激盪30年 這三位中國人改變世界晶圓代工格局

如果華為系是中國科技領域的中堅力量,那麼美國系半導體之於晶圓代工領域,便是黃埔軍校般的存在,曾供職於德州儀器的張忠謀與張汝京,以及 AMD 的梁孟松,不約而同投身晶圓代工,書寫近 30 年風雨參數。人來人往,那些濃墨重彩的足跡,值得被記錄。


橫跨半世紀的晶圓代工教父

1987 年應該是改變全球半導體格局的關鍵年份,同樣也是張忠謀人生轉折點。

一、德州儀器時間


已過去的 56 年間,他隨父母從寧波移居香港,18 歲時就讀哈佛大學,21 歲轉學至麻省理工學院,並先後獲得機械工程的學士與研究生學位。


隨後的 1958 年,他正式加入德州儀器,開始長達 25 年的半導體行業征程,並親歷這座商業帝國的崛起。


入職僅三年,張忠謀並被提拔為工程部門經理,隨後得到德州儀器資助,前往斯坦福大學進修電子工程專業,並於 3 年後成功獲得電子工程博士學位。


可能註定是開掛的人生,25 年的積澱與奮進,伴隨德州儀器先後賦能美國阿波羅登月(1960s)、推出基於語音數據分析與處理單片機(1970s)、誕生全球首款數字信號處理器 DSP(1980s)的輝煌,張忠謀的崗位上升至集團副總裁,負責全球範圍業務拓展。


具體項目方面,他負責的四晶體管相關任務,與 IBM 合作進行生產與落地,這也是最早的晶圓代工分工模式之一;此外,其主張先於成本曲線的定價策略,也就是項目前期以犧牲部分利潤的同時,盡最大可能斬獲市場份額。


從其對全球半導體市場、產業鏈協作以及市場策略等方面的經驗與見解,不難理解其創辦臺積電,專注晶圓代工領域的決策。

二、臺積電時間

時間回到張忠謀成立臺積電的 1987 年,可能他本人也沒想過,這家公司能成為年銷售額達 342 億美元的巨擘,同時獲得老東家德州儀器部分晶圓代工的外包業務。從技術角度梳理臺積電的發展路徑,依然可看出張忠謀果斷與進取的烙印。


1987 年:在臺灣當地政府、科技巨頭飛利浦、部分對半導體行業保有熱情的投資人的支持下,臺積電正式起航,並在位於臺灣西北部的新竹縣,建立第一座晶圓代工工廠。

1993 年:同樣在新竹,臺積電建成第三座,以及臺灣首家 8 英寸晶圓代工工廠,同年掌握 0.5 微米制造工藝,並於一年後的 1994 年在臺灣上市成功。


1996 年:征戰美國,與 Altera, Analog Devices 成立合資公司——WaferTech(位於華盛頓的卡馬斯),公司生產的第一款 0.35 微米制式的芯片被 Altera 使用。4 年後,臺積電出資實現對其的全權控股權。

1997 年:隨著在桃園等地工廠的建成,以及生產工藝的提升(可達 0.25 微米制程),臺積電實現 100 萬晶圓量產目標,同年在紐約股票交易市場成功上市。


2000 年:為滿足芯片產能激增的需求,臺積電先後收購臺灣第三大晶圓代工廠商 WSMC,以及宏碁旗下的晶圓代工子公司 TSMC-Acer Manufacturing Corporation,針對 8 英寸晶圓代工的產能從 280 萬躍升至 340 萬。


2004 年:臺積電在新竹的 12 號工廠投入生產,實現 12 英寸製造量產。製造工藝方面,告別微米,首次攻克 90 納米工藝,成為全球首個利用沉浸式光刻技術的廠商。


2008 年:發起開放創新平臺(Open Innovation Platform)項目,包含 EDA、IP、設計中心、價值鏈聚合、雲計算共 5 大聯盟,可更有效加強產業鏈上下游協同。


2013 年:臺積電全球首家風險生產 16 納米鰭場效應晶體管(Fin Field Effect Transistor, FinFET)工藝,互補式金氧半導體晶體管,可有效改善電路控制並減少漏電流。隨後的 2015 年,16 納米 FinFET Plus 工藝實現量產。


2016 年:進入 10 納米 FinFET 製程,並於 2017 年初實現量產。應用領域覆蓋至應用處理器、通信基站與 ASIC 專用芯片設計。


2018 年:在經歷了 7 納米 FinFET 工藝發佈與風險生產階段後,臺積電共收到超過 40 款相關設計定案(預計在 2019 年,定案數量可突破 100 個)。


