,而專(zhuān)門(mén)從事晶圓代工的公司則可以同時(shí)為多家IC設(shè)計(jì)公司提供服務(wù),盡可能提高其生產(chǎn)線(xiàn)的利用率、并將資本與營(yíng)運(yùn)投注在昂貴的晶圓廠(chǎng)。臺(tái)積電的成功,也促使無(wú)廠(chǎng)半導(dǎo)體(Fabless)的興起。
不過(guò)這完全惹惱了曹興誠(chéng),他宣稱(chēng)在張忠謀回臺(tái)的前一年便已向張?zhí)岢鼍A代工的想法,卻未獲回應(yīng),結(jié)果張忠謀在擔(dān)任聯(lián)電董事長(zhǎng)的情況下,隔年竟手拿政府資源、拉上用自己私人關(guān)系談來(lái)的荷商飛利浦(Philips)合資另創(chuàng)一家晶圓代工公司去了。
當(dāng)時(shí)曹興誠(chéng)示威性地選在工研院與飛利浦簽約的前夕召開(kāi)記者會(huì)、宣布聯(lián)電將擴(kuò)建新廠(chǎng)以和臺(tái)積電抗衡。從那之后,曹興誠(chéng)和張忠謀互斗的局面便未停止過(guò);然而張忠謀亦始終擔(dān)任聯(lián)電董事長(zhǎng),直到1991年曹興誠(chéng)才成功聯(lián)合其他董事以競(jìng)業(yè)回避為由,逼張忠謀辭去、并從總經(jīng)理爬到董事長(zhǎng)一職。
臺(tái)積電隨后在晶圓代工上的成功,也成了聯(lián)電的借鑒。1995年聯(lián)電放棄經(jīng)營(yíng)自有品牌,轉(zhuǎn)型為純專(zhuān)業(yè)晶圓代工廠(chǎng)。曹興誠(chéng)的想法比張忠謀更為刁鉆──他想,若能與無(wú)廠(chǎng)IC設(shè)計(jì)公司合資開(kāi)設(shè)晶圓代工廠(chǎng),一來(lái)不愁沒(méi)有資金蓋造價(jià)昂貴的晶圓廠(chǎng),二來(lái)了掌握客戶(hù)穩(wěn)定的需求、能直接承接這幾家IC設(shè)計(jì)公司的單。故曹興誠(chéng)發(fā)展出所謂的「聯(lián)電模式」,與美國(guó)、加拿大等地的11家IC設(shè)計(jì)公司合資成立聯(lián)誠(chéng)、聯(lián)瑞、聯(lián)嘉晶圓代工公司。
然而此舉伴隨而來(lái)的技術(shù)外流風(fēng)險(xiǎn),大型IC設(shè)計(jì)廠(chǎng)開(kāi)始不愿意將芯片設(shè)計(jì)圖給予聯(lián)電代工,使得聯(lián)電的客戶(hù)群以大量的中小型IC設(shè)計(jì)廠(chǎng)為主。1996年,因?yàn)槭艿娇蛻?hù)質(zhì)疑在晶圓代工廠(chǎng)內(nèi)設(shè)立IC設(shè)計(jì)部門(mén),會(huì)有懷疑盜用客戶(hù)設(shè)計(jì)的疑慮,聯(lián)電又將旗下的IC設(shè)計(jì)部門(mén)分出去成立公司,包括現(xiàn)在的聯(lián)發(fā)科技、聯(lián)詠科技、聯(lián)陽(yáng)半導(dǎo)體、智原科技等公司。再來(lái)是設(shè)備未統(tǒng)一化的問(wèn)題──和不同公司合資的工廠(chǎng)設(shè)備必有些許差異,當(dāng)一家工廠(chǎng)訂單爆量時(shí),卻也難以轉(zhuǎn)單到其他工廠(chǎng)、浪費(fèi)多余產(chǎn)能。
相較之下,臺(tái)積電用自己的資金自行建造工廠(chǎng),不但讓國(guó)際大廠(chǎng)愿意將先進(jìn)制程交由臺(tái)積電代工而不用擔(dān)心其商業(yè)機(jī)密被盜取、更能充分發(fā)揮產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能。
不過(guò)真正讓曹興誠(chéng)砸掉整個(gè)宏圖霸業(yè)、從此聯(lián)電再也追趕不上臺(tái)積電的分水嶺,還在于1997年的一場(chǎng)大火,與2000年聯(lián)電與IBM的合作失敗。
