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晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn)四部曲!超級(jí)詳細(xì)的晶圓廠(chǎng)前世今生，半導(dǎo)體研究史詩(shī)級(jí)長(zhǎng)文
本文來(lái)自于“撲克投資家”微信公眾號(hào)，作者為“lynn1205”，文章來(lái)源為“lynn1205的科技博客”。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第一篇
半導(dǎo)體知識(shí)(前傳)
現(xiàn)代科技不斷革新，網(wǎng)路平臺(tái)與云端運(yùn)算背后，仰賴(lài)著上千臺(tái)電腦伺服器相互連結(jié);智慧型手機(jī)除了能登錄網(wǎng)頁(yè)與多樣化的應(yīng)用程式，未來(lái)更能支援?dāng)U增實(shí)境 (AR)、3D影像、支付等功能;除此之外還有感測(cè)元件、智慧家庭、穿戴式裝置、自動(dòng)車(chē)…。
從電子商務(wù)、金融到醫(yī)療、法務(wù)，所有產(chǎn)業(yè)正面臨著大規(guī)模的劇變?？萍嫉睦顺碧峁└憷纳鐣?huì)，為人類(lèi)生活帶來(lái)了無(wú)限的可能;支撐這一切發(fā)展的基石，就是“半導(dǎo)體”。
在全球經(jīng)濟(jì)體中，半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)每年帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益約是 7 兆美元;而在2012年，臺(tái)灣半導(dǎo)體總產(chǎn)值突破 2 兆臺(tái)幣，躍居世界第 2 位、成為最大的產(chǎn)業(yè)群，就業(yè)人次高達(dá)18萬(wàn)。
時(shí)常在報(bào)章雜志上聽(tīng)到半導(dǎo)體、晶圓、IC、納米製程等名詞，卻又不甚了解意思?作為現(xiàn)代人，不可不知半導(dǎo)體。
本系列的 IC 產(chǎn)業(yè)地圖，將以半導(dǎo)體相關(guān)知識(shí)作為系列首篇，介紹“晶圓代工”相關(guān)名詞與各國(guó)間產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況。并討論各大廠(chǎng)間的競(jìng)合關(guān)系。
什么是半導(dǎo)體?
半導(dǎo)體是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體(金屬)與絕緣體(陶瓷、石頭)之間的物質(zhì)，包括硅、鍺。
利用半導(dǎo)體製作電子元件的目的在于：不像導(dǎo)體絕對(duì)導(dǎo)電、絕緣體完全不導(dǎo)電;藉由注入雜質(zhì)，可以精準(zhǔn)地調(diào)整半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。由于硅擁有較大的能隙、可以有較大雜質(zhì)摻雜范圍，所以可以被利用來(lái)製作重要的半導(dǎo)體電子元件電晶體 (Transistor)。
由于發(fā)明了電晶體，這個(gè)年代成為人類(lèi)科技文明進(jìn)步最快的年代，電子技術(shù)與電腦工業(yè)才開(kāi)始了長(zhǎng)足的發(fā)展，堪稱(chēng)二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。
發(fā)明電晶體的蕭克利 (Shockley)、巴丁 (Bardeen) 與布拉頓 (Brattain) 三位物理學(xué)家在1956年共同榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。
1956年，蕭克利在舊金山南方成立蕭克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室 (Shockley Semiconductor Lab)，帶動(dòng)美國(guó)硅谷 (Silicon Valley) 的蓬勃發(fā)展，硅谷一名稱(chēng)系由半導(dǎo)體原料硅而來(lái)。
講到硅谷的發(fā)展成因與歷史，絕對(duì)不能不提蕭克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的影響。一個(gè)天才的創(chuàng)業(yè)會(huì)引來(lái)眾多天才的投奔，因此當(dāng)時(shí)一堆優(yōu)秀人才趨之若鶩地跑到蕭克利的實(shí)驗(yàn)室來(lái);但后來(lái)因蕭克利暴躁又疑神疑鬼的性格，又紛紛辭職離去，被蕭克利怒稱(chēng)為“八叛徒”(The Traitorous Eight)。
八位叛徒中，包括了諾伊斯 (Noyce)、摩爾 (Moore，就是摩爾定律的那個(gè)摩爾!) 等人，他們隨后成立了快捷半導(dǎo)體 (Fairchild Semiconductor)，成為了第一家將硅電晶體商業(yè)化的公司。
這家公司最重要不是它的產(chǎn)品、而是影響力——快捷可說(shuō)是硅谷人才的搖籃，創(chuàng)始人和員工出來(lái)開(kāi)的公司和投資的公司在灣區(qū)超過(guò) 130家上市企業(yè)，裡面包括了 Intel、AMD 等公司，市值達(dá) 21 萬(wàn)億美元。對(duì)硅谷乃至當(dāng)今時(shí)代的科技發(fā)展都有著不可或缺的影響和作用。
好啦此為后話(huà)不提，讓我們回來(lái)看看硅谷發(fā)展一切的源頭——電晶體到底是什么。
電晶體的主要功能有兩個(gè)：“放大信號(hào)”與“開(kāi)關(guān)”。
電晶體就像是數(shù)位訊號(hào)的“收音機(jī)”──收音機(jī)的原理是將微弱的訊號(hào)放大、用喇叭發(fā)聲出來(lái)，電晶體能將訊號(hào)的電流放大;而數(shù)位訊號(hào)是由0與1組成，1代表著電流“開(kāi)”、0代表著電流“關(guān)”，電晶體以每秒超過(guò) 1千億次的開(kāi)關(guān)來(lái)運(yùn)作，讓電流以特定方式通過(guò)。
這邊讓我們來(lái)簡(jiǎn)單談?wù)勲娋w的運(yùn)作原理。
電晶體由硅組成，而硅是 4 顆電子。在硅半導(dǎo)體中加入元素磷，具有 5 顆電子、比硅多一顆電子(-)變成 N 型電晶體 (Negative)。
另外加入元素硼，具有 3 顆電子、 比硅少一顆電子(-)變成 P 型電晶體 (Positive) 。電晶體兩端可以通電，稱(chēng)為“源極”和“汲極”。
由于P型和N型分別多了電子和少了電子，所以電晶體在 N 型和 P 型接起來(lái)的狀態(tài)下電子不會(huì)流通，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)為“關(guān)”。
為了達(dá)到開(kāi)關(guān)的效果，我們使用第三個(gè)電極“閘極”(Gate) 取代機(jī)械按鈕開(kāi)關(guān);閘極間以氧化層和半導(dǎo)體隔絕。若我們?cè)陂l極上方施以正電電壓，讓 N 型多出來(lái)的電子能夠重新流通、并從源極流到汲極，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)為“開(kāi)”。
上述即為半導(dǎo)體元件電晶體如何藉由加入雜質(zhì)(磷、硼)來(lái)控制導(dǎo)電性、進(jìn)而控制電流開(kāi)關(guān)的原理。
但是這數(shù)億個(gè)電晶體在哪裡呢?你可能正在心想：“我手機(jī)有大到能放進(jìn)數(shù)億個(gè)電晶體?”
答案是：電晶體是納米等級(jí)，比人體細(xì)胞還要小。三星以及臺(tái)積電在先進(jìn)半導(dǎo)體製程的 14 納米與 16 納米之爭(zhēng)，14 納米指的就是電晶體電流通道的寬度。寬度越窄、耗電量越低;然而原子的大小約為 0.1 納米，14 納米的通道僅能供一百多顆原子通過(guò)。故製作過(guò)程中只要有一顆原子缺陷、或者出現(xiàn)一絲雜質(zhì)，就會(huì)影響產(chǎn)品的良率。
對(duì)于半導(dǎo)體大廠(chǎng)而言，製程是技術(shù)，但良率才是其中的關(guān)鍵Know-how。一般能將良率維持在八成左右已經(jīng)是非常困難的事情了，臺(tái)積電與聯(lián)電的製程良率可以達(dá)到九成五以上，可見(jiàn)臺(tái)灣晶圓代工的技術(shù)水平。
事實(shí)上，這數(shù)億個(gè)電晶體，全部都塞在一個(gè)長(zhǎng)寬約半公分、指甲大小的晶片上。這片晶片包含電晶體等電子元件，就叫做“集成電路”(Integrated Circuit, IC)，俗稱(chēng)IC。
所謂的大規(guī)模集成電路 (LSI, Large Scale Integration) 代表的不是這個(gè)電路板很大，而是上面約一萬(wàn)個(gè)電晶體;超大規(guī)模集成電路 (VLSI, Very Large Scale Integration) 則約有十萬(wàn)個(gè)電晶體。
集成電路是怎么制作出來(lái)的呢?
