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台积电,这家卡脖子企业如何起于台湾?



这家工厂,是被华为、苹果、高通、英伟达、AMD等芯片设计大佬集体下单的顶级制造商;这家工厂,不仅2020年Q1利润是华为的两倍,平均毛利率长年保持在40%以上。究其地位,彭博给它这样一句评价——“鸟瞰整个半导体产业链”。

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出品|虎嗅科技组

作者|宇多田

台积电,这家卡脖子企业如何起于台湾? 1

然而,成立30多年来,这家全名叫做“台湾积体电路制造公司”的芯片厂,从不像一众互联网或软件企业那样,被普罗大众视为高科技创富的风口代表。

“很多东西大家一听代工,就以为是低端的加工厂。这让台积电在历史上的很长一段时间里被认为是那种劳动密集型的组装加工车间。但事实上,台积电工厂里的精密设备、半导体工艺以及人才,才是真正难以被复制的宝藏。”这让一位芯片设计从业者不由感慨,半导体的苦和累太难被外界知晓。

历时两年的“华为受虐史”与喷涌的中国造芯潮,让素来习惯沉默的半导体产业受到越来越多普通中国人关注。大家终于认清了一个基本事实:在所谓的大数据与人工智能背后,半导体产业具有更高的准入门槛,更庞大的价值与供需链条。一旦某一环被掐住脖子,巨头也有毙命危机。

从无到有

成立于1987年的台积电只做一门生意,就是把画在图纸上的晶体管给造出来。

如果用更加专业的语言描述,就是我们熟知的芯片大佬们,如高通、博通、AMD、英伟达、英飞凌、华为海思,都叫做“无厂化半导体企业”——他们只负责设计和销售,但生产得外包给专门的半导体制造厂商。

这门生意现在看很大,但如果回溯至30多年前,美国和日本的半导体巨头们还坚守IDM模式——做芯片都是大包大揽,从设计、制造,再到封装、测试,一定都要握在自己手里才能安心。而如今,全世界只剩下英特尔有覆盖全套流程的强悍能力(三星在设计上稍逊色)。

因此,在上世纪80年代所有芯片公司都以拥有晶圆铸造厂为荣的背景下,台积电创始人张忠谋创立的芯片垂直分工时代的开幕,并不是一个“振臂一呼,应者云集”的英雄故事。

当时主导这个行业的是英特尔与AMD,两者都对此非常不屑。

有个小插曲可以说明台积电当时的境遇。20世纪90年代,芯片设计公司将制造业务的风潮渐起,关于“是不是要把生产制造分出去”的讨论逐渐热烈,AMD联合创始人Jerry Sanders说过一句在当时很有名的膈应话:“真男人都要自己制造芯片(Real men have fabs)。”

这明显是一种侮辱。

且不论别的,单说资金,对从零起步的台积电就是第一大挑战。为了购买设备,建设厂房,台积电一开始就需要很多很多的钱。但无论是美日芯片大佬,还是岛内的半导体公司,对“借钱”这件事无不摆出一副“拒之门外”的姿态。

1987年,在加州理工火箭喷射推进实检室做研究员的张肇壮,在翻阅台积电投资文件时发现,台积电2亿多美元的启动资金,除了48.3%都是由政府出资,其余27.5%是由荷兰飞利浦承担,24.2%由省内企业分担。有趣的是,投资的省内企业无一家跟半导体产业相关。

“这虽然很反常,但不是不能理解。文件写着工厂要掌握几个制程,生产不同种类的电路产品 , 包括存储、逻辑芯片以及一些ASIC专用芯片。但对于采用何种技术与何种半导体去生产则解释地非常模糊,而以当时台湾省的科技人才以及产业规模 , 是很难办好的。所以台湾相关企业不会相信台积电。” 他简单总结了原因。

看来,每一个宝藏产业“不被看好”的历史总是相似的。

几年发展之后,1990年时的台积电终于不用再租借工业研究所的厂房,有了第一个全资工厂;1993年又建起了台湾第一个8英寸芯片厂。为了筹集更多的钱扩建工厂,台积电在1994年申请了IPO。

这样的故事开头让台积电以后的发展愈加具有戏剧性——如今,它不仅成为最受东西方资本追捧的半导体大佬之一,也开始左右全球半导体行业的走向。

制图:虎嗅宇多田。制图不易,盗图必究

制图:虎嗅宇多田。制图不易,盗图必究

现在的台积电,具备了1年内为499个客户生产10761种产品的能力,芯片年产量超过1200万块。这些芯片,都需要用到台积电多达272种不同的制造技术和复杂的产线管理流程。其市值,也从1997年的149亿美金一路跃升至现在的2828亿。

