连美国脖子都能卡的台积电,到底是怎样炼成的?(台积电卡脖子)

数码 | 2022-08-12 09:25:09| 51
连美国脖子都能卡的台积电,到底是怎样炼成的?(台积电卡脖子)

上周,佩洛西的行程牵动了无数人的神经。

现在我们或许知道了她此行的目的之一。

配合美国众议院新通过的《 芯片与科学 》法案来拉扯台积电。

昨天,拜登签署正式通过了这道法案,结果芯片业股价今天一路跌。。。

不过差评君今天想聊聊这件事里的另外一个主角,台积电。

说实话,自打华为被制裁以来,台积电这家代工厂可以说是从台前走到幕后,频频出现在我们普罗大众的视野里。

这几年凡是设计芯片制造的消息,多多少少都和它有关。

平时稳坐钓鱼台的美国都为此亲自下场过好几回,比如希望台积电快点去美国的亚利桑那州建厂,别成天浑水摸鱼打哈哈。

其实道理咱们也懂,尽管美国在芯片设计领域,占据了全球市场份额的 70%。

但是美国本土的芯片制造水平这几年可谓是一落千丈,从 1990 年的 37%,一口气跌到了 2020 年的 12%。

光是台积电一家的芯片代工营收,在 2022 年的 Q1 季度就占到了全球市场的 53%,属实是晶圆代工行业的半壁江山了。

换句话说,如果没有台积电的代工,美国的芯片行业就两眼一黑,什么苹果, AMD。。。

设计出来的芯片,都只是能设计出来的空气而已。

所以。。。这家在芯片制造上,能同时卡住华为和美国的台湾公司,到底是怎么做到如今这个规模的?

在这三十多年里,又发生哪那些风风雨雨?

要回答这个问题,我们得先明白为什么芯片行业,会在中国台湾生根发芽?