我們?cè)谇笆鲋刑岬?,?lián)電的每個(gè)晶圓廠(chǎng)都是獨(dú)立的公司,「聯(lián)瑞」就是當(dāng)時(shí)聯(lián)電的另一個(gè)新的八吋廠(chǎng)。在建廠(chǎng)完后的兩年多后,1997年的八月開(kāi)始試產(chǎn),第二個(gè)月產(chǎn)就沖到了三萬(wàn)多片。該年10月,聯(lián)電總經(jīng)理方以充滿(mǎn)企圖心的口吻表示:「聯(lián)電在兩年內(nèi)一定干掉臺(tái)積電!」不料兩日后,一把人為疏失的大火燒掉了聯(lián)瑞廠(chǎng)房。火災(zāi)不僅毀掉了百億廠(chǎng)房,也讓聯(lián)瑞原本可以為聯(lián)電賺到的二十億元營(yíng)收泡湯,更錯(cuò)失半導(dǎo)體景氣高峰期、訂單與客戶(hù)大幅流失,是歷史上臺(tái)灣企業(yè)火災(zāi)損失最嚴(yán)重的一次,也重創(chuàng)了產(chǎn)險(xiǎn)業(yè)者、賠了100多億,才讓臺(tái)灣科技廠(chǎng)房與產(chǎn)險(xiǎn)業(yè)者興起風(fēng)險(xiǎn)控制與預(yù)防的意識(shí),此為后話(huà)不提。
在求新求快的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),只要晚別人一步將技術(shù)研發(fā)出來(lái)、就是晚一步量產(chǎn)將價(jià)格壓低,可以說(shuō)時(shí)間就是競(jìng)爭(zhēng)力。在聯(lián)瑞被燒掉的那時(shí)刻,幾乎了確定聯(lián)電再也無(wú)法追上臺(tái)積電。
2000 年與IBM的合作,對(duì)聯(lián)電來(lái)說(shuō)又是一次重?fù)?,卻是臺(tái)積電翻身的關(guān)鍵。
隨著半導(dǎo)體元件越來(lái)越小、導(dǎo)線(xiàn)層數(shù)急遽增加,使金屬連線(xiàn)線(xiàn)寬縮小,導(dǎo)體連線(xiàn)系統(tǒng)中的電阻及電容所造成的電阻/電容時(shí)間延遲(RC Time Delay),嚴(yán)重的影響了整體電路的操作速度。要解決這個(gè)問(wèn)題有二種方法──一是采用低電阻的銅當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)材料;從前的半導(dǎo)體制程采用鋁,銅的電阻比鋁還低三倍。二是選用Low-K Dielectric (低介電質(zhì)絕緣)作為介電層之材料。在制程上,電容與電阻決定了技術(shù)。
當(dāng)時(shí)的IBM發(fā)表了銅制程與Low-K材料的0.13微米新技術(shù),找上臺(tái)積電和聯(lián)電兜售。該時(shí)臺(tái)灣半導(dǎo)體還沒(méi)有用銅制程的經(jīng)驗(yàn),臺(tái)積電回去考量后,決定回絕IBM、自行研發(fā)銅制程技術(shù);聯(lián)電則選擇向IBM買(mǎi)下技術(shù)合作開(kāi)發(fā)。然而IBM的技術(shù)強(qiáng)項(xiàng)只限于實(shí)驗(yàn)室,在制造上良率過(guò)低、達(dá)不到量產(chǎn)。到了2003 年,臺(tái)積電0.13 微米自主制程技術(shù)驚艷亮相,客戶(hù)訂單營(yíng)業(yè)額將近55億元,聯(lián)電則約為15億元。再一次,兩者先進(jìn)制程差異拉大,臺(tái)積電一路躍升為晶圓代工的霸主,一家獨(dú)秀。
Nvidia 執(zhí)行長(zhǎng)兼總裁黃仁勛說(shuō):「0.13微米改造了臺(tái)積電?!?/p>
現(xiàn)在的聯(lián)電在最高端制程并未領(lǐng)先,策略上專(zhuān)注于12 吋晶圓的40以下納米、尤其28納米,和8吋晶圓成熟制程。除了電腦和手機(jī)外,如通訊和車(chē)用電子芯片,幾乎都采用成熟制程以控制良率、及提供完善的IC給予客戶(hù)。聯(lián)電積極利用策略性投資布局多樣芯片應(yīng)用,例如網(wǎng)路通訊、影像顯示、PC等領(lǐng)域,針對(duì)較小型IC設(shè)計(jì)業(yè)者提供多元化的解決方案,可是說(shuō)是做臺(tái)積電不想做的利基市場(chǎng)。