举个例子,手机里与通信网络密切相关的射频(RF)模块,背后就藏着一个市值高达197亿美元的美国射频巨头Skyworks。而他们的射频芯片,就需要交给台积电,因为后者拥有先进的射频制造工艺。

2019年,台积电连续第4年成为中国台湾地区的专利大王。除了有1333种发明专利被申请,申请专利的员工人数也首次了突破1000人。

所以它被称为世界上“最能给技术和人才买保险的公司”一点都不为过。

在竞争惨烈的半导体产业,台积电的成长是一个让世人瞩目的奇迹。而晶圆代工这种“开天辟地”的模式,也向所有半导体新兴企业证明——以弱胜强更是可以做到的。

技术:决定着台积电的上升曲线

为德州仪器效力了30年的张忠谋明白,“用技术可以干掉大公司”是被自己老东家验证过的真命题。

1954年的德州仪器还是一个很不起眼的小公司。但就在这一年,被德州仪器从贝尔实验室挖走的半导体专家戈登·蒂尔在一个枯燥的学术会议上,面无表情地向外界宣布了“德仪研发出了世界上第一块商用硅晶体管”这个消息,立马惊醒了台下一众昏昏欲睡的观众。

自此,德州仪器开启了称霸半导体行业长达20年的黄金时代。

这件事,对4年后进入德州仪器的张忠谋影响深远。他在自传里用几个“叹号”表达了当时的澎湃心情:

“德仪在硅晶体管上的突破,立刻重划了半导体市场的版图。它为此后无数小科技公司建立一个典范:以小搏大是可能的!以小搏大有成功的机会!

“寻根究底,科技进步的脚步在二次大战后明显加速,‘技术转折点’层出不穷。在每一个‘技术转折点’出现 时,大公司不见得比小公司强,小公司与大公司几乎有均等的机会。”

此后数十年里,他见证了若干次因为技术革新而带来的新生与死亡。而台积电成立后,因为技术未达标导致订单遭抢夺的数次意外,更让他清晰认识到,只有把最先进的技术握在自己手里,才能避免“猝死”。

台积电创始人张忠谋,图片来自谷歌

台积电创始人张忠谋,图片来自谷歌

1995年之前,虽然台积电作为一个只做晶圆代工的“异类”备受质疑,但由于竞争者较少,同时又刚好赶上了英特尔奔腾MMX微处理器与PC市场的“起飞”时期,因此,产能吃紧的芯片公司不得不开始向台积电洽谈代工的可能性。趁着这个机会,台积电向IDM们提出了条件:

“为了帮你们把芯片做好,请把你们先进的工艺技术转移到我们的产线上来。”

这也就能解释“为何90年代初英特尔会接受邀请,为台积电产线解决了200多个技术问题,让良率有了质的提升”。因此,在创立的前几年里,台积电虽然连续亏损,但却取得了精进武艺的绝佳机会,为未来快速扩大产能和提升工艺奠定了基础。

1995年后,随着新加坡特许半导体与联华电子等强大对手的加入,专业晶圆代工厂正式进入了“拼工艺”的追赶时代。

一方面,工艺的升级与摩尔定律有关。每一次缩短芯片制程(单位:μm、nm),相当于在一块同等大小的芯片上,塞进更多的晶体管,让电路与电路之间的距离变得更小。

而电子运行距离变短,自然能节省更多时间和能量,整块芯片运行效率也就更高。但这也意味着,制造工艺的难度也呈指数级变大,投入成本更加高昂——更加精密的设备,更加复杂的生产流程,兴建一座又一座新工厂。

另一方面,以英飞凌为代表的系统芯片厂商与英伟达等绘图加速器设计公司的崛起,成为了一股推动制造工艺微缩化的重要力量。

以GPU为例,其设计过程使用的3D绘图技术必须要依赖先进工艺才能提高运算性能,同时还有降低成本的硬性需求。为了争夺这类客户群体,代工厂被倒逼着加速研发出更先进的制造技术。