拨开时间,往回 40 年,日本,输掉了一场半导体战争。

如今我们耳熟能详的 Intel, AMD,在那之前,都曾是日本的手下败将,被打的丢盔弃甲。

intel 濒临破产,被迫裁掉数千名员工,最后无奈转型,退出当时主流的 DRAM 市场。

半导体行业的 “ 祖师爷 ” 仙童半导体还差点被日本富士通给收购掉。

当年的美国比现在还慌,绞尽脑汁想出了一个 “ 日本半导体行业太发达会影响我们的国家安全 ” 的理由。

把自己的盟友日本乱拳打了一顿。

你说这理由。。。怎么感觉听起来这么耳熟呢。

从通过立法认定日本半导体行业倾销,到推动设立全球化分工的半导体行业来瓜分日本市场。

美国这顿操作下来,日本的半导体行业不能立马说一落千丈吧,但至少起飞的后劲算是给按住了。

《尔必达到底是什么》

但日本被锤了,芯片也不能没人造吧。

毕竟那个年代的芯片制造业还可还没有如今那么无人化,除了最新最酷的设备以外,劳动力也是必不可少的一环。

而美国的人工费有多贵。。。大家心里都有数。

所以对美国来说,他们需要成熟,高精的芯片产品。

还需要便宜的人工力量。

于是在打掉日本 “ 闭门造车 ” 的半导体生产环境之后,美国需要划分新的半导体供应链。

自己牢牢把握附加值最高的芯片设计。

而附加值相对较低的生产方面,则是打散后交给日本,韩国,中国台湾等亚洲国家和地区来分。

这样分散开来,就算任意一个 “ 小弟 ” 获得了技术突破,也别想和之前的日本一样有全产业链,能对美国的 “ 国家安全 ” 产生威胁。

而台积电,就是在这个环境下成长起来的。

在三国有一句话,“ 生子当如孙仲谋 ”。

在台湾,大家更喜欢这样说 —— “ 生子当如张忠谋 ”。

张忠谋,就是台积电能 “ 做起来 ” 的关键人物之一。

1931 年 7 月,张忠谋出生在浙江宁波,幼年因为战乱辗转过南京,广州,香港等地。

看着好像是平平无奇。

但是当他成年后,先是跑去哈佛读大学,然后读到一半,跑到隔壁麻省理工读了硕士。

在工作了一段时间后,还去斯坦福读了博士。

直接刷齐了三大名校的成就。。。

不过这也不是张忠谋想折腾。

当时他考麻省理工的博士失败了两次,按当年的规定没法继续申请博士了,只能先就业为好。

当然,MIT 的硕士也不会愁着找工作,毕业后的张忠谋很顺利的收到了福特汽车和一家叫 Sylva-nia 的半导体公司的 offer。

福特自然是优先选择,毕竟是个汽车行业的老牌大公司,而且他在学校里学的专业也和半导体没啥关系,这看起来怎么这也得是个金饭碗。

但是,福特开出来的工资比 Sylva-nia 少了一美元。

当时张忠谋就觉得,薪资这件事,是不是可以和福特再争取一下,毕竟就差了一美元。

结果到了和福特 HR 沟通的时候,他发现事情没有自己想象的这么简单。。。

福特不想多给这个 1 美元。

就这样阴差阳错的,张忠谋被福特的 HR 气的不轻,最后还是去了 Sylva-nia,投身于半导体行业。

谁也没想到当年福特没给的这一美元,在几十年后撬动了数百亿美元的半导体市场。

当然,刚毕业的张忠谋距离这个数字还有些距离。

在半导体行业摸爬滚打数年之后,他于 1958 年入职德州仪器,成为该公司的第一个中国员工,在工作一段时候后还抽空去斯坦福读了个博。

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从 1972 年起他就开始担任德州仪器的副总裁,最后一路干成三把手。

年过半百,家庭和睦,事业。。。顺利?

本以为这是个安享天年的时刻,但此时德州仪器却准备向消费电子领域转型

而张忠谋则更加看重半导体行业未来的发展。

张忠谋自述 ▼

最后的结果,是两者矛盾渐生,最终在 1983 年,张忠谋离开了他呆了 25 年的 IT。

先是去了通用仪器,然后很快离开去了台湾。

而此时正好是 1986 年,随着《 美日半导体协议 》签订,日本半导体行业遭到影响。

张忠谋的到来对台湾半导体来说可以是最合适的时刻。

1987 年,在台湾工研院的帮助和荷兰飞利浦的投资下,张忠谋担任台积电董事长兼 CEO。

在那个年代,半导体巨头没有如今的 IDM ( 全部自己做 ) Fabless ( 不负责制造,只负责设计 ) 和 Foundry ( 不设计,只负责制造 ) 之分,绝大部分半导体公司都是兼任芯片设计芯片制造两个维度的,全部自己包办。