臺(tái)積電的28納米制程早在2011年第4季即導(dǎo)入量產(chǎn)。反觀(guān)聯(lián)電28納米制程遲至2014年第2季才量產(chǎn),足足落后臺(tái)積電長(zhǎng)達(dá)2年半時(shí)間。在28納米的基礎(chǔ)上聯(lián)電仍得和臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)客戶(hù),故在28納米需求疲軟時(shí)臺(tái)積電仍能受惠于先進(jìn)制程、而聯(lián)電將面臨不景氣的困境。近來(lái)競(jìng)爭(zhēng)趨烈,中芯也已在2015 年下半量產(chǎn)28 納米,故聯(lián)電計(jì)畫(huà)跳過(guò)20納米,原因在于20納米制程在半導(dǎo)體上有其物理局限,可說(shuō)是下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的過(guò)渡制程,效果在于降低功耗,效能上突破不大,因此下一個(gè)決勝節(jié)點(diǎn)會(huì)是16/14納米制程。
聯(lián)電預(yù)計(jì)在2017年上半年開(kāi)始商用生產(chǎn)14納米FinFET芯片,以趕上臺(tái)積電與三星,然而在隨著制程越趨先進(jìn),所需投入的資本及研發(fā)難度越大,聯(lián)電無(wú)法累積足夠的自有資本,形成研發(fā)的正向循環(huán),未來(lái)將以共同技術(shù)開(kāi)發(fā)、授權(quán)及策略聯(lián)盟的方式來(lái)彌補(bǔ)技術(shù)上的缺口。
二、最大的威脅者——三星
由李秉喆創(chuàng)立的韓國(guó)三星集團(tuán)是世界上最大的一家由家族控制的商業(yè)帝國(guó),早期出口干魚(yú)、蔬菜、水果到中國(guó)東北去。1970年代生產(chǎn)洗衣機(jī)、冰箱、電視機(jī)等家電, 1980年代開(kāi)始引進(jìn)美國(guó)先進(jìn)技術(shù)并和韓國(guó)半導(dǎo)體公司完成合并,家電、電信與半導(dǎo)體成為三星電子的核心業(yè)務(wù)。
三星的晶圓代工事業(yè)的發(fā)展之所以能成功,蘋(píng)果可以說(shuō)是一股最主要的助力。三星是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體(DRAM)和快閃記憶體(NAND)的領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商,全球市占率達(dá)15.5%。故其始終掌握著iPhone的記憶體關(guān)鍵零組件,比如iPhone 4使用的快閃記憶體芯片來(lái)自三星、iPad顯示器也是由三星生產(chǎn)。
再加上三星的電子產(chǎn)品,使用的是自家生產(chǎn)的處理器、如Exynos獵戶(hù)座;為了獲得蘋(píng)果的資源發(fā)展晶圓產(chǎn)業(yè)、同時(shí)不讓自己的產(chǎn)能過(guò)剩(若處理器僅用在三星自身產(chǎn)品上會(huì)有多余產(chǎn)能),其晶圓代工幾乎是用成本價(jià)吃掉蘋(píng)果單、記憶體打包一起折扣賣(mài),來(lái)幫自己的晶圓代工練兵。
從iPhone的第一代芯片開(kāi)始,蘋(píng)果一直向三星采購(gòu)ARM架構(gòu)的芯片。2010年蘋(píng)果自主研發(fā)的A4芯片被搭載在iPad上正式發(fā)表、隨后又搭載在iPhone 4中。A4處理器雖出自蘋(píng)果,三星自家發(fā)表的S5PC100處理器和A4芯片上采用的內(nèi)核一模一樣,兩款芯片的電路設(shè)計(jì)上可以說(shuō)是同一批人馬。后續(xù)的A5、A6、A7也都是三星生產(chǎn)。
不過(guò)蘋(píng)果和三星在代工處理上的關(guān)系,直到三星在A(yíng)ndroid智慧型手機(jī)與蘋(píng)果的iOS開(kāi)始起了摩擦。2011年蘋(píng)果正式起訴三星GALAXY系列產(chǎn)品抄襲iPhone和iPad、三星又反起訴蘋(píng)果侵犯其10項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利,蘋(píng)果與三星的專(zhuān)利訴訟戰(zhàn)幾乎遍及全世界。