在集成電路出現(xiàn)之前，工業(yè)界必須各自生產(chǎn)電晶體、二極體、電阻、電容等電子元件，再把所有元件連接起來(lái)做成電路，不但複雜又耗時(shí)費(fèi)工。故若能直接依照設(shè)計(jì)圖做出一整個(gè)電路板，將能更加精確、速度更快且成本更低。
德州儀器公司的基爾比 (Jack St. Clair Kilby) 是第一個(gè)想到要把元件放到晶片上集體化的發(fā)明人，在1958年他試驗(yàn)成功，開(kāi)闢了一個(gè)嶄新的電腦技術(shù)時(shí)代，甚至很多學(xué)者認(rèn)為由集成電路所帶來(lái)的數(shù)位革命是人類(lèi)歷史中最重要的事件?；鶢柋纫惨虼擞?000年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。
集成電路的制作過(guò)程分為以下步驟。
一、建筑設(shè)計(jì): IC設(shè)計(jì) (CIRCUIT DESIGN)
如同在蓋房子之前，建筑設(shè)計(jì)師必須畫(huà)出設(shè)計(jì)圖，規(guī)劃房間分布、使用材料;在制作半導(dǎo)體晶片時(shí)，工程師會(huì)畫(huà)出電路圖 (Circuit Diagram)，規(guī)劃一個(gè)晶片上應(yīng)該要具備的功能 (包括算術(shù)邏輯、記憶功能、 浮點(diǎn)運(yùn)算、 數(shù)據(jù)傳輸)、各個(gè)功能分布在晶片上的區(qū)域，與制作所需的電子元件。
接下來(lái)，工程師會(huì)使用硬體描述語(yǔ)言 (HDL) 將電路圖描寫(xiě)出來(lái)。
待確認(rèn)無(wú)誤后再將 HDL 程式碼放入電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具 (EDA tool)，讓電腦將程式碼轉(zhuǎn)換成電路圖。
二、建筑地基: 晶圓制造 (WAFER FOUNDRY)
也由于硅晶格的排列是安裝電子元件的關(guān)鍵，“拉晶”的步驟非常重要──晶柱的制作過(guò)程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型，旋轉(zhuǎn)拉起的速度以及溫度的控制都會(huì)影響到晶柱的品質(zhì)。
接下來(lái)，晶圓廠(chǎng)會(huì)用鉆石刀像切火腿一般，將一整條的晶柱切成一片片的薄片，再經(jīng)過(guò)拋光后，就變成了“晶圓”(Wafer)，也就是晶片的基板;晶圓上面的晶格可供電晶體置入。
晶圓(Wafer)上面的晶格可供電晶體置入。
常聽(tīng)到的8吋、12吋晶圓廠(chǎng)，代表的就是硅晶柱切成薄片后的晶圓直徑，而整塊晶圓可以再被切成一片片的裸晶 (Die);裸晶經(jīng)過(guò)封裝后，才被稱(chēng)為晶片 (Chip)、或稱(chēng) IC。
晶圓的尺寸，可以決定后續(xù)裁切制作出來(lái)的晶片有多少數(shù)量。
附注: AnySillicon網(wǎng)站上提供的計(jì)算機(jī)(Die Per Wafer Calculator)可供計(jì)算一塊晶圓上能切出多少裸晶。
如直徑8吋的晶圓片使用2.0微米的制程，可以切出588顆64M的DRAM (記憶體);至于12吋的晶圓，可以切出的成品又更多。
然而如先前所述，硅純度、拉晶速度與溫度控制都是晶柱品質(zhì)的關(guān)鍵，越粗的硅晶柱越難拉出好品質(zhì)，故尺寸越大、技術(shù)難度就越高，12吋晶圓廠(chǎng)也就比8吋晶圓廠(chǎng)的制程更先進(jìn)。
另外，雜質(zhì)對(duì)這些完美無(wú)缺的硅晶格構(gòu)成很大的威脅(想想看：電晶體比人體細(xì)胞還小，稍有一絲雜質(zhì)變足以毀壞整個(gè)硅晶格了)，因此制造人員進(jìn)入無(wú)塵室前，都必須事先清洗身體、穿戴防塵衣、全副武裝采取預(yù)防措施。晶圓制造環(huán)境更比手術(shù)室干凈十萬(wàn)倍。
晶圓會(huì)在無(wú)塵的狀態(tài)下送到無(wú)塵室并分裝到密封的容器中，進(jìn)行隨后的生產(chǎn)步驟。
三、建筑成形: 光罩制作 (光蝕刻與微影成像)
我們?cè)谙惹疤岬?，集成電?(IC) 跨時(shí)代的意義在于，工業(yè)界不用各自生產(chǎn)電子件再組建起來(lái)，可以一口氣將電路板依據(jù)電路圖生產(chǎn)出來(lái)。這是怎么做到的呢?
答案是：光學(xué)攝影技術(shù)。一大張的電路設(shè)計(jì)圖，要縮小并壓印到硅晶圓(基板)，靠的就是光學(xué)原理。
首先光罩廠(chǎng)會(huì)將IC設(shè)計(jì)圖形第一次縮小，以電子束刻在石英片上，成為光罩。
由于電子束的寬度是1微米，所以光罩上依據(jù)設(shè)計(jì)圖所刻出的半導(dǎo)體迴路也是1微米寬。接下來(lái)光罩廠(chǎng)會(huì)將完成的光罩送進(jìn)晶圓廠(chǎng)。
晶片制造，也就是將光罩上刻的設(shè)計(jì)圖、第二度縮小至晶圓上。與底片洗出相片的原理一樣，“光罩”就是照相底片、“晶圓”就是相片紙。
晶圓上面會(huì)事先涂上一層光阻 (相片感光材料)，透過(guò)紫外光的照射與凸透鏡聚光效果、會(huì)將光罩上的電路結(jié)構(gòu)縮小并烙印在晶圓上，最后印在晶圓上的半導(dǎo)體迴路會(huì)從光罩的 1 微米、變?yōu)?0.1 微米。陰影以外的部分會(huì)被紫外光破壞，隨后能被沖洗液洗掉。
藉由光蝕刻與微影成像，晶圓廠(chǎng)成功將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)印到微小的晶圓基板上。如同底片品質(zhì)會(huì)影響照片成像的好壞，光罩上圖形的細(xì)緻度是晶片品質(zhì)的關(guān)鍵。
光刻制程結(jié)束后，工程師會(huì)在晶圓上繼續(xù)加入離子。透過(guò)注入雜質(zhì)到硅的結(jié)構(gòu)中控制導(dǎo)電性，與一連串的物理過(guò)程，制造出電晶體。其過(guò)程相當(dāng)複雜，甚至需要像兩個(gè)足球場(chǎng)大的無(wú)塵室。
待晶圓上的電晶體、二極體等電子元件制作完成后，工程師會(huì)將銅倒入溝槽中形成精細(xì)的接線(xiàn)，將許多電晶體連結(jié)起來(lái)。在指甲大的空間裡，數(shù)公里長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)連接了數(shù)億個(gè)電晶體，制作成大型集成電路。至此，偉大的建筑就完成了。
四、成品包裝: 封裝與測(cè)試
晶圓完成后被送到封裝廠(chǎng)，會(huì)切割成一片片的“裸晶”，如先前圖所示。由于裸晶小而薄、非常容易刮傷，故封裝廠(chǎng)會(huì)將裸晶安裝在導(dǎo)線(xiàn)架上、在外面封裝上絕緣的塑膠體或陶瓷外殼，剪下來(lái)印上委託制造公司的標(biāo)志。最后進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行晶片結(jié)構(gòu)及功能的確認(rèn)、將不良品挑出，一顆晶片就大功告成了!