因此,高端制造工艺能力也成为了确保获得更多利润的必要条件。

也正是瞅准了专业代工市场潜藏的丰厚收益,台积电的最大竞争对手在这时陆续出现。

尽管1998年才进军专业晶圆代工市场,但成立于1980年的联电在决定转型前就早已涉足代工业务,对制造生意有很大的把握。

《半导体杂志》在1995年做了一项很有意思的统计——联电无论是“人均员工产值”,还是“人均员工盈利”,在同年均高于台积电,被视为台湾岛上最会赚钱的半导体公司。

然而,“逆袭”却在2000年左右发生了。

原因虽然有很多,但有一个对摩尔定律影响深远的关键技术节点恰恰在这时候出现了——1999 年,加州伯克利大学电子工程与计算机专业教授胡正明研发出一种名叫“鳍型晶体管”(FinFET)的 3D 晶体管技术,并在 2001 年被台积电聘为技术执行长。

这项技术的重要性已经无须赘述。英特尔之所以能在 12 年后率先量产出 22nm 晶体管,台积电与三星顺利过渡至 16/14nm 制程节点,FinFET功不可没。正是胡正明的这项“发明”,摩尔定律才得以“延寿”数十年。

当然,虽然 FinFET 在 20 世纪初还没有发挥真正效用,但胡正明在担任技术执行长的 4 年任期里,除了升级 90nm 工艺,也帮台积电完成了对 FinFET 的技术积累。

同时,这个时间点也是半导体从8英寸向12英寸转型的关键时期。台积电又趁此机会不惜投入大量资本建设12英寸工厂,研发12英寸工艺,抓住了产品迭代的重要机会。

此外,也有台湾行业人士给了我们另一个信息:联电当时的工厂设备相对老旧,生产效率一直不及台积电。因此2000年前后的收入差距虽然不大,但是利润的差额却愈加明显。

此后数年,晶圆代工市场排位更迭频繁,竞争可用惨烈来形容。联电在 2015 年被收购了 IBM 技术的格罗方德超越;2005 年进入代工产业的三星又在拿下苹果订单后,于 2018 年超越格罗方德,排位上升至第二。

只有台积电,靠着将最先进的工艺牢牢握在手里,将老大的位置一路坐到了现在。

可见,尽管但让企业由盛及衰,由衰至盛的本质从未改变——掌握最先进工艺,便有最大的选择权。

制图:虎嗅宇多田。制图不易,盗图必究

制图:虎嗅宇多田。制图不易,盗图必究

在很多人的笔下,台积电与其领导者张忠谋就像是一个“通关奇才”,总是能在关键时刻“一招制敌”。但在2003年,IBM在0.13微米制程工艺上的几项突破,却曾将台积电置于了自成立以来最为凶险的境遇里。

随着工艺技术的演进 , 晶体管中电子迁移距离的不断缩短,似乎应该都是顺理成章的。然而,芯片制程被台积电与联电平稳缩进至0.15微米时,却怎么也缩不动了。

最大的原因,便是半导体组件内部导线对电子传输效率的影响开始大于晶体管距离造成的差异 , 因此 , 改进导线技术,就成为一个新技术节点。

若想要增加电子的传输效率 , 第一个方法就是减少导线中的电阻 。因此,铜这种导电性强的材质,自然就成了最好的选择之一。而率先在 1998 年取得铜布线技术突破的,便是 IBM。

2000年以后,包括英飞凌、AMD在内至少20家芯片头部企业开始追随IBM用铜布线技术,几乎相当于“抛弃”了台积电与联电。

而台积电在拒绝 IBM 有意将技术高价卖给自己的同时,又迟迟没有开发出成熟的 0.13 微米制程工艺。除了订单接连被抢,台积电的商业模式也再次受到了外界自 1987 年成立以来最大的质疑。

最让人唏嘘的,是台积电的“老朋友”英伟达突然“倒戈”,在2003年4月宣布将把自己下一代Geforce绘图芯片的订单,移交给IBM;而高通也已在一年前,将基带处理器订单中非常重要的射频与模拟芯片模块交给IBM。

就这样,晶圆代工市场的“双雄称霸”局面(台积电与联电)在2003年被IBM撕开了一个大口子。但好在台积电具备IBM所欠缺的产能优势,而高端芯片的需求量当时还没有那么大,后者只能依靠有限的产能接有限的订单,因此台积电还有“安全期”可供其喘息和追赶。

有趣的是,在此关口,台积电与联电做出了不同选择。

联电选择购买IBM的技术,并与英飞凌等设计公司一起开发90nm制程技术,算是保住了地位;而台积电在2004年,终于赶上了这趟“制程大升级”的一班列车,开发出可以量产的0.13微米制程成熟工艺,订单营业额当年便飙升至55亿台币,是联电的将近5倍。