臺(tái)積電之所以一直沒(méi)辦法獲得蘋(píng)果訂單,是由于臺(tái)積電報(bào)價(jià)強(qiáng)硬,而蘋(píng)果迫使臺(tái)積電接受與三星同樣的成本價(jià)、另一方面是當(dāng)時(shí)臺(tái)積電廠(chǎng)房產(chǎn)能已經(jīng)滿(mǎn)載,無(wú)法接下蘋(píng)果如此大量的訂單。后來(lái)蘋(píng)果因與三星爭(zhēng)訟、力行「去三星化」政策,且三星在20納米制程的良率無(wú)法突破,最后只用來(lái)生產(chǎn)自家Exynos 5430(用在GALAXY A8)與Exynos 5433(用在GALAXY Note 4);臺(tái)積電20納米制程領(lǐng)先三星,同時(shí)臺(tái)積電已經(jīng)將產(chǎn)能擴(kuò)張完畢,最后才由臺(tái)積電首度拿下iPhone 6的A8處理器全部訂單。從另一方面而言,此舉也是蘋(píng)果試著掌握議價(jià)權(quán)的策略──蘋(píng)果樂(lè)于見(jiàn)到兩家代工廠(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),讓價(jià)格成了比拼芯片效能外的最佳籌碼。
三星原先還在苦惱20納米制程的良率問(wèn)題,忽然間竟直接殺到14納米制程了。造成這個(gè)驚人轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素,在于臺(tái)積電內(nèi)部所發(fā)生的泄密問(wèn)題。
梁孟松是加州大學(xué)柏克萊分校電機(jī)博士,畢業(yè)后曾在美商超微(AMD)工作幾年,在1992年返臺(tái)加入臺(tái)積電。臺(tái)積電在2003年擊敗IBM、一舉揚(yáng)名全球的0.13微米銅制程一役,其中便有他的功績(jī)。
2009年,梁孟松因研發(fā)副總升遷不上的問(wèn)題、憤而離開(kāi)研發(fā)部門(mén),帶走了自己的一組人馬投奔南韓。接下來(lái)的幾年,三星的制程突然研發(fā)快速進(jìn)步,從48、32、28納米的間隔時(shí)間急遽縮短,且三星的電晶體制程與臺(tái)積電的差異快速減少。合理來(lái)說(shuō),三星的技術(shù)源自于IBM,其電晶體應(yīng)是圓盤(pán)U狀,而非臺(tái)積電所獨(dú)有的棱形結(jié)構(gòu)特征,但到了14納米制程,在結(jié)構(gòu)上幾乎已經(jīng)與臺(tái)積電無(wú)異,據(jù)臺(tái)積電委托外部專(zhuān)家所制作的對(duì)比分析報(bào)告指出,若單從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,已經(jīng)無(wú)法分辨兩種晶圓是來(lái)自于臺(tái)積電或是三星所制造,幾乎可以斷定是擅長(zhǎng)FinFET技術(shù)的梁孟松將營(yíng)業(yè)秘密泄露給了三星。
2014年5月,法院判定梁孟松直至2015年12月31日前不得進(jìn)入南韓三星工作。臺(tái)灣法院從未限制企業(yè)高階主管在競(jìng)業(yè)禁止期限結(jié)束之后,還不能到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手公司工作,可以說(shuō)是個(gè)歷史性的判決。
然而損害已經(jīng)造成,臺(tái)積電投入好幾年、幾千億的研發(fā)資金在一夕之間被同業(yè)超過(guò),蘋(píng)果A9的大部分訂單更轉(zhuǎn)到了三星,對(duì)臺(tái)積電所造成的損失高達(dá)好十幾億美元,原因即是三星的14納米已超越臺(tái)積電的16納米。此外張忠謀在2014年的法說(shuō)會(huì)上,坦承16納米技術(shù)被三星超前,使臺(tái)積電一度股價(jià)大跌、投資評(píng)等遭降。