半導(dǎo)體大廠(chǎng)有哪些?
1960年代集成電路的發(fā)明，讓許多的半導(dǎo)體元件可以一次放在一塊晶片上。隨著半導(dǎo)體的縮小，IC上可容納的電晶體數(shù)目，約每隔兩年便會(huì)增加一倍、性能每18個(gè)月能提升一倍 。
從1960年代不到10個(gè)，1980年代增加到10萬(wàn)個(gè)、1990年代增加到1000萬(wàn)個(gè)。這個(gè)現(xiàn)象由英特爾的名譽(yù)董事長(zhǎng)摩爾所提出，稱(chēng)為摩爾定律 (Moore’s Law)。如今，集成電路上的元件高達(dá)數(shù)億至數(shù)十億個(gè)。
早期，半導(dǎo)體公司多是從IC設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試到銷(xiāo)售都一手包辦的整合元件制造商(Integrated Device Manufacturer, 俗稱(chēng)IDM)，如英特爾 (Intel)、德州儀器 (TI)、摩托羅拉(Motorola)、三星 (Samsung)、菲利普 (Philips)、東芝 (Toshiba)，以及國(guó)內(nèi)的華邦、旺宏。
然而，由于摩爾定律的關(guān)系，半導(dǎo)體晶片的設(shè)計(jì)和制作越來(lái)越複雜、花費(fèi)越來(lái)越高，單獨(dú)一家半導(dǎo)體公司往往無(wú)法負(fù)擔(dān)從上游到下游的高額研發(fā)與制作費(fèi)用，因此到了1980年代末期，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸走向?qū)I(yè)分工的模式──有些公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、再交由其他公司做晶圓代工和封裝測(cè)試。
其中的重要里程碑莫過(guò)于1987年臺(tái)積電 (TSMC) 的成立。
由于一家公司只做設(shè)計(jì)、制程交給其他公司，容易令人擔(dān)心機(jī)密外洩的問(wèn)題 (比如若高通和聯(lián)發(fā)科兩家彼此競(jìng)爭(zhēng)的IC設(shè)計(jì)廠(chǎng)商若同時(shí)請(qǐng)臺(tái)積電晶圓代工，等于臺(tái)積電知道了兩家的秘密)，故一開(kāi)始臺(tái)積電并不被市場(chǎng)看好。
然而，臺(tái)積電本身沒(méi)有出售晶片、純粹做晶圓代工，更能替各家晶片商設(shè)立特殊的生產(chǎn)線(xiàn)，并嚴(yán)格保有客戶(hù)隱私，成功證明了專(zhuān)做晶圓代工是有利可圖的。
如今臺(tái)積電是全球排名第一的晶圓代工公司。知名廠(chǎng)商亦包括全球排名第二的聯(lián)電 (UMC)、格羅方德 (GlobalFoundries)、中芯 (SMIC)。
由于IC設(shè)計(jì)公司只設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售晶片，但將制造、封裝、測(cè)試外包給第三方、以專(zhuān)心投入資金與人力研發(fā)，故被稱(chēng)為無(wú)廠(chǎng)半導(dǎo)體 (Fabless Semiconductor Company)，包括高通 (Qualcomm)、博通 (Broadcom)、聯(lián)發(fā)科 (MediaTek)，與中國(guó)紫光集團(tuán)下的展訊 (SpreadTrum)。
最后，臺(tái)灣半導(dǎo)體封裝大廠(chǎng)日月光(ASE)排名全世界第一，全球市占近20%。排名第二為美商艾克爾(Amkor)、第三亦為臺(tái)灣廠(chǎng)商硅品(SPIL)。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在近數(shù)十年來(lái)的發(fā)展速度不只驚人，許多重大的創(chuàng)新也支持了眾多其他產(chǎn)業(yè)也、產(chǎn)生了極大的影響，可以說(shuō)是數(shù)位時(shí)代之母。毫無(wú)疑問(wèn)地，在未來(lái)，半導(dǎo)體的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)規(guī)模，將會(huì)比今日來(lái)的更加廣泛且舉足輕重。
最后為大家輕松總結(jié)一下我們這篇已經(jīng)提到的知識(shí)，同時(shí)看看還有哪些知識(shí)雖然在本篇文章中沒(méi)有提到、但同樣很重要的，預(yù)告一下會(huì)在下篇出現(xiàn)：
“ IC”的中文叫“集成電路”，在電子學(xué)中是一種把電路(包括半導(dǎo)體裝置、元件)小型化、并制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。所以半導(dǎo)體只是制作“IC”的原料。
因?yàn)槭菍㈦娐房s小化，你也可以叫它“微電路 (microcircuit)”、“微晶片 (microchip)”、“晶片 (chip)”。
也就是說(shuō)，臺(tái)灣媒體常稱(chēng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，正確一點(diǎn)來(lái)說(shuō)應(yīng)該叫“IC設(shè)計(jì)”、“IC制造”、“IC封裝”!
因?yàn)樵?IC 設(shè)計(jì)和封裝的環(huán)節(jié)都不會(huì)碰到半導(dǎo)體啊啊～半導(dǎo)體只是原料，重點(diǎn)是那顆 IC!IC設(shè)計(jì)的廠(chǎng)商有發(fā)哥 (MTK) 和高通、封裝則有日月光和硅品。
而我們從頭到尾在介紹的“半導(dǎo)體大廠(chǎng)”只有臺(tái)積電 (TSMC) 等晶圓代工廠(chǎng)在做的事，包括如何把電路縮小化、和晶圓代工的制程。
好啦，晶圓代工的制程就總結(jié)到這里。
從下一篇開(kāi)始，我們要從產(chǎn)業(yè)鏈往上回溯來(lái)解答這幾個(gè)問(wèn)題，看看 IC 晶片的用途、又是怎么設(shè)計(jì)來(lái)的。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第二篇
臺(tái)積電 VS 聯(lián)電
2016 年 10 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，談及此舉是把腳伸到池裡試水溫，并表示：“相信英特爾會(huì)發(fā)現(xiàn)，水是很冰冷的?！比蚓A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)孰敗? 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。
霸主—臺(tái)積電
臺(tái)積電 (TSMC)
特色：砸大錢(qián)、高額資本支出，自己建廠(chǎng)自己研發(fā)，拼先進(jìn)制程。
擁有最高的良率與龐大產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，成熟制程達(dá)16納米。
全球第一家、也是全球最大的晶圓代工企業(yè)，晶圓代工市佔(zhàn)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 2016 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)。
在制程上，若莫爾定律成立，則未來(lái)的制程突破將會(huì)有限，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。
挑戰(zhàn)者NO.1—臺(tái)積電與聯(lián)電的歷史情仇
聯(lián)華電子
撿臺(tái)積電剩下的客戶(hù)，如：小IC設(shè)計(jì)公司的單，特點(diǎn)在于量不大、但可客制化。
專(zhuān)注于成熟制程28納米。
僅次于臺(tái)積電、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% 的市佔(zhàn)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)公司不可能將晶片交由外人生產(chǎn)、有機(jī)密外洩之虞，況且晶圓代工所創(chuàng)造的附加價(jià)值比起販?zhǔn)劬€低得多。
然而建立晶圓廠(chǎng)的資本支出非常昂貴，若將晶片的設(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無(wú)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)迴避為由，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)電的借鑑。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)始不愿意將晶片設(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)就衝到了三萬(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。”
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 吋成熟制程。除了電腦和手機(jī)外，如通訊和車(chē)用電子晶片，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晶片應(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)是做到臺(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)體上有其物理侷限，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 晶片，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。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第三篇
臺(tái)積電VS三星
臺(tái)積電和聯(lián)電拉開(kāi)分水嶺的關(guān)鍵，在于 2000 那年聯(lián)電 采 信了 IBM… 等等!IBM 支持的 Gate-First 技術(shù)是哪裡不好?
Intel 說(shuō)：安安，信我者得永生。IBM 的 Gate-First 太爛，我擁護(hù)的 Gate-Last 才是真理!也讓后續(xù)臺(tái)積電和三星紛紛從 Gate-First 轉(zhuǎn)向Gate-Last 技術(shù)后，彼此在 14 與 16 納米上繼續(xù)互搏。
很多臺(tái)灣媒體都說(shuō)三星的轉(zhuǎn)向，與臺(tái)積電叛逃的技術(shù)戰(zhàn)將梁孟松很有關(guān)系… 真的是這樣嗎?