至此,台积电正式跻身掌握全球最先进芯片制造工艺的企业之一,与英特尔和IBM平起平坐,再无“追赶”之说。

IBM的教训再一次表明,晶圆代工产业的竞争虽然不是只有依靠技术,但从长期来看,自主技术能力还是主导晶圆代工接单的根本能力。

“我们要技术自主,这是第一天就定下来的,是不用问为什么的。难道你会去问为什么英特尔要技术自主吗?”在一次会议上被质疑时,张忠谋再次表明了自己的立场。

如今,台积电之所以能与英特尔、三星呈三足鼎立之势,台湾大学国企系教授李吉仁认为最关键的因素,便是“张忠谋对技术自主的坚持,以及持续高资本支出的决策胆识”。

过去 5 年里,台积电每年的资本支出总额都在 130 亿~150 亿美元之间,2019年更是达到创记录的149美元;同时,作为台湾地区研发投入最大的企业,台积电研发投入占总收入比重每年都在 8%左右,基本保持在 20 亿~30 亿美元。

2020 年初,尽管受疫情影响半导体市场前景不甚明朗,但台积电仍然承诺把 2020 年总收入的 9%用于先进技术研发,这意味着研发预算将超过 36 亿美元。“疫情会对公司业务造成一定影响,但我们不会调低相应的支出。”台积电高管在 4 月的 Q1 电话会议时再一次强调。

制图:虎嗅宇多田,数据来源:台积电。制图不易,盗图必究

制图:虎嗅宇多田,数据来源:台积电。制图不易,盗图必究

技术差距,投入数百亿美元建新厂的高昂成本,以及上一代制程工厂设备折旧成本与过剩产能,不知让多少晶圆代工企业陷入财务困境。譬如曾辉煌一时的新加坡特许与以色列 Tower,自台积电与联电建立垄断性优势后,他们每年产能仅能卖出 6~7 成,不亏损就是奇迹。

最终,大批晶圆代工厂不得不望着台积电渐趋渐远的背影,主动退出主赛道。

2019 年中旬,台积电曾经的最大竞争对手格罗方德与联电公开宣布,由于无法负担高昂成本,他们已退出 7nm 工艺的开发。这便让台积电成为世界上目前唯二可以生产出 7nm 芯片的专业代工厂(另一家是三星)。

但台积电仍然在奔跑。他们的5nm芯片已经进入量产阶段,耗资预计超130亿美元的3nm工厂将在明年试产,2nm工艺也已经在筹备中。

“半导体人要越跑越快才行,没有哪怕一分钟停下来的时刻。” 一位晶圆厂从业者感慨,台积电目前只有英特尔的工厂与三星的制程工艺可与其媲美,与中芯国际等大陆厂商的差距至少 5 年。

“半导体产业是一个凭真本事拼生死的行业。偶尔的取巧不可能保持长时间的强大,必须要有自己傍身的技术,接受自由市场的考验,然后站在太阳底下去战斗。”他说。

既得是制造匠人,还得是管理大师

大部分人对张忠谋“时代传奇”的定义,都是围绕其开创半导体垂直一体化代工模式展开的。这的确是一个开天辟地式的贡献——

从产业链往下看,这一模式拯救了资金不足,但想象力丰富的芯片设计人才;

从历史节点往后看,半导体产业正式进入了芯片设计巨头(英特尔、AMD为代表)、代工厂(台积电为代表)以及IP授权厂商(ARM为代表)的“权力制衡”时代。

但这些宏观视角的成就,都不足以刻画出以张忠谋为首的半导体制造业人才的特有品质。张忠谋的早期经历告诉我们,有些重要的东西其实被大众给忽视了。

“张忠谋担任德州仪器副总裁时,经常去工厂视察。他会非常严格指出产线问题,在场的人大气不敢出,连旁边白人高层都没有他给的压力大。” 一位曾经与张忠谋打过交道的国外半导体企业领导,形容他“比任何人都严格和可怕”。

张忠谋自己也说过,有太多人很不喜欢他。但制造业,却离不开这种人。

在进入德州仪器之前,张忠谋在一家名叫希凡尼亚的晶体管公司做“产线工头”,每天都要跟十几个作业员一起做焊接晶体管的工作。这项工作在当时是个手艺活——你得在一个放大镜的辅助下,手工把铜丝焊接到电极上。

手工,便意味着“不稳定”,因为效果完全取决于单个操作员的焊接水平,因此良率自然不会高。他观察了几天,竟然用学过的理论知识搞出一套“间接加温法”,一下子提高了良率;接着,他又拿着这套新方法“训练”了两个作业员,最后,一整条产线换上了他创造的焊接方法。