這個(gè)局勢(shì)在iPhone 6s A9芯片忽然扭轉(zhuǎn),使的臺(tái)積電在蘋(píng)果A9處理器一戰(zhàn)成名。同時(shí)采用三星及臺(tái)積電制程的A9處理器在功耗上發(fā)生的顯著的差異:臺(tái)積電的芯片明顯較三星地省電,適才爆發(fā)知名的iPhone 6s芯片門(mén)爭(zhēng)議。這顯示著三星雖然在制程上獲得巨大的進(jìn)步,但在良率及功耗的控制下仍輸給臺(tái)積電,使得蘋(píng)果A9后續(xù)的追加訂單全到了臺(tái)積電手里;到了A10處理器,其代工訂單由臺(tái)積電全部吃下。三星雖然挖走了臺(tái)積電的技術(shù)戰(zhàn)將,但防漏電及提高良率的苦功則還是要仰賴(lài)基層生產(chǎn)時(shí)的Know-h(huán)ow,這也是臺(tái)積電的得意絕活。
為什么三星的14納米會(huì)不如臺(tái)積電的16納米制程的另一個(gè)原因,在于FinFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)電晶體)先進(jìn)制程上的命名慣例被三星打破。當(dāng)初臺(tái)積電剛采用立體設(shè)計(jì)的FinFET工藝時(shí),原本計(jì)畫(huà)按照與Intel一致的測(cè)量方法、稱(chēng)為20納米FinFET,因?yàn)樵摯瞥痰木€(xiàn)寬與前一代傳統(tǒng)半導(dǎo)體2D平面工藝20納米的線(xiàn)寬差不多。但三星搶先命名為「14納米」,為了不在宣傳上吃虧,臺(tái)積電改稱(chēng)為「16納米」。事實(shí)上,三星與臺(tái)積電皆可稱(chēng)為「20納米FinFET」。
臺(tái)積電于2015年第4季末開(kāi)始首批10納米送樣認(rèn)證,當(dāng)時(shí)僅蘋(píng)果、聯(lián)發(fā)科及海思等少數(shù)一線(xiàn)客戶(hù),高通并未參與。上個(gè)月14號(hào)(2016/11),高通正式宣布下世代處理器驍龍(Snapdragon)830將采用三星的10納米制程技術(shù),原因在于:一是驍龍810上的發(fā)熱門(mén)事件即是采用臺(tái)積電制程(雖然是高通自己的芯片設(shè)計(jì)問(wèn)題);二是有韓國(guó)媒體傳出, 高通以晶圓代工訂單做為交換條件,要求2017年三星旗艦機(jī)Galaxy S8須采用驍龍830 芯片。但若臺(tái)積電能在制程上再度取得優(yōu)勢(shì),則可預(yù)期高通7納米制程將重回臺(tái)積電懷抱。
三、巨人的沖擊,Intel
全球第一大半導(dǎo)體公司Intel近幾年來(lái),由于在個(gè)人電腦市場(chǎng)持續(xù)衰退、又在行動(dòng)通訊市場(chǎng)表現(xiàn)不佳,勢(shì)必要尋找其他成長(zhǎng)動(dòng)能,以intel的定位來(lái)說(shuō),本身x86平臺(tái)已經(jīng)有完善的垂直整合生態(tài),然而ARM市場(chǎng)對(duì)intel可說(shuō)是未開(kāi)辟的市場(chǎng),特別是ARM的授權(quán)模式讓intel可以直接從代工服務(wù)切入,開(kāi)辟新的營(yíng)收動(dòng)能。
為了重整態(tài)勢(shì),4月時(shí)intel在公布2016年第一季財(cái)報(bào)后、宣布全球?qū)⒉脝T12000人,并宣布退出行動(dòng)通訊系統(tǒng)芯片市場(chǎng)。此舉放棄了Atom芯片(包括Sofia處理器和預(yù)計(jì)今年上市的Broxton處理器)而用于平板的Atom X5也將逐漸淡出市場(chǎng),但市場(chǎng)上大多人忽略的是intel早在2014年時(shí)就入股展訊,間接持有20%的股權(quán),為未來(lái)行動(dòng)處理器業(yè)務(wù)鋪路意味甚深。
8月,Intel在年度開(kāi)發(fā)者大會(huì)(Intel Developer Forum, IDF)宣布開(kāi)始處理器架構(gòu)供應(yīng)商ARM的IP授權(quán),并首度直接表態(tài)「英特爾專(zhuān)業(yè)晶圓代工正協(xié)助全球各地的客戶(hù)」,未來(lái)將開(kāi)始擴(kuò)大搶食ARM架構(gòu)的代工市場(chǎng)。