看完本篇文章，您將獲知：
梁孟松是何許人也?
什么是HKMG?
IBM 的 Gate-First 與 Intel 的 Gate-Last 之爭(zhēng)孰優(yōu)孰劣?
臺(tái)積電與三星從20納米、14/16納米、到10納米的打架過(guò)程?
挑戰(zhàn)者NO.2 臺(tái)積電與三星的廝殺
三星 (SAMSUNG)
晶圓業(yè)務(wù)早期以自用為主，然而產(chǎn)能若僅自己用會(huì)太小、故也接蘋(píng)果的單。
制程飛越，直接從 28 納米跳過(guò) 20 納米，飛到現(xiàn)在的 14 納米。
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)體公司完成合併，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 使用的快閃記憶體晶片來(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 的第一代晶片開(kāi)始，蘋(píng)果一直向三星 采 購(gòu) ARM 架構(gòu)的晶片。
2010年蘋(píng)果自主研發(fā)的 A4 晶片被搭載在 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 晶片上 采 用的內(nèi)核一模一樣，兩款晶片的電路設(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 Android 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 Samsung GALAXY A8 ) 與 Exynos 5433 (用在 Samsung GALAXY Note 4 )。
另一方面，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。
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)轉(zhuǎn)變的因素，可能多少在于臺(tái)積電內(nèi)部所發(fā)生的洩密問(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)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)有的稜形結(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)積電委託外部專(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。
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，這很難說(shuō)是臺(tái)灣媒體的過(guò)于夸大。
半導(dǎo)體制程的挑戰(zhàn)，在于不斷微縮閘極線(xiàn)寬、在固定的單位面積之下增加電晶體數(shù)目。隨著閘極線(xiàn)寬縮小，氧化層厚度也會(huì)跟著縮減、絕緣效果降低，導(dǎo)致漏電嚴(yán)重。
半導(dǎo)體制造業(yè)者在 28 納米制程節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入的高介電常數(shù)金屬閘極(High-k Metal Gate, HKMG)，即是利用高介電常數(shù)材料來(lái)增加電容值，以達(dá)到降低漏電的目的。
簡(jiǎn)單講，HKMG 是由 High-k 絕緣層加上金屬柵極來(lái)防漏電用的。然而在工藝上又分成 由IBM 為首支持的 Gate-First 、與 Intel 支持的 Gate-Last 兩大派。
Gate-Last 顧名思義，是指晶圓制程階段，先經(jīng)過(guò)離子佈植(將所需的摻雜元素電離成正離子，并施加高偏壓使其獲得一定的動(dòng)能，以高速射入硅晶圓)、退火(離子佈植之后會(huì)嚴(yán)重地破壞晶圓內(nèi)硅晶格的完整性，所以隨后晶圓必須利用熱能來(lái)消除晶圓內(nèi)晶格缺陷、以恢復(fù)硅晶格的完整 性)等工序后，再形成 HKMG 柵極。
Gate-First 就是反過(guò)來(lái)，先形成柵極、再進(jìn)行離子佈植和退火等后續(xù)工法。
還記得我們?cè)凇揪A代工爭(zhēng)霸戰(zhàn)：臺(tái)積電VS聯(lián)電】一文中曾提過(guò)，聯(lián)電和臺(tái)積電技術(shù)的分水嶺，在于聯(lián)電 采 用了 IBM 的技術(shù)嗎?當(dāng)初聯(lián)電便是 采 用了 IBM 基于 Gate-first 的制程技術(shù)，才會(huì)永遠(yuǎn)被臺(tái)積電所超越。
為什么 Gate-Last 會(huì)比 Gate First 好?很簡(jiǎn)單，讀者可以想想，如果先形成 HKMG 柵極、再讓 High-k 絕緣層和金屬等制作柵極的材料經(jīng)過(guò)退火工序的高溫，容易影響晶片性能。
臺(tái)積電原本也是走 IBM 的 Gate-first 技術(shù)，但后來(lái)在臺(tái)積電第一戰(zhàn)將蔣尚義(號(hào)稱(chēng)技術(shù)大阿哥 XD)的主導(dǎo)下，在 28 納米改走 Intel 的 Gate-last 技術(shù)。
2011 年第四季，臺(tái)積電才領(lǐng)先各家代工廠(chǎng)、首先實(shí)現(xiàn)了28 納米的量產(chǎn)，從 40 納米進(jìn)展到 28 納米。
三星原本在 32 納米制程同樣 采 用 Gate-first 技術(shù)，后來(lái)快速發(fā)展出自己的 Gate-Last 28 納米制程，此后的 14納米亦皆基于 Gate-Last。很多人會(huì)把三星能快速發(fā)展出自己的 Gate-Last 技術(shù)的大功勞歸功于梁孟松。
然而回推2009年，臺(tái)積電連 40 納米也都還沒(méi)多少量、同時(shí) 28納米 HKMG Gate-First 與 Gate-Last 的戰(zhàn)役都還沒(méi)分出勝負(fù)，真要說(shuō)梁孟松對(duì)三星的 FinFET 提供關(guān)鍵性的助益… ?
科技同業(yè)互相挖角乃為常態(tài)，彼此間都有高階人才跳來(lái)跳去;粱孟松當(dāng)初帶了一組人馬過(guò)去，若有人在南韓不適應(yīng)、再度回歸臺(tái)積電的話(huà)，不也換三星要擔(dān)心?
因此梁孟松雖然對(duì)三星的技術(shù)開(kāi)發(fā)有一些貢獻(xiàn)，但影響也沒(méi)那么大;三星的邏輯技術(shù)一直都不輸給臺(tái)積電，只是以前很少做代工罷了。事后，聽(tīng)說(shuō)兩家公司有個(gè)非公開(kāi)的互不挖角協(xié)議，避免雙方都困擾。
不過(guò)三星的急起直追，對(duì)于臺(tái)積電投入好幾年、幾千億的研發(fā)資金的技術(shù)仍頗有壓力。
由于三星的 14 納米已超越臺(tái)積電的 16 納米，加上蘋(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。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 晶片忽然扭轉(zhuǎn)，使得臺(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)積電的晶片明顯較三星地省電，適才爆發(fā)知名的 iPhone 6s 晶片門(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)積電手裡;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、也跟著往 Gate-Last 技術(shù)走，然而 Gate-Last 工藝的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-how，這也是臺(tái)積電的得意絕活。(所謂十萬(wàn)青年十萬(wàn)肝，GG輪班救臺(tái)灣便是來(lái)于此)
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。
2016 年 11 月，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：
1. 驍龍 810 上的發(fā)熱門(mén)事件即是 采 用臺(tái)積電制程(雖然是高通自己的晶片設(shè)計(jì)問(wèn)題);
2. 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 晶片。
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。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第四篇
英特爾VS格羅方德VS中芯
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)闢的市場(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)闢新的營(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、宣佈全球?qū)⒉脝T12000人，并宣佈退出行動(dòng)通訊系統(tǒng)晶片市場(chǎng)。
此舉放棄了Atom晶片 (包括 Sofia 處理器和原預(yù)計(jì)于 2016 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。
2016 年 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)的晶片廠(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)，則該晶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晶片的低階智慧型手機(jī)。
未來(lái) 14 納米制程晶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 納米制程將晶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，只是把腳伸到池裡試水溫，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納米制程因物理侷限，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。
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 處理器和繪圖晶片的生產(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晶片制造工廠(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。
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，為了更好介入中國(guó)市場(chǎng)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。
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?？赐炅烁骷掖髲S(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?