这样的故事,基本贯穿了张忠谋的前半生。

德州仪器时期的张忠谋   图片来自《张忠谋自传》

德州仪器时期的张忠谋   图片来自《张忠谋自传》

无论是在希凡尼亚,还是后来进入处于黄金时代的德州仪器,他从未改变过长时间蹲守一线的作风,也从不一味遵从旧的产线规格——一看老方法不奏效,就开始琢磨怎么利用理论知识改进生产流程。

作为名副其实的流程管理大师,张忠谋赠予整个产业最宝贵的个人财产,便是强大的生产流程管控能力。

一方面,他懂得将思维程序与理论依据渗透到内核复杂的机械实体中;另一方面,他深知将产线上的“人类”进行合理调配的重要性——将工程师、生产员以及作业员的利用率达到最大化。

很遗憾的是,这些技能只有亲临现场,才有机会彻底掌握。

2008年全球金融危机,台湾半导体产业受到重创。台湾力晶、茂德等内存厂商出现巨额亏损,一蹶不振,台积电也没能幸免,2009年第一季利润下滑95%;与此同时,AMD公开承认台积电40纳米的良率不足,也有台媒爆料台积电良率不足导致许多订单被抢。

2009年,张忠谋以78岁高龄重新执掌台积电,2010年,台积电第一季税后盈利达到11亿美元,成为当年盈利额最高的台湾科技公司。

三年时间,台积电重回巅峰。

“对于科技产业来说,具备技术门槛是没错。但半导体涉及到生产制造。对于整个高端制造行业,比‘技术’更重要的元素,其实是‘管理’。

当一个问题变成技术流程管理问题的时候,就一定比技术问题复杂。”

斯坦福大学毕业,做芯片十余年的芯英科技创始人杨龚轶凡坦言,行业内都清楚一个事实,科技类企业越偏生产制造,“人”的重要性就越强。

“一旦涉及到生产流程,就意味着有若干道工序,而每个工序又包含着若干台精密仪器。即便一台机器的良率能达到99%,那么两台、三台放在一起呢?管理不善的话,整个流程上的二三十台机器,跑一遍下来可能良率1%都不到。”

因此,做高端制造的优秀人才一般都能耐得住寂寞,而且不会太年轻。

一方面,他要有前线作战经验,另一方面,还得管控过整个流程,做出过不错的量产结果。因为在课堂上你是永远学不到怎么去管理半导体设备的,只能亲自去蹲产线,慢慢做到比较高的职位,纵观过整个产线的运行方式,才能做出好的流程控制。

“我每天8点去上班,7点回家吃个晚饭,晚上再去产线继续盯着。几个月都没有起色,但我们一直在不断变动生产流程,到第四个月,有了质的突破。”在张忠谋自传中,他管理才能的积累,全都藏在这些一做就是十年的琐事中。

也正是由于这种管理人才需要实地培养多年,因此中国大陆着实不多。

这也是为何以中芯国际代表的大陆晶圆厂们,十几年来拼命挖台积电等一流工厂的人才,而且挖的不是一个兵,而是一个“帅”,或是一个“师”。

当然,这也从反向印证了,为何大陆有些投入百亿人民币建设的晶圆厂,最后因管理不善而倒闭。

图片来自谷歌

图片来自谷歌

一位匿名芯片从业者认为,中国一直都面临很严重的人才错位。十几年前就在说制造业管理人才的重要性,但如今仍然是一个很大的问题。

“也不能只靠挖人,不然持续诉讼是个很大的麻烦。重点还是要让老一辈‘匠人’的经验传承下去,是时候去重点培养高端制造业的管理人才了。”

10年前,有本很畅销的书叫做《中国不高兴》,现在来看虽然有些观点不一定有人喜欢,但依然很有说服力:

“曾几何时,在中国这样一个说法流行了起来:制造业是低智商、低层次的人干的,其结果是费力而好处全被别人拿走;真正高智慧、高层次的人是从事金融业,打赢金融战争。有些书还会举出种种数据,说明中国从事制造业是多么的‘亏’。

“就经济发展战略,乃至人们的价值导向而言,再没有比这种说法更误国误民的了。”

“把台积电的晶圆切开看,每一寸都刻着‘诚信’”

我们翻阅台积电的年报,发现了一个有意思的事情。他们每年年报里的“公司介绍”,开头总是这句话:“台积电不以自己的名义设计、制造或销售任何半导体产品,确保永远不会与客户竞争。”

张忠谋多年在各地的公开演讲,主题有很多,但落脚点只有一个,便是“诚实正直”。他的这句话激励过无数想要成功的制造企业:“诚实正直是台积电的经营理念,也是未来最好的保护伞。因为没有具体的东西可以保护你,只有价值可以,而‘诚信’是价值的一部分。”

1999 年,张忠谋去领全球无晶圆半导体产业协会颁给自己的“模范领导奖”时,获奖感言再一次提到了“诚信”:

“我非常感动,因为这是客户给的。我们的理念一直就是为客户赴汤蹈火,为他们保守秘密,让大家一起成功。这个奖是对我理念的一个肯定。”

保守秘密,说到做到的人都不多,那么一家拥有上万名员工的国际企业呢?