Intel選擇ARM Artisan平臺(tái),說(shuō)明未來(lái)ARM架構(gòu)的芯片廠(chǎng)都可以選擇Intel的代工服務(wù)。據(jù)Intel的官方訊息指出: Intel專(zhuān)業(yè)晶圓代工(Intel Custom Foundry) 將作為提供代工服務(wù)的基地,并宣布第一批產(chǎn)品將用于LG和展訊上:LG將使用Intel的10納米平臺(tái)以制造自家的64-bit ARMv8 mobile SoCs;而原先就是Intel控股的展訊則采用intel的14納米制程晶圓代工服務(wù)。
值得一提的是,若展訊選擇Intel 14納米制程代工服務(wù),則該芯片將可能吸引三星的手機(jī)訂單──事實(shí)上三星在新興市場(chǎng)、比如印度,早已推出好幾款采用展訊芯片的低階智慧型手機(jī);未來(lái)14納米制程芯片可能上到中階手機(jī)采取。從一家身為IDM(Integrated Device Manufacturer, 整合元件制造)公司轉(zhuǎn)型到先進(jìn)制程晶圓代工,Intel的每一步都意欲在行動(dòng)通訊市場(chǎng)上力挽狂瀾。
在制程技術(shù)上,Intel確實(shí)有世界頂尖的技術(shù)工藝。國(guó)際半導(dǎo)體評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)Chipworks指出其14納米制程將芯片的電晶體鰭片間距做得最為緊密,真正達(dá)到了14納米,而非臺(tái)積電與三星的宣稱(chēng)的16納米/14納米,事實(shí)上僅有Intel 20納米的程度;Chipworks的測(cè)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了其電晶體效能均領(lǐng)先其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
但晶圓代工著重的不只是制程──產(chǎn)量、良率與背后的一連串支援服務(wù),才是晶圓代工真正的關(guān)鍵價(jià)值鏈,對(duì)此張忠謀也指出英特爾并不是專(zhuān)業(yè)晶圓代工,只是把腳伸到池里試水溫,并道:「相信英特爾會(huì)發(fā)現(xiàn)水是很冰冷的」。但亦可得知2017年晶圓代工產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更為激烈。
2017年各家晶圓代工廠(chǎng)的決勝點(diǎn)將是7納米先進(jìn)制程。10納米制程因物理局限,僅是針對(duì)降低功耗做改善,效能上難以突破。到了7納米、才會(huì)是突破10納米效能極限的先進(jìn)制程,因此被各家廠(chǎng)商視為決勝點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的三大陣營(yíng)臺(tái)積電、三星與格羅方德都已經(jīng)積極投入資源研發(fā)該制程,至于結(jié)果會(huì)如何,只能靜靜等待市場(chǎng)結(jié)果了。
四、遙遙落后的競(jìng)爭(zhēng)者,格羅方德
格羅方德(GlobalFoundries)成立于2009年3月,是從美商超微(AMD)公司虧損連連后拆分出來(lái)的晶圓廠(chǎng),加上阿布達(dá)比創(chuàng)投基金(ATIC)合資成立;AMD僅持有8.8%股份,余下大部分由ATIC持有。借助背后石油金主ATIC的資金優(yōu)勢(shì), 四個(gè)月后收購(gòu)了新加坡特許半導(dǎo)體,成為僅次于臺(tái)積電和聯(lián)電的世界第三大晶圓代工廠(chǎng)。
畢竟是由AMD拆分出來(lái)的公司,格羅方德原先主要承接AMD處理器和繪圖芯片的生產(chǎn)訂單。然而2011年,AMD Bulldozer架構(gòu)的微處理器由格羅方德代工32納米制程時(shí),因良率過(guò)低,造成原訂2011年第1季出貨的進(jìn)度,一路延誤到2011年第4季,使得后來(lái)AMD將部分訂單轉(zhuǎn)交給臺(tái)積電。