出于保护商业机密原因,自己设计的芯片要自己造。

刚刚成立的台积电和全球所有的半导体公司都不一样。

它只负责晶圆代工生产,而不去做晶元设计。

也就是如今 Foundry 的原型。

张忠谋自述 ▼

集中一点,才能后来居上。

站在如今的角度回看,不得不佩服当年张忠谋的眼光毒辣。

这样选择一方面是降低了芯片设计厂商之间的内耗。

过去大家为了保密自家做出来的芯片方案,都得藏着掖着不给别人设计,只能自建产线生产。

但现在不一样了,台积电只是一个 " 与世无争 " 的晶圆代工厂,不涉及芯片设计,大家都可以把最新的芯片设计交给我代工,不用担心泄密。

另一方面则是降低了芯片设计的准入门槛。

后续入场的新玩家,不用花重金用于研究芯片制造,只要能设计就行,制造方面的问题都可以交给台积电。

再加上张忠谋的私人交情,拉来了刚上任英特尔 CEO 的安迪 · 格鲁夫来做工艺改良,提升了 200 多道工艺工序。

在张忠谋所带来的方向,精进的工艺指导下。

很快,台积电在 1990 年的营收就超过了 10 亿美元,到了 1997 年更是实现了 5.35 亿美元的盈利

这家新成立的公司虽然遍历风雨,但至少是活了下来。

如果说台积电能 “ 活下来 ”,要多亏了张忠谋一把屎一把尿地拉扯大。

那让它 “ 活的壮 ”,活的和其它代工厂不一样的原因,就离不开它技术上的独特性

毕竟人情拉来的订单只是一时的。

台积电能在正确的时间,做出合适的技术。

而合适的技术,又能找到最适合的客户。

2001 年,台积电率先研发出 0.13 微米的铜介质技术,通过用铜替代铝,获得了更高的芯片性能。

而在台积电发布的时候,友商们还在和 IBM 联手研发如何用铜来做介质的过程中。

借助这次 0.13 微米工艺的胜仗,台积电直接拿到了 55 亿新台币的订单,成功超过了老对手联电。

在这一战之后,台积电可以说是彻底站住了脚跟,通过铜制程技术奠定了行业领先的地位。

这样的战役,在台积电数十年的历史中,还不只发生过一次。

2003 年,台积电和 ASML 联手,一起研制出了 “ 浸润式光刻 ” 技术。在当年给摩尔定律续命。

在这之前,行业内采用的都是干式光刻机,通过波长为 193nm 的光线来对芯片进行光刻。

为了提高制程,按道理来说下一步该用 157nm 波长的光线,但偏偏这个波长的光线特别特别有问题。。。容易被氧气给吸收,导致光刻效果不如预期。

当年的光刻机巨头可不是 ASML ,而是尼康和佳能这些日本 “ 遗老 ”。

以这两家为首的公司花费巨资在研究 157nm 的干式光刻机上,准备在前代的基础上再优化优化。

另一批以英特尔为首的公司则是准备激进的押注极紫外光,直接把 157nm 给一步快进到几十纳米。

也就是我们现在熟悉的 EUV 光刻机上。

英特尔这个想法,在近 20 年后实现了

但台积电此时则是出了个鬼才林本坚,他和 ASML 一起,选择用水来替代空气做介质。。。

水会影响光的波长,而 193nm 波长的光通过水的折射,正好变成了 132nm,直接跳过了最麻烦的 157nm。

以大大领先友商的进度,台积电和 ASML 很快就发布了最新的光刻机。良率,产量都高于预期。

在那之后,所有研究的晶圆厂商都开始选择 ASML 的浸润式光刻机。

而尼康和佳能死磕 157nm 却一直没有得到突破。

等尼康和佳能总算反应过来的时候,已经落后台积电两三年内的技术了。

一步错,步步错。

前瞻产业研究院整理 ▼

日本的半导体行业可能是被美国杀死的,但把它埋葬的 “ 人 ” 里一定有台积电。

而也正是这些交情,让台积电在未来数年里一直和 ASML 保持着深度的合作友谊。

ASML 也从岌岌无名的小厂一跃而起,掀起了全球半导体行业风云。

通过这次机会,台积电牢牢地把握住了晶圆研发的最重要武器之一 —— 光刻机。

2009 年,受到金融危机的影响,台积电有过短暂的低潮期,元老张忠谋再度出山。

78 岁的他眼光狠辣不减当年,选择押注未来手机市场的潜力,集中公司的力量开始研究 28nm 工艺。

个中曲折不自多说,但是最终的结局和数年前的 0.13 微米一样,台积电再次在这个领域大获全胜。

台积电选择的后闸级方案成功超过三星的方案,在 2011 年 10 月宣布成功量产 28 nm 制程。

而且,得益于苹果和三星在手机市场的竞争关系。。。

苹果三星抄袭门 ▼

苹果急需新的手机芯片代工厂,于是也找到台积电搭上了关系。

在 2014 年台积电开始插手三星的领域,开始代工苹果的 A8 芯片,A9 和三星共分苹果订单。。。

再往后的时间里,台积电和苹果是越走越近,A10,A12,到我们最近耳熟能详的A15,M1,M2,都是交给台积电代工。

讲到这里,故事中的台积电,已经和我们印象中的那个台积电越来越接近了。

其实这两年,大家对台积电的印象可能还是来自美国对华为的制裁。

麒麟 9000 成为绝唱,华为直接被掐了脖子。

但其实被台积电恰了脖子的,又何止一个华为。

就连美国自己,在制裁天,制裁地之后回过神来,现在能依靠的先进制程厂,只有一个台积电了。

三星 3nm 5nm 良率废拉不堪,英特尔工艺还行,但是它自己兼容芯片制造和设计,又容易和其它厂家形成竞争关系。

于是才有了美国三番五次的 “ 骚扰 ” 台积电,希望它早点在美国建个厂,想要把产量给 “ 转移回去 ”,把这个卡在自己脖子上的手给挪开。

前段时间众议院通过《 芯片与科学法案 》,佩洛西冒天下之大不讳跑台湾,都是为了这件事。

这个在技术上领先世界的公司,再次遇到了来自技术之外的剥削了

就是不知道这一次,台积电将准备如何应对。

撰文:小陈 编辑:面线 美编:焕妍

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