“21世纪初的时候,好多公司都扬言说自己可以帮你做代工,但代着代着,你就发现怎么这些代工厂就自己开始做芯片设计了,甚至出去偷偷另开一家IC设计公司,转身抢你的生意。”在一位台湾半导体从业者眼中,这些都是血泪斑斑的产业史。

他透露,联电逐渐没落的原因不全是技术上的落后,还有“能不能为客户保守机密”的问题。

作为台湾第二大晶圆代工厂,联电曾在1996年被客户质疑偷偷设立IC设计部门。之后,联电将设计部门剥离,也就是后来的联发科、联咏、联阳半导体等设计公司。

“当时很多别的品牌,譬如像高通、索尼把自己的晶片给联电做,最后就发现,怎么联电自己就去做IC设计了?这也是为何英特尔还坚持做一体化的部分原因,因为他们觉得代工厂不会帮客户保守好秘密。”他亲身经历过那段台湾半导体产业用诉讼互斗的灰暗时期。

“但是这么多年,有一家公司真正做到了‘保守秘密’,或者说真正取得了所有芯片设计公司信任。就是台积电。”

张忠谋一直挂在嘴上几十年的“诚信为本”,如今真的变成了台积电仅次于生产能力的竞争底牌。

2005年就大力涉足晶圆代工业务的三星,在2011年被苹果控告抄袭自己的手机和平板设计后,便陆续丢掉了苹果后来的处理器代表订单。而这笔订单,自然就落在了台积电手里。

“没抄袭是不可能的。拿着别人的芯片设计图纸,可以顺藤摸瓜把手机的设计也搞出来。iPhone 的出货量后来被三星超了,追根溯源就是找三星做了代工,这是在搬石头砸自己的脚。” 一位半导体从业者认为,激烈的竞争、丰厚的利润和交叉的业务领域,很难不让半导体企业萌生小心思。

2019年,高通把自己的旗舰移动处理器骁龙865代工权也交给了台积电,而不是另一个“热门候选”三星。有意思的是,尽管高通对此的解释是“对产能有顾虑”,才没有把高端系列交给三星。但韩媒Business Korea却主动揭了自己国民企业的“短处”:

“三星的制程产能比台积电提早几个月,但却只能负责S765等中端产品,最主要原因就是要防止三星在检查设计图时偷走高通的技术。而苹果的处理器与华为海思,都有同样的顾虑。”

除了做到保守秘密,张忠谋甚至坚持将对客户的承诺“凌驾”于利润之上。

2000年,台积电工厂的产能紧张,在开会决定产能分配时,很多人建议给出高价的客户先出货。张忠谋在讨论期间始终保持沉默,但最后却撂下这样一段话:

“大家不要讨论这么多。要做到的第一点,便是‘遵守承诺’,假如以前有讲过给多少,就先做到给多少。满足了承诺,看谁跟我们关系最好;如果有多余,再看利润。”

当时一位加入台积电不就得美国业务副总裁后来提到,他是生平第一次听到“把利润放在最后”这种话。

诚信,是设计公司与晶圆代工厂相互依存的基础,也是激烈的竞争环境下必然存在的制衡。而最大最后的赢家,便是“不贪”的那个。

“把台积电产出的晶圆切开来看,每一寸都刻着诚信。”作者余宜芳在《台积电DNA》这本书里如此评价台积电。

台积电不只是“台积电”

“在我眼里,中国大陆就一家高科技公司,就是华为。因为他们做出来了中国在历史上从来无法与欧美及日本抗衡的东西。”