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，藉以維持高毛利的作法將日益困難。
加上晶片越做越小、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-how，將成為未來(lái)晶圓代工廠(chǎng)豎立競(jìng)爭(zhēng)力的方向。
2016 年 7 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)?；l(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。
2017-10-27 來(lái)源：智通財(cái)經(jīng) lynn1205
文章關(guān)鍵詞： 韋爾半導(dǎo)體 香港華清電子(集團(tuán))有限公司 晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn)四部曲
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第一篇
半導(dǎo)體知識(shí)(前傳)
現(xiàn)代科技不斷革新，網(wǎng)路平臺(tái)與云端運(yùn)算背后，仰賴(lài)著上千臺(tái)電腦伺服器相互連結(jié);智慧型手機(jī)除了能登錄網(wǎng)頁(yè)與多樣化的應(yīng)用程式，未來(lái)更能支援?dāng)U增實(shí)境 (AR)、3D影像、支付等功能;除此之外還有感測(cè)元件、智慧家庭、穿戴式裝置、自動(dòng)車(chē)…。
從電子商務(wù)、金融到醫(yī)療、法務(wù)，所有產(chǎn)業(yè)正面臨著大規(guī)模的劇變?？萍嫉睦顺碧峁└憷纳鐣?huì)，為人類(lèi)生活帶來(lái)了無(wú)限的可能;支撐這一切發(fā)展的基石，就是“半導(dǎo)體”。
在全球經(jīng)濟(jì)體中，半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)每年帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益約是 7 兆美元;而在2012年，臺(tái)灣半導(dǎo)體總產(chǎn)值突破 2 兆臺(tái)幣，躍居世界第 2 位、成為最大的產(chǎn)業(yè)群，就業(yè)人次高達(dá)18萬(wàn)。
時(shí)常在報(bào)章雜志上聽(tīng)到半導(dǎo)體、晶圓、IC、納米製程等名詞，卻又不甚了解意思?作為現(xiàn)代人，不可不知半導(dǎo)體。
本系列的 IC 產(chǎn)業(yè)地圖，將以半導(dǎo)體相關(guān)知識(shí)作為系列首篇，介紹“晶圓代工”相關(guān)名詞與各國(guó)間產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況。并討論各大廠(chǎng)間的競(jìng)合關(guān)系。
什么是半導(dǎo)體?
半導(dǎo)體是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體(金屬)與絕緣體(陶瓷、石頭)之間的物質(zhì)，包括硅、鍺。
利用半導(dǎo)體製作電子元件的目的在于：不像導(dǎo)體絕對(duì)導(dǎo)電、絕緣體完全不導(dǎo)電;藉由注入雜質(zhì)，可以精準(zhǔn)地調(diào)整半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。由于硅擁有較大的能隙、可以有較大雜質(zhì)摻雜范圍，所以可以被利用來(lái)製作重要的半導(dǎo)體電子元件電晶體 (Transistor)。
由于發(fā)明了電晶體，這個(gè)年代成為人類(lèi)科技文明進(jìn)步最快的年代，電子技術(shù)與電腦工業(yè)才開(kāi)始了長(zhǎng)足的發(fā)展，堪稱(chēng)二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。
發(fā)明電晶體的蕭克利 (Shockley)、巴丁 (Bardeen) 與布拉頓 (Brattain) 三位物理學(xué)家在1956年共同榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。
1956年，蕭克利在舊金山南方成立蕭克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室 (Shockley Semiconductor Lab)，帶動(dòng)美國(guó)硅谷 (Silicon Valley) 的蓬勃發(fā)展，硅谷一名稱(chēng)系由半導(dǎo)體原料硅而來(lái)。
講到硅谷的發(fā)展成因與歷史，絕對(duì)不能不提蕭克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的影響。一個(gè)天才的創(chuàng)業(yè)會(huì)引來(lái)眾多天才的投奔，因此當(dāng)時(shí)一堆優(yōu)秀人才趨之若鶩地跑到蕭克利的實(shí)驗(yàn)室來(lái);但后來(lái)因蕭克利暴躁又疑神疑鬼的性格，又紛紛辭職離去，被蕭克利怒稱(chēng)為“八叛徒”(The Traitorous Eight)。
八位叛徒中，包括了諾伊斯 (Noyce)、摩爾 (Moore，就是摩爾定律的那個(gè)摩爾!) 等人，他們隨后成立了快捷半導(dǎo)體 (Fairchild Semiconductor)，成為了第一家將硅電晶體商業(yè)化的公司。
這家公司最重要不是它的產(chǎn)品、而是影響力——快捷可說(shuō)是硅谷人才的搖籃，創(chuàng)始人和員工出來(lái)開(kāi)的公司和投資的公司在灣區(qū)超過(guò) 130家上市企業(yè)，裡面包括了 Intel、AMD 等公司，市值達(dá) 21 萬(wàn)億美元。對(duì)硅谷乃至當(dāng)今時(shí)代的科技發(fā)展都有著不可或缺的影響和作用。
好啦此為后話(huà)不提，讓我們回來(lái)看看硅谷發(fā)展一切的源頭——電晶體到底是什么。
電晶體的主要功能有兩個(gè)：“放大信號(hào)”與“開(kāi)關(guān)”。
電晶體就像是數(shù)位訊號(hào)的“收音機(jī)”──收音機(jī)的原理是將微弱的訊號(hào)放大、用喇叭發(fā)聲出來(lái)，電晶體能將訊號(hào)的電流放大;而數(shù)位訊號(hào)是由0與1組成，1代表著電流“開(kāi)”、0代表著電流“關(guān)”，電晶體以每秒超過(guò) 1千億次的開(kāi)關(guān)來(lái)運(yùn)作，讓電流以特定方式通過(guò)。
這邊讓我們來(lái)簡(jiǎn)單談?wù)勲娋w的運(yùn)作原理。
電晶體由硅組成，而硅是 4 顆電子。在硅半導(dǎo)體中加入元素磷，具有 5 顆電子、比硅多一顆電子(-)變成 N 型電晶體 (Negative)。
另外加入元素硼，具有 3 顆電子、 比硅少一顆電子(-)變成 P 型電晶體 (Positive) 。電晶體兩端可以通電，稱(chēng)為“源極”和“汲極”。
由于P型和N型分別多了電子和少了電子，所以電晶體在 N 型和 P 型接起來(lái)的狀態(tài)下電子不會(huì)流通，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)為“關(guān)”。
為了達(dá)到開(kāi)關(guān)的效果，我們使用第三個(gè)電極“閘極”(Gate) 取代機(jī)械按鈕開(kāi)關(guān);閘極間以氧化層和半導(dǎo)體隔絕。若我們?cè)陂l極上方施以正電電壓，讓 N 型多出來(lái)的電子能夠重新流通、并從源極流到汲極，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)為“開(kāi)”。
上述即為半導(dǎo)體元件電晶體如何藉由加入雜質(zhì)(磷、硼)來(lái)控制導(dǎo)電性、進(jìn)而控制電流開(kāi)關(guān)的原理。
但是這數(shù)億個(gè)電晶體在哪裡呢?你可能正在心想：“我手機(jī)有大到能放進(jìn)數(shù)億個(gè)電晶體?”
答案是：電晶體是納米等級(jí)，比人體細(xì)胞還要小。三星以及臺(tái)積電在先進(jìn)半導(dǎo)體製程的 14 納米與 16 納米之爭(zhēng)，14 納米指的就是電晶體電流通道的寬度。寬度越窄、耗電量越低;然而原子的大小約為 0.1 納米，14 納米的通道僅能供一百多顆原子通過(guò)。故製作過(guò)程中只要有一顆原子缺陷、或者出現(xiàn)一絲雜質(zhì)，就會(huì)影響產(chǎn)品的良率。
對(duì)于半導(dǎo)體大廠(chǎng)而言，製程是技術(shù)，但良率才是其中的關(guān)鍵Know-how。一般能將良率維持在八成左右已經(jīng)是非常困難的事情了，臺(tái)積電與聯(lián)電的製程良率可以達(dá)到九成五以上，可見(jiàn)臺(tái)灣晶圓代工的技術(shù)水平。
事實(shí)上，這數(shù)億個(gè)電晶體，全部都塞在一個(gè)長(zhǎng)寬約半公分、指甲大小的晶片上。這片晶片包含電晶體等電子元件，就叫做“集成電路”(Integrated Circuit, IC)，俗稱(chēng)IC。
所謂的大規(guī)模集成電路 (LSI, Large Scale Integration) 代表的不是這個(gè)電路板很大，而是上面約一萬(wàn)個(gè)電晶體;超大規(guī)模集成電路 (VLSI, Very Large Scale Integration) 則約有十萬(wàn)個(gè)電晶體。
集成電路是怎么制作出來(lái)的呢?