同年 8 月,7 納米 FinFET Plus 工藝進入風險生產階段,也是全球首款採用光刻技術的商用芯片製造工藝。隨後,被海思麒麟 990 芯片組和蘋果 A13 使用。


2019 年:5 納米 FinFET 光刻工藝進入風險生產階段,並計劃於 2020 年投入量產。此外,同時發佈 5 納米增強版(N5 Performance – enhanced version, N5P),計劃在 2020 年底投入量產。

三、格芯時間


歷史車輪呼嘯而過,摩爾定律下的製作工藝不斷迭代更新,如同行駛在茫茫大海中,一旦上船,便只能向前。


當然,也可選擇放棄,願賭服輸。比如:來自美國的 Global Foundries(下稱“格芯”)與同處臺灣的聯華電子(下稱“聯電”)。

格芯的掉隊始於 2009 年,該公司董事長 Hector Ruiz 捲入“內線交易”案而下臺,原定第二年流片的 32 與 40/45 納米 SOI High-k,以及 28 納米 High-k 工藝芯片,全部被推遲 2 至 3 個季度量產。


雖然格芯官方聲音並非跳票延期,只是為了迎合主要客戶 AMD 的市場需求,但是彼時 AMD 與 Intel 的競爭正處於兵刃相接的階段,格芯的延期導致 AMD 32 納米桌面級芯片,晚於 Intel 一年才上市。


對於格芯的掉隊,張忠謀表示商業競爭牽扯到的則是金錢,敵軍如果面臨如此窘境,不會為對方掉一滴眼淚。


而當來到 7 納米時代,格芯已宣佈放棄對此製程的開發,並可能在未來某個時間節點,轉投三星陣營以獲得 7 納米工藝授權。

四、聯電時間


聯電是最早創立於臺灣的晶圓代工廠,當時創辦人之一曹興誠與張忠謀兩人並稱“ 晶圓雙雄”。有別於早期 IDM 模式,晶圓代工經營模式也自此誕生,造就聯電與臺積電列位晶圓代工老大與老二的地位。

2003 年的 0.13 微米工藝,是臺積電與聯電拉開差距的關鍵節點。臺積電自主研發工藝,與聯電在選擇是否與 IBM 合作研發上決策失誤,導致臺積電一技揚塵,於市場上取得先機。這或許,也可為國內半導體當今論“自主研發”有一定前車之鑑,技術想要靠外援,最終並不“靠譜”。


若從事件軌跡來看,2006 年蘇州和艦案才是關鍵事件。當時聯電被指轉投資和艦科技,違反臺灣當局相關規定,導致創辦人曹興誠被起訴而辭職,退出公司日常營運、呈現“半退休”狀態。


曹興誠往後醉心於佛學與品鑑古董,而張忠謀仍奮鬥於半導體產業。


北上創業的傳奇與精彩

好在晶圓代工領域玩家還有張汝京。


某種程度來說,張汝京的經歷與張忠謀類似,早年同樣就讀於美國,並取得電子相關專業博士學位;也均在同一家公司有過長達數年的就職經歷。


當張忠謀在 1983 年離開德州儀器時,正是張汝京在這家公司的第 5 年,1997 年,張汝京離開德州儀器,隨後開啟“三起三落”的創業傳奇。

一、世大時間


回到臺灣後,張汝京創立世大半導體(臺灣第三家晶圓代工廠,下稱“世大”)。三年後,產能就已超行業老大臺積電的三分之一。


隨後不久,“臺積電併購世大”呈現報端。據臺媒爆料,張忠謀與世大大股東密謀,趁張汝京不備對世大發起收購,“陰謀論”不脛而走。


後來,張汝京數次闢謠,稱張忠謀為令人尊敬的前輩。而張汝京是張忠謀在在德州儀器的部下,在併購過程中,張汝京全程參加討論。

二、中芯國際時間


彼時,正值國內半導體制造能力薄弱的節點。面對差距,國家領導們一直在積極籌劃中國半導體的發展計劃。因此,一直期望在中國大陸建廠,且具備豐富晶圓代工經驗的張汝京成為首要人選。


2000 年,張汝京在上海創立中芯國際,據統計共 300 多名半導體工程師隨其來到上海,其中不少是其老同事。至此,國內半導體晶圓代工發展進入快車道。

在張汝京的帶領下,中芯國際將落後於國際水平的差距快速縮小,並在北京、天津等多地設廠,成為中國內地晶圓代工領域頭把交椅。


飛速發展的另一面是隱患。臺積電利用反向工程追蹤的方法,比對中芯國際芯片與臺積電之間的相似度,並自 2003 年起,對中芯國際提出兩次訴訟,直指其對臺積電技術專利及商業機密的竊取。