一位芯片从业者直言不讳表达了对华为的尊敬。他指出,华为成功在由数十年被国外严防死守的芯片设计防线上,戳了一个小窟窿。

但也仅仅是一个小窟窿,稍用一些方法,就可以被堵上。

事实上,中国要想在半导体产业上取得话事权,绝不可能只靠一家甚至两三家“华为”;而每一家“华为”,也不可能只靠自身或某个区域的合作伙伴。

首先,像台积电这种垄断型半导体企业,其崛起的过程,其实也是一部台湾半导体产业集群的成长史。在它的背后,是台湾省强大的消费电子集群与半导体产业集群。

正如开头张肇壮所说,台积电一开始的几年因为想避开与日韩存储芯片的正面竞争,只小规模生产一些具备特殊功能的芯片,市场不大,也没人愿意给台积电下订单。除了连年亏损,台积电甚至于被外界戏称为飞利浦的“专用代工厂”。

但很快,台积电有了越来越多来自岛内产业的支持者。威盛、力晶以及茂德等一大批芯片设计厂商陆续进入国际市场,以日月光、京元电子为首的封装与测试厂商也同样是在80~90年代崛起,逐渐与台积电、联电等企业构建起了相对完整的产业闭环链条。

这在很大程度上要“归功”于台湾当时的特殊时代背景。

80年代的台湾承接了美国以个人电脑为核心的通讯电子组装代工产业,宏基、HTC与富士康等企业就是在那个时候完成了第一阶段的技术与资本积累;

但到了90年代,个人电脑产能逐渐超出了消费者的购买能力,激烈的市场竞争让消费电子硬件的成本被不断压制,这便导致本就利润微薄的组装产业更是雪上加霜。

也就是在这时,台湾本地电子产业的扩张与电脑生产工艺的成熟,开始催生出往中上游延伸的新产业——零部件设计与加工。很多电脑生产商的想法其实很简单:既然利润很低了,那芯片就不要进口了,本地搞就好了。

因此,台积电等企业的出现更像是一种“配套工序”,但却最终延伸出一个全新的产业集群,让台湾省真正有了技术输出的底气。

图片来自新材料在线

图片来自新材料在线

其次,从全球整个全球半导体产业的链条来看,那就更是一个复杂到惊人的生态了。

诸如“刻蚀机”、“离子注入机”、“扩散炉”、“涂胶显影设备”等看着就眼晕的名词,其重要性和制造的难度完全不亚于光刻机,都是生产线上不可缺少的设备,且必须要交由大量来自不同国家的企业共同制作完成。(见上图)

“光芯片制造用的设备就200多种,制造的工序就不少于20道,设备多是欧美和日本制造,而且还需要配套的材料与气体。

“可以说,每台设备,每道工序,就可以形成一个链条;而每个链条,还有一个子链条。每个子链条里,都有一两个不为人熟知的500强企业。”

因此一位不愿透露姓名的国内半导体企业高层认为,最近传闻的“华为正说服台积电设立非美系设备生产线”的做法,是很不现实的。

“短时间这样做是不可能的,中长期牺牲性价比的话是有可能的。但作为商业公司,华为与台积电都要付出极大的代价。”

举个例子,芯片制造工艺的顶级技术之一——极紫外光刻(EUV)从1996年便开始研发,但直到2014年才被阿斯麦(ASML)应用并制造出7nm工艺的极紫外光刻机。

而在这整整18年时间里,共有超过5个国家,30多家芯片产业链企业与研究机构贡献了自己的智慧与财力。而其中的关键参与者,便是阿斯麦与台积电,二者几乎是共进退的关系。

就像阿斯麦与台积电不可替代的地位一样,每个半导体强国都有十几家企业具有垄断优势。譬如日本的东京电子、尼康等清洗与显影设备制造商。

制造工序中必不可少的清洗、干燥与影像设备,都需要使用一些如“洗涤药水”、“抗蚀剂”等液体材料进行调配。

换句话说,以上设备涉及的技术,要通过硬件与液体的精细整合来实现。这完全取决于日本工匠师傅的手艺活,根本无法被转化成标准化文件。

这约等于,在这道工序的产业链上,其他国家连模仿都搞不来,完全由日本独霸。

图片来自谷歌

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因此,半导体,既是一个随时会遭到致命打击一蹶不振的产业,也是一个绝不可能凭一国之力就能做成的大事。从一诞生,它便带着“一个好汉三个帮”的天然属性。

“你觉得中芯国际与台积电之间的差距,仅仅是14nm与5nm的制程代际差距吗?不,是没有最先进的芯片设计公司给他们‘试错’。”

一位有生产经验的晶圆工厂管理者列出了中芯国际面临的三个主要问题:投资、管理,以及到底有多少客户愿意去“试”他们的产线。

“你看台积电为什么越来越强,把别家抛的越来越远。因为台积电的新制程都是靠客户帮他们越调越好的,产线良率当然会‘蹭蹭’往上长。”