在集成電路出現(xiàn)之前，工業(yè)界必須各自生產(chǎn)電晶體、二極體、電阻、電容等電子元件，再把所有元件連接起來(lái)做成電路，不但複雜又耗時(shí)費(fèi)工。故若能直接依照設(shè)計(jì)圖做出一整個(gè)電路板，將能更加精確、速度更快且成本更低。
德州儀器公司的基爾比 (Jack St. Clair Kilby) 是第一個(gè)想到要把元件放到晶片上集體化的發(fā)明人，在1958年他試驗(yàn)成功，開(kāi)闢了一個(gè)嶄新的電腦技術(shù)時(shí)代，甚至很多學(xué)者認(rèn)為由集成電路所帶來(lái)的數(shù)位革命是人類(lèi)歷史中最重要的事件?；鶢柋纫惨虼擞?000年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。
集成電路的制作過(guò)程分為以下步驟。
一、建筑設(shè)計(jì): IC設(shè)計(jì) (CIRCUIT DESIGN)
如同在蓋房子之前，建筑設(shè)計(jì)師必須畫(huà)出設(shè)計(jì)圖，規(guī)劃房間分布、使用材料;在制作半導(dǎo)體晶片時(shí)，工程師會(huì)畫(huà)出電路圖 (Circuit Diagram)，規(guī)劃一個(gè)晶片上應(yīng)該要具備的功能 (包括算術(shù)邏輯、記憶功能、 浮點(diǎn)運(yùn)算、 數(shù)據(jù)傳輸)、各個(gè)功能分布在晶片上的區(qū)域，與制作所需的電子元件。
接下來(lái)，工程師會(huì)使用硬體描述語(yǔ)言 (HDL) 將電路圖描寫(xiě)出來(lái)。
待確認(rèn)無(wú)誤后再將 HDL 程式碼放入電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具 (EDA tool)，讓電腦將程式碼轉(zhuǎn)換成電路圖。
二、建筑地基: 晶圓制造 (WAFER FOUNDRY)
設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)完房子后，就需要將電路設(shè)計(jì)圖交由建筑工人將房子蓋出來(lái)。蓋房子需要地基，制作晶片也要，安置所有電子元件的基板就是“晶圓”(Wafer)。
也由于硅晶格的排列是安裝電子元件的關(guān)鍵，“拉晶”的步驟非常重要──晶柱的制作過(guò)程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型，旋轉(zhuǎn)拉起的速度以及溫度的控制都會(huì)影響到晶柱的品質(zhì)。
接下來(lái)，晶圓廠(chǎng)會(huì)用鉆石刀像切火腿一般，將一整條的晶柱切成一片片的薄片，再經(jīng)過(guò)拋光后，就變成了“晶圓”(Wafer)，也就是晶片的基板;晶圓上面的晶格可供電晶體置入。
晶圓(Wafer)上面的晶格可供電晶體置入。
常聽(tīng)到的8吋、12吋晶圓廠(chǎng)，代表的就是硅晶柱切成薄片后的晶圓直徑，而整塊晶圓可以再被切成一片片的裸晶 (Die);裸晶經(jīng)過(guò)封裝后，才被稱(chēng)為晶片 (Chip)、或稱(chēng) IC。
晶圓的尺寸，可以決定后續(xù)裁切制作出來(lái)的晶片有多少數(shù)量。
附注: AnySillicon網(wǎng)站上提供的計(jì)算機(jī)(Die Per Wafer Calculator)可供計(jì)算一塊晶圓上能切出多少裸晶。
如直徑8吋的晶圓片使用2.0微米的制程，可以切出588顆64M的DRAM (記憶體);至于12吋的晶圓，可以切出的成品又更多。
然而如先前所述，硅純度、拉晶速度與溫度控制都是晶柱品質(zhì)的關(guān)鍵，越粗的硅晶柱越難拉出好品質(zhì)，故尺寸越大、技術(shù)難度就越高，12吋晶圓廠(chǎng)也就比8吋晶圓廠(chǎng)的制程更先進(jìn)。
另外，雜質(zhì)對(duì)這些完美無(wú)缺的硅晶格構(gòu)成很大的威脅(想想看：電晶體比人體細(xì)胞還小，稍有一絲雜質(zhì)變足以毀壞整個(gè)硅晶格了)，因此制造人員進(jìn)入無(wú)塵室前，都必須事先清洗身體、穿戴防塵衣、全副武裝采取預(yù)防措施。晶圓制造環(huán)境更比手術(shù)室干凈十萬(wàn)倍。
晶圓會(huì)在無(wú)塵的狀態(tài)下送到無(wú)塵室并分裝到密封的容器中，進(jìn)行隨后的生產(chǎn)步驟。
三、建筑成形: 光罩制作 (光蝕刻與微影成像)
我們?cè)谙惹疤岬?，集成電?(IC) 跨時(shí)代的意義在于，工業(yè)界不用各自生產(chǎn)電子件再組建起來(lái)，可以一口氣將電路板依據(jù)電路圖生產(chǎn)出來(lái)。這是怎么做到的呢?
答案是：光學(xué)攝影技術(shù)。一大張的電路設(shè)計(jì)圖，要縮小并壓印到硅晶圓(基板)，靠的就是光學(xué)原理。
首先光罩廠(chǎng)會(huì)將IC設(shè)計(jì)圖形第一次縮小，以電子束刻在石英片上，成為光罩。
光罩
由于電子束的寬度是1微米，所以光罩上依據(jù)設(shè)計(jì)圖所刻出的半導(dǎo)體迴路也是1微米寬。接下來(lái)光罩廠(chǎng)會(huì)將完成的光罩送進(jìn)晶圓廠(chǎng)。
晶片制造，也就是將光罩上刻的設(shè)計(jì)圖、第二度縮小至晶圓上。與底片洗出相片的原理一樣，“光罩”就是照相底片、“晶圓”就是相片紙。
晶圓上面會(huì)事先涂上一層光阻 (相片感光材料)，透過(guò)紫外光的照射與凸透鏡聚光效果、會(huì)將光罩上的電路結(jié)構(gòu)縮小并烙印在晶圓上，最后印在晶圓上的半導(dǎo)體迴路會(huì)從光罩的 1 微米、變?yōu)?0.1 微米。陰影以外的部分會(huì)被紫外光破壞，隨后能被沖洗液洗掉。
藉由光蝕刻與微影成像，晶圓廠(chǎng)成功將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)印到微小的晶圓基板上。如同底片品質(zhì)會(huì)影響照片成像的好壞，光罩上圖形的細(xì)緻度是晶片品質(zhì)的關(guān)鍵。
光刻制程結(jié)束后，工程師會(huì)在晶圓上繼續(xù)加入離子。透過(guò)注入雜質(zhì)到硅的結(jié)構(gòu)中控制導(dǎo)電性，與一連串的物理過(guò)程，制造出電晶體。其過(guò)程相當(dāng)複雜，甚至需要像兩個(gè)足球場(chǎng)大的無(wú)塵室。
待晶圓上的電晶體、二極體等電子元件制作完成后，工程師會(huì)將銅倒入溝槽中形成精細(xì)的接線(xiàn)，將許多電晶體連結(jié)起來(lái)。在指甲大的空間裡，數(shù)公里長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)連接了數(shù)億個(gè)電晶體，制作成大型集成電路。至此，偉大的建筑就完成了。
四、成品包裝: 封裝與測(cè)試
晶圓完成后被送到封裝廠(chǎng)，會(huì)切割成一片片的“裸晶”，如先前圖所示。由于裸晶小而薄、非常容易刮傷，故封裝廠(chǎng)會(huì)將裸晶安裝在導(dǎo)線(xiàn)架上、在外面封裝上絕緣的塑膠體或陶瓷外殼，剪下來(lái)印上委託制造公司的標(biāo)志。最后進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行晶片結(jié)構(gòu)及功能的確認(rèn)、將不良品挑出，一顆晶片就大功告成了!
半導(dǎo)體大廠(chǎng)有哪些?