2009 年,美國法院判中芯國際敗訴,4 天后,張汝京、中芯國際董事長江上舟和律師團飛往香港,與臺積電緊急談判。


最終以中芯國際賠償 2 億美元現金及 10%股權而告終。隨後,張汝京離開中芯國際。

三、後創業時間


由於和中芯國際已簽訂競業協議,張汝京在 3 年內不得從事芯片相關工作,隨後其在青島等地投資 4 家 LED 工廠。2014 年,在上海臨港開建大硅片製造工廠新昇半導體。


4 年後,張汝京 70 歲,融資 150 億元在青島創辦芯恩半導體,再度創業。值得一提的是,這是國內第一家 CIDM 模式(CommuneIDM,即共享式 IDM)的晶圓代工廠。


談到 CIDM 模式,張汝京認為,比起 IDM,前者通過大量芯片設計企業入股的方式,引入設計人才;另外,IDM 由於代工的模式,需不斷專研製程與工藝,相反 CIDM 面向客戶生產,可以先做滿足使用需求的成熟工藝,快速提高產能。


技術大牛與生猛叛逆者

如同傳承與輪迴一般,在張汝京離開中芯國際 7 年後,另一位臺積電“最熟悉的陌生人”梁孟松,於 2017 年加入中芯國際,兩年後的 9 月,其帶領中芯國際成功實現 14 納米芯片量產。


至此,離臺積電最先進製程相比,僅有兩代的差距。之於中國芯而言,也是里程碑式的存在。


一、美好時光


與兩位老前輩一樣,梁孟松同樣也在美國取得電子相關專業的博士學位,並在 AMD 美國總部工作數年。1992 年,他回到臺灣,加入臺積電,那一年他 40 歲。

他領導臺積電先進工藝的核心部門——模塊開發團隊,個人擁有 500 多個專利,在臺積電多次工藝升級中,具有不可磨滅的貢獻。


如果一切順風順水,梁孟松可能為臺積電工作直到退休。轉折發生在 2006 年,據臺媒報道,梁孟松的老上司蔣尚義(研發副總)退休。


2008 年,梁孟松離開臺積電,雙方簽訂競業協議,梁孟松在三年內不得從事半導體相關工作,並以此作為梁孟松在臺積電股權兌現的籌碼。

二、三星時間


隨後,梁孟松被三星聘請,作為其所投資的成均館大學講師。據臺媒報道,在協議簽訂後的第二年,臺積電方面曾主動聯繫梁孟松,質疑其並非僅在大學任教,實質上已加入三星半導體,並警告其股權可能會被交由臺積電教育與文化基金會處理。


得到梁孟松方面的否認後,臺積電方面決定兌現其持有的 738,000 股,共價值 1 億新臺幣(約 2300 萬人民幣),分 3 期支付。協議期結束後,梁孟松以首席科技官的身份加入三星半導體系統部,幫助其快速快速趕上臺積電。


當時三星處於量產 28 納米,並在研發 20 納米的階段。梁孟鬆放棄 20nm 技術,直接進入 14nm,而臺積電正在研發 16 納米 FinFET 工藝。


最後,三星攻克 14 納米制程,並拿下蘋果 A9 的部分訂單(臺積電方案使用 16 納米工藝),被部署於 iPhone 6s/6s Plus 手機。


2017 年,梁孟松與三星合約到期後,加入中芯國際,再後來,就是 14 納米工藝量產的故事,而未來他還帶領中芯國際創造多少奇蹟?拭目以待!


恩怨隨風但火花長流


梳理張忠謀、張汝京與梁孟松的故事,發現他們如同晶圓代工領域的鐵三角,無論從技術還是市場等多領域,都無法將其割裂。類似的人生軌跡,均是留洋歸國,並不約而同在不同的時間節點,帶領晶圓代工產業進入中國時間。

張汝京創立的臺積電成為 Fabless 模式的中堅,無法想象現在的臺積電如果停工一天將會給全球半導體產業帶來多大的損失;張汝京讓中國大陸的晶圓代工開始進入全球角鬥場;梁孟松則讓全球的晶圓代工格局更具張力,讓臺積電領跑的距離在縮短,讓這個產業更具鬥志​。


恩怨糾葛隨風而去,留下的是三位中國人在科技創新之路上,深深淺淺的腳印。

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