就像大厨买了一把新铁锅,一开始肯定不趁手,但越用越熟练,越用越好使。

“像台积电这种代工厂,首先肯定得自己先把这几十道复杂工序跑通,这也是为什么它之前收购了很多芯片设计公司。跑通了它才能拿去卖,但产线一上来可能良率只有20%~30%,这时候怎么办?当然是让英伟达、AMD这种芯片设计公司来帮他调试。

“不同客户设计的芯片肯定千奇百怪,中间一定会产生很多问题。一个一个解决了,那么良率就会有很大提升。”

7nm,有AMD英伟达以及华为的大笔订单帮他们去提升良率与产能;5nm,已经被苹果、华为以及英伟达提前预定。

也就是说,随着这些设计领域的核心玩家,用自己最先进的技术能力帮助台积电调试升级芯片工艺,马太效应与规模经济效应将会在台积电身上加倍呈现。

还记得台积电建立初始阶段,邀请英特尔为自己“挑错误”吗?那便是格外关键的一步。

因此,外界解读中芯国际可以帮华为的低端产品缓解一定压力,其实反过来看,华为也是在“帮”中芯国际向更高的良率和产能冲刺。

这正如台积电的崛起给专业芯片设计产业带来了巨大鼓舞一样,上世纪90年代以后,设计公司与台积电便形成了一种良性循环互动——

得益于90年代中期个人电脑市场巅峰时期对ROM磁盘驱动器、音效调节器等外围设备芯片的庞大需求,硅谷的芯片设计公司如雨后春笋般冒出来,甚至不少创始人就是台湾留学生,譬如可编程芯片公司Lattice、存储技术公司SST、Oak以及控制芯片设计公司Opti等等。

由于这类产品的规格变动迅速,需求量很大,因此需要晶圆代工厂具备更短的交付周期、灵活的服务以及更好的价格,而传统IDM们显然做不到这些。

“为什么台积电与很多创业公司保持着良好的关系,其实是延续了他们对待这类客户的传统,支持和帮助这些企业逐渐壮大,同时这些企业的新技术也可以分享给自己。

我们也希望大陆的晶圆厂与芯片设计公司有如此良好的互动。其实中芯国际现在的14纳米也没那么成熟,需要很多国内的芯片设计公司帮他去推进。反过来中芯国际也肯定会促进中国一大批设计公司的崛起。”

结尾

最近越来越多的人在质疑技术产业是否存在“弯道超车”这个词。

“一方面,别人用几十年累起来的东西,我们不要指望用几年,甚至十年就能赶上,除非对方就停在那里等你。另一方面,这个产业,一开始就是经济全球化的缩影,‘一个都不能少’”。

一位专注于半导体领域的投资人指出,芯片这么复杂的一个供应链,代工企业中国台湾最好,设备荷兰最好,材料是美国和日本最好。万万亿价值的产业链不可能说做就做,说换就换。

但也不可能什么都不做。

“中芯国际距离台积电还有很长的路要走,这是必然的。封装测试,芯片设计环节我们有了不错的公司,但整体还是很弱。

“半导体行业很苦,即便投资再多,整个过程也不可能变的容易。因此,投资领域也需要有跟半导体人一样吃苦的决心。看到问题,解决问题,不要妄自菲薄,但也千万不要学互联网那些浮躁的毛病。”

不要忘记无数半导体历史前辈们为我们验证过的“不可能”:一个技术节点,大象可能被绊倒,而蚍蜉可能因此撼树。

或许就如张忠谋所说,在每一个“技术转折点”出现时,大公司不见得比小公司强,小公司与大公司几乎有均等的机会。

以小搏大,是可能的。

备注:文中部分引用,应采访对象要求进行“匿名”处理。

参考文献:

 1、作者:张忠谋,《1931~1964 张忠谋自传》[M],出版社: 三联书店

  2、作者:约翰·奥顿 ,《半导体的故事》[M],出版社:中国科技大学

  3、作者:谢志峰,陈大明,《芯事》 [M],出版地:上海科学技术出版社

  4、作者:张肇壮 《论台湾筹建中的超大型积体电路工厂》 [J] 选自《微电子学与计算机》1987年6月

  5、作者:胡佑廷 《晶圆代工产业走过繁华与落寞,以技术创新及服务品质续战未来》 [J] ,《Micro-electronics》,2003年07期

  6、作者:刘鲁鱼,余晖,《台湾资讯电子业的成长及其启示》〔N〕,《开放导报》,1999年第2~3期