1960年代集成電路的發(fā)明，讓許多的半導(dǎo)體元件可以一次放在一塊晶片上。隨著半導(dǎo)體的縮小，IC上可容納的電晶體數(shù)目，約每隔兩年便會(huì)增加一倍、性能每18個(gè)月能提升一倍 。
從1960年代不到10個(gè)，1980年代增加到10萬(wàn)個(gè)、1990年代增加到1000萬(wàn)個(gè)。這個(gè)現(xiàn)象由英特爾的名譽(yù)董事長(zhǎng)摩爾所提出，稱(chēng)為摩爾定律 (Moore’s Law)。如今，集成電路上的元件高達(dá)數(shù)億至數(shù)十億個(gè)。
早期，半導(dǎo)體公司多是從IC設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試到銷(xiāo)售都一手包辦的整合元件制造商(Integrated Device Manufacturer, 俗稱(chēng)IDM)，如英特爾 (Intel)、德州儀器 (TI)、摩托羅拉(Motorola)、三星 (Samsung)、菲利普 (Philips)、東芝 (Toshiba)，以及國(guó)內(nèi)的華邦、旺宏。
然而，由于摩爾定律的關(guān)系，半導(dǎo)體晶片的設(shè)計(jì)和制作越來(lái)越複雜、花費(fèi)越來(lái)越高，單獨(dú)一家半導(dǎo)體公司往往無(wú)法負(fù)擔(dān)從上游到下游的高額研發(fā)與制作費(fèi)用，因此到了1980年代末期，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸走向?qū)I(yè)分工的模式──有些公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、再交由其他公司做晶圓代工和封裝測(cè)試。
其中的重要里程碑莫過(guò)于1987年臺(tái)積電 (TSMC) 的成立。
由于一家公司只做設(shè)計(jì)、制程交給其他公司，容易令人擔(dān)心機(jī)密外洩的問(wèn)題 (比如若高通和聯(lián)發(fā)科兩家彼此競(jìng)爭(zhēng)的IC設(shè)計(jì)廠(chǎng)商若同時(shí)請(qǐng)臺(tái)積電晶圓代工，等于臺(tái)積電知道了兩家的秘密)，故一開(kāi)始臺(tái)積電并不被市場(chǎng)看好。
然而，臺(tái)積電本身沒(méi)有出售晶片、純粹做晶圓代工，更能替各家晶片商設(shè)立特殊的生產(chǎn)線(xiàn)，并嚴(yán)格保有客戶(hù)隱私，成功證明了專(zhuān)做晶圓代工是有利可圖的。
如今臺(tái)積電是全球排名第一的晶圓代工公司。知名廠(chǎng)商亦包括全球排名第二的聯(lián)電 (UMC)、格羅方德 (GlobalFoundries)、中芯 (SMIC)。
由于IC設(shè)計(jì)公司只設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售晶片，但將制造、封裝、測(cè)試外包給第三方、以專(zhuān)心投入資金與人力研發(fā)，故被稱(chēng)為無(wú)廠(chǎng)半導(dǎo)體 (Fabless Semiconductor Company)，包括高通 (Qualcomm)、博通 (Broadcom)、聯(lián)發(fā)科 (MediaTek)，與中國(guó)紫光集團(tuán)下的展訊 (SpreadTrum)。
最后，臺(tái)灣半導(dǎo)體封裝大廠(chǎng)日月光(ASE)排名全世界第一，全球市占近20%。排名第二為美商艾克爾(Amkor)、第三亦為臺(tái)灣廠(chǎng)商硅品(SPIL)。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在近數(shù)十年來(lái)的發(fā)展速度不只驚人，許多重大的創(chuàng)新也支持了眾多其他產(chǎn)業(yè)也、產(chǎn)生了極大的影響，可以說(shuō)是數(shù)位時(shí)代之母。毫無(wú)疑問(wèn)地，在未來(lái)，半導(dǎo)體的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)規(guī)模，將會(huì)比今日來(lái)的更加廣泛且舉足輕重。
最后為大家輕松總結(jié)一下我們這篇已經(jīng)提到的知識(shí)，同時(shí)看看還有哪些知識(shí)雖然在本篇文章中沒(méi)有提到、但同樣很重要的，預(yù)告一下會(huì)在下篇出現(xiàn)：
“ IC”的中文叫“集成電路”，在電子學(xué)中是一種把電路(包括半導(dǎo)體裝置、元件)小型化、并制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。所以半導(dǎo)體只是制作“IC”的原料。
因?yàn)槭菍㈦娐房s小化，你也可以叫它“微電路 (microcircuit)”、“微晶片 (microchip)”、“晶片 (chip)”。
也就是說(shuō)，臺(tái)灣媒體常稱(chēng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，正確一點(diǎn)來(lái)說(shuō)應(yīng)該叫“IC設(shè)計(jì)”、“IC制造”、“IC封裝”!
因?yàn)樵?IC 設(shè)計(jì)和封裝的環(huán)節(jié)都不會(huì)碰到半導(dǎo)體啊啊～半導(dǎo)體只是原料，重點(diǎn)是那顆 IC!IC設(shè)計(jì)的廠(chǎng)商有發(fā)哥 (MTK) 和高通、封裝則有日月光和硅品。
而我們從頭到尾在介紹的“半導(dǎo)體大廠(chǎng)”只有臺(tái)積電 (TSMC) 等晶圓代工廠(chǎng)在做的事，包括如何把電路縮小化、和晶圓代工的制程。
好啦，晶圓代工的制程就總結(jié)到這里。
從下一篇開(kāi)始，我們要從產(chǎn)業(yè)鏈往上回溯來(lái)解答這幾個(gè)問(wèn)題，看看 IC 晶片的用途、又是怎么設(shè)計(jì)來(lái)的。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第二篇
臺(tái)積電 VS 聯(lián)電
2016 年 10 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，談及此舉是把腳伸到池裡試水溫，并表示：“相信英特爾會(huì)發(fā)現(xiàn)，水是很冰冷的?！比蚓A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)孰敗? 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。
霸主—臺(tái)積電
臺(tái)積電 (TSMC)
特色：砸大錢(qián)、高額資本支出，自己建廠(chǎng)自己研發(fā)，拼先進(jìn)制程。
擁有最高的良率與龐大產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，成熟制程達(dá)16納米。
全球第一家、也是全球最大的晶圓代工企業(yè)，晶圓代工市佔(zhàn)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 2016 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)。
在制程上，若莫爾定律成立，則未來(lái)的制程突破將會(huì)有限，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。
挑戰(zhàn)者NO.1—臺(tái)積電與聯(lián)電的歷史情仇
聯(lián)華電子
撿臺(tái)積電剩下的客戶(hù)，如：小IC設(shè)計(jì)公司的單，特點(diǎn)在于量不大、但可客制化。
專(zhuān)注于成熟制程28納米。
僅次于臺(tái)積電、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% 的市佔(zhàn)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)公司不可能將晶片交由外人生產(chǎn)、有機(jī)密外洩之虞，況且晶圓代工所創(chuàng)造的附加價(jià)值比起販?zhǔn)劬€低得多。
然而建立晶圓廠(chǎng)的資本支出非常昂貴，若將晶片的設(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無(wú)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)迴避為由，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)電的借鑑。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)始不愿意將晶片設(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)就衝到了三萬(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。”
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 吋成熟制程。除了電腦和手機(jī)外，如通訊和車(chē)用電子晶片，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晶片應(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)是做到臺(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)體上有其物理侷限，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 晶片，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。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第三篇
臺(tái)積電VS三星
臺(tái)積電和聯(lián)電拉開(kāi)分水嶺的關(guān)鍵，在于 2000 那年聯(lián)電 采 信了 IBM… 等等!IBM 支持的 Gate-First 技術(shù)是哪裡不好?
Intel 說(shuō)：安安，信我者得永生。IBM 的 Gate-First 太爛，我擁護(hù)的 Gate-Last 才是真理!也讓后續(xù)臺(tái)積電和三星紛紛從 Gate-First 轉(zhuǎn)向Gate-Last 技術(shù)后，彼此在 14 與 16 納米上繼續(xù)互搏。
很多臺(tái)灣媒體都說(shuō)三星的轉(zhuǎn)向，與臺(tái)積電叛逃的技術(shù)戰(zhàn)將梁孟松很有關(guān)系… 真的是這樣嗎?