ATIC 作為金主,持續(xù)投入高額資本在先進(jìn)制程的研發(fā)上;然而這條路走得始終不順?biāo)臁E_(tái)積電在2011年即量產(chǎn)28納米制程,格羅方德卻遲至2012下半年才正式量產(chǎn)。在14納米FinFET工藝上,格羅方德于2014年獲得三星的技術(shù)授權(quán)專(zhuān)利,但自主研發(fā)能力也因此遭人詬病。
從2009年創(chuàng)立至今,格羅方德的營(yíng)利始終是負(fù)數(shù),2014年的凈虧損高達(dá)15億美元。連續(xù)的巨額虧損讓石油金主也難以負(fù)擔(dān),2015年甚至傳出阿布達(dá)比因油價(jià)腰斬手頭緊、打算脫手格羅方德變現(xiàn)的傳言。
2014年10月,IBM請(qǐng)格羅方德收下其虧損的芯片制造工廠(chǎng)、以避免支付更高額的關(guān)閉工廠(chǎng)遣散費(fèi)與后續(xù)爭(zhēng)訟,并承諾在未來(lái)3年支付格羅方德現(xiàn)金15億美元。近來(lái)傳格羅方德將跳過(guò)10 納米制程,直接跳級(jí)進(jìn)軍7 納米制程,外界推測(cè)是藉由買(mǎi)下IBM 半導(dǎo)體事業(yè),連同取得重要技術(shù)人才與專(zhuān)利。
從格羅方德取得的三星14納米制程技術(shù)、到IBM 7納米制程技術(shù),不像臺(tái)積電自主研發(fā)、以自有資金建廠(chǎng),聯(lián)電與格羅方德的部分制程技術(shù)透過(guò)合作聯(lián)盟或授權(quán)而來(lái),在出問(wèn)題時(shí)很難及時(shí)調(diào)整、或找到人來(lái)收爛攤子。成立以來(lái)一路走得跌跌撞撞的格羅方德,前景尚且一片茫茫。
五、新興競(jìng)爭(zhēng)者——中芯國(guó)際
中芯國(guó)際成立于2000年, 2014年底獲得中國(guó)政府300億人民幣產(chǎn)業(yè)基金支持。中芯試圖擠入臺(tái)積電,Intel這幾家所把持的半導(dǎo)體市場(chǎng),然后由于財(cái)力和制程技術(shù)的不足,技術(shù)落后臺(tái)積電至少2代以上,使其始終難以承擔(dān)大型的IC設(shè)計(jì)客戶(hù)(如高通)的重要訂單。
為了縮短技術(shù)差距,中芯找上了高通尋求技術(shù)升級(jí)協(xié)助。高通該時(shí)方被中國(guó)官方反壟斷調(diào)查、遭重罰9.75億美元,為了向中國(guó)政府示好便答應(yīng)了和中芯的合作。2015年,中芯與高通、華為成立合資企業(yè),研發(fā)自有的14納米制程技術(shù),并提出2020年前在中芯廠(chǎng)房投入量產(chǎn)的目標(biāo)。其中高通的投資金額達(dá)2.8 億美元,簽約時(shí)習(xí)近平還出席觀(guān)禮。
中芯目前已于2015下半年開(kāi)始量產(chǎn)28納米制程,這也是中芯的首款產(chǎn)品。該產(chǎn)線(xiàn)也不意外地拿到了高通驍龍410處理器的訂單。
關(guān)于晶圓代工戰(zhàn)爭(zhēng)的故事就到這邊暫且告一個(gè)段落。看完了各家大廠(chǎng)間的競(jìng)合策略,你認(rèn)為哪一家最有可能成為下一代的領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商呢?
總結(jié)
由于摩爾定律逼近極限,讓過(guò)去臺(tái)積電能仰賴(lài)在制程上甩脫對(duì)手一個(gè)世代、降低成本綁住訂單,借以維持高毛利的作法將日益困難。
加上芯片越做越小、漏電流發(fā)生的可能越大,良率也勢(shì)必跟著下跌;因此未來(lái)朝向能管控成本的規(guī)?;?,以及因應(yīng)少量客制化需求的生產(chǎn)管理Know-h(huán)ow,將成為未來(lái)晶圓代工廠(chǎng)豎立競(jìng)爭(zhēng)力的方向。
今年七月,臺(tái)積電陸續(xù)出貨整合型扇形封裝(InFO)、跨足終端封裝技術(shù),即是臺(tái)積電邁向規(guī)模化發(fā)展的其中一步。然而封裝的人力需求比晶圓制造來(lái)得高,后續(xù)的自動(dòng)化進(jìn)程將會(huì)如何,尚待未來(lái)分解。