看完本篇文章，您將獲知：
梁孟松是何許人也?
什么是HKMG?
IBM 的 Gate-First 與 Intel 的 Gate-Last 之爭(zhēng)孰優(yōu)孰劣?
臺(tái)積電與三星從20納米、14/16納米、到10納米的打架過(guò)程?
挑戰(zhàn)者NO.2 臺(tái)積電與三星的廝殺
三星 (SAMSUNG)
晶圓業(yè)務(wù)早期以自用為主，然而產(chǎn)能若僅自己用會(huì)太小、故也接蘋(píng)果的單。
制程飛越，直接從 28 納米跳過(guò) 20 納米，飛到現(xiàn)在的 14 納米。
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)體公司完成合併，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 使用的快閃記憶體晶片來(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 的第一代晶片開(kāi)始，蘋(píng)果一直向三星 采 購(gòu) ARM 架構(gòu)的晶片。
2010年蘋(píng)果自主研發(fā)的 A4 晶片被搭載在 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 晶片上 采 用的內(nèi)核一模一樣，兩款晶片的電路設(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 Android 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 Samsung GALAXY A8 ) 與 Exynos 5433 (用在 Samsung GALAXY Note 4 )。
另一方面，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。
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)轉(zhuǎn)變的因素，可能多少在于臺(tái)積電內(nèi)部所發(fā)生的洩密問(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)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)有的稜形結(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)積電委託外部專(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。
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，這很難說(shuō)是臺(tái)灣媒體的過(guò)于夸大。
半導(dǎo)體制程的挑戰(zhàn)，在于不斷微縮閘極線(xiàn)寬、在固定的單位面積之下增加電晶體數(shù)目。隨著閘極線(xiàn)寬縮小，氧化層厚度也會(huì)跟著縮減、絕緣效果降低，導(dǎo)致漏電嚴(yán)重。
半導(dǎo)體制造業(yè)者在 28 納米制程節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入的高介電常數(shù)金屬閘極(High-k Metal Gate, HKMG)，即是利用高介電常數(shù)材料來(lái)增加電容值，以達(dá)到降低漏電的目的。
簡(jiǎn)單講，HKMG 是由 High-k 絕緣層加上金屬柵極來(lái)防漏電用的。然而在工藝上又分成 由IBM 為首支持的 Gate-First 、與 Intel 支持的 Gate-Last 兩大派。
Gate-Last 顧名思義，是指晶圓制程階段，先經(jīng)過(guò)離子佈植(將所需的摻雜元素電離成正離子，并施加高偏壓使其獲得一定的動(dòng)能，以高速射入硅晶圓)、退火(離子佈植之后會(huì)嚴(yán)重地破壞晶圓內(nèi)硅晶格的完整性，所以隨后晶圓必須利用熱能來(lái)消除晶圓內(nèi)晶格缺陷、以恢復(fù)硅晶格的完整 性)等工序后，再形成 HKMG 柵極。
Gate-First 就是反過(guò)來(lái)，先形成柵極、再進(jìn)行離子佈植和退火等后續(xù)工法。
還記得我們?cè)凇揪A代工爭(zhēng)霸戰(zhàn)：臺(tái)積電VS聯(lián)電】一文中曾提過(guò)，聯(lián)電和臺(tái)積電技術(shù)的分水嶺，在于聯(lián)電 采 用了 IBM 的技術(shù)嗎?當(dāng)初聯(lián)電便是 采 用了 IBM 基于 Gate-first 的制程技術(shù)，才會(huì)永遠(yuǎn)被臺(tái)積電所超越。
為什么 Gate-Last 會(huì)比 Gate First 好?很簡(jiǎn)單，讀者可以想想，如果先形成 HKMG 柵極、再讓 High-k 絕緣層和金屬等制作柵極的材料經(jīng)過(guò)退火工序的高溫，容易影響晶片性能。
臺(tái)積電原本也是走 IBM 的 Gate-first 技術(shù)，但后來(lái)在臺(tái)積電第一戰(zhàn)將蔣尚義(號(hào)稱(chēng)技術(shù)大阿哥 XD)的主導(dǎo)下，在 28 納米改走 Intel 的 Gate-last 技術(shù)。
2011 年第四季，臺(tái)積電才領(lǐng)先各家代工廠(chǎng)、首先實(shí)現(xiàn)了28 納米的量產(chǎn)，從 40 納米進(jìn)展到 28 納米。
三星原本在 32 納米制程同樣 采 用 Gate-first 技術(shù)，后來(lái)快速發(fā)展出自己的 Gate-Last 28 納米制程，此后的 14納米亦皆基于 Gate-Last。很多人會(huì)把三星能快速發(fā)展出自己的 Gate-Last 技術(shù)的大功勞歸功于梁孟松。
然而回推2009年，臺(tái)積電連 40 納米也都還沒(méi)多少量、同時(shí) 28納米 HKMG Gate-First 與 Gate-Last 的戰(zhàn)役都還沒(méi)分出勝負(fù)，真要說(shuō)梁孟松對(duì)三星的 FinFET 提供關(guān)鍵性的助益… ?
科技同業(yè)互相挖角乃為常態(tài)，彼此間都有高階人才跳來(lái)跳去;粱孟松當(dāng)初帶了一組人馬過(guò)去，若有人在南韓不適應(yīng)、再度回歸臺(tái)積電的話(huà)，不也換三星要擔(dān)心?
因此梁孟松雖然對(duì)三星的技術(shù)開(kāi)發(fā)有一些貢獻(xiàn)，但影響也沒(méi)那么大;三星的邏輯技術(shù)一直都不輸給臺(tái)積電，只是以前很少做代工罷了。事后，聽(tīng)說(shuō)兩家公司有個(gè)非公開(kāi)的互不挖角協(xié)議，避免雙方都困擾。
不過(guò)三星的急起直追，對(duì)于臺(tái)積電投入好幾年、幾千億的研發(fā)資金的技術(shù)仍頗有壓力。
由于三星的 14 納米已超越臺(tái)積電的 16 納米，加上蘋(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。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 晶片忽然扭轉(zhuǎn)，使得臺(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)積電的晶片明顯較三星地省電，適才爆發(fā)知名的 iPhone 6s 晶片門(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)積電手裡;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、也跟著往 Gate-Last 技術(shù)走，然而 Gate-Last 工藝的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-how，這也是臺(tái)積電的得意絕活。(所謂十萬(wàn)青年十萬(wàn)肝，GG輪班救臺(tái)灣便是來(lái)于此)
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。
2016 年 11 月，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：
1. 驍龍 810 上的發(fā)熱門(mén)事件即是 采 用臺(tái)積電制程(雖然是高通自己的晶片設(shè)計(jì)問(wèn)題);
2. 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 晶片。
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。
晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn) 第四篇
英特爾VS格羅方德VS中芯
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)闢的市場(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)闢新的營(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、宣佈全球?qū)⒉脝T12000人，并宣佈退出行動(dòng)通訊系統(tǒng)晶片市場(chǎng)。
此舉放棄了Atom晶片 (包括 Sofia 處理器和原預(yù)計(jì)于 2016 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。
2016 年 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)的晶片廠(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)，則該晶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晶片的低階智慧型手機(jī)。
未來(lái) 14 納米制程晶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 納米制程將晶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，只是把腳伸到池裡試水溫，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納米制程因物理侷限，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。
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 處理器和繪圖晶片的生產(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晶片制造工廠(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。
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，為了更好介入中國(guó)市場(chǎng)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。
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?？赐炅烁骷掖髲S(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?
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，藉以維持高毛利的作法將日益困難。
加上晶片越做越小、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-how，將成為未來(lái)晶圓代工廠(chǎng)豎立競(jìng)爭(zhēng)力的方向。
2016 年 7 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)?；l(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。
2017-10-27 來(lái)源：智通財(cái)經(jīng) lynn1205
文章關(guān)鍵詞： 韋爾半導(dǎo)體 香港華清電子(集團(tuán))有限公司 晶圓代工爭(zhēng)霸戰(zhàn)四部曲
