11 月24 日,,臺灣叱咤全球的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)再進(jìn)入一個新的里程碑,!那就是晶圓代工龍頭臺積電位在南科的3 納米廠正式舉行上梁典禮,。根據(jù)外媒《彭博社》的報導(dǎo)指出,,臺積電的3 納米制程預(yù)計將在2022 年的下半年正式量產(chǎn),。臺積電董事長劉德音也表示,3 納米廠廠房基地面積約為35 公頃,,無塵室面積將超過16 萬平方公尺,,大約是22 座標(biāo)準(zhǔn)足球場大小。而屆時當(dāng)3 納米進(jìn)入量產(chǎn)時,,當(dāng)年產(chǎn)能預(yù)估將超過每年60 萬片12 吋晶圓,,這也將使得臺積電繼續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先地位。
根據(jù)市場研究及調(diào)查機(jī)構(gòu)《IC INSIGHTS》的最新研究數(shù)據(jù)顯示,,2020 年全球前15 大半導(dǎo)體廠當(dāng)中,,臺積電的年?duì)I收可望達(dá)454.2 億美元,,將僅次南韓三星(Samsung)及處理器龍頭英特爾(Intel),居全球第3 大半導(dǎo)體廠,。不過,,相較于三星有記憶體及晶圓制造,英特爾以銷售處理器及其他芯片為主的商業(yè)模式,,臺積電則是其中唯一的純晶圓代工廠,。
另外,根據(jù)TrendForce 旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究院的調(diào)研結(jié)果顯示,,2020 年第3 季臺積電在全球晶圓代工市場的市占率高達(dá)53.9%,,也就是在前10 名的晶圓代工企業(yè)當(dāng)中,其他9 名的總和都沒有臺積電一家多,。而這今日的臺灣之光,,掌握全球半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的重要關(guān)鍵,當(dāng)時是如何建立,?這就得從1974 年在臺北的一場會議中談起,。
推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型促成兩大龍頭
1974 年,當(dāng)時的行政院秘書長費(fèi)驊,,會同包括經(jīng)濟(jì)部長孫運(yùn)璿,、交通部長高玉樹、電信總局局長方賢齊,、工研院院長王兆振與電信研究所所長康寶煌等政府官員,,再加上美國無線電公司( RCA)研究主任潘文淵聚在一起討論如何促進(jìn)臺灣經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型,希望能從原本的紡織業(yè)轉(zhuǎn)而發(fā)展電子業(yè),。討論結(jié)果最后決定,,藉由政府的主導(dǎo)來發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè),由經(jīng)濟(jì)部在工研院底下設(shè)立「電子工業(yè)研究發(fā)展中心」,,也就是后來的工研院電子所,,以電子表使用的芯片為基礎(chǔ),預(yù)計自美國引進(jìn)集成電路技術(shù),。
潘文淵邀集海外華人組成「電子技術(shù)顧問委員會」(TAC),,為工研院擬定技術(shù)合作邀請函,詢問30 多家美國半導(dǎo)體廠商技術(shù)移轉(zhuǎn)的意愿,,最后選定RCA,。當(dāng)時RCA 已經(jīng)在臺灣設(shè)廠生產(chǎn)電子產(chǎn)品,而且愿意代訓(xùn)人才,,并負(fù)有更新技術(shù)之義務(wù),,以及買回所生產(chǎn)出的芯片,因而雀屏中選,。當(dāng)時工研院選派楊丁元,、史欽泰,、章青駒等多人赴美國RCA 工廠培訓(xùn),回臺灣在電子所設(shè)立集成電路示范工廠,,后來這些人均成為臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵人物,。
而電子示范工廠生產(chǎn)的首批電子表電路CD4007 A 的良率為55.7%,但4 個月后便超過RCA 估計的最高良率80%,。此后甚至超越美國的平均良率83%,,而達(dá)到88%,連RCA 都自嘆不如,。后來,,RCA 甚至一度請求工研院將示范工廠或是技術(shù)賣回RCA,但為工研院拒絕,,之后開啟了臺灣集成電路產(chǎn)業(yè)的輝煌世代,。
不過,產(chǎn)品大受歡迎的情況下,,卻產(chǎn)生了另一個問題,,那就示范工廠越來越商業(yè)化,需要擴(kuò)廠的資金需求也越來越高,,而這與工研院身為研究機(jī)構(gòu),,準(zhǔn)備專心第二期集成電路研究計畫產(chǎn)生沖突,因此決定將示范工廠切割出去,,這也就是在1980 年成立衍生公司聯(lián)華電子(聯(lián)電)的由來,。
至于,后來臺積電的成立,,則是工研院電子所「超大型集成電路計畫」的產(chǎn)物,,之后成為繼聯(lián)電后的第2 家衍生公司。如同聯(lián)電一般,,1987 年成立臺積電之際,,時任行政院長俞國華希望民間持股能夠至少有51%,以便確保臺積電成為民營公司,,但是同樣因?yàn)榕_灣企業(yè)家缺乏信心而募資不順,,最后只得尋求外資合作,之后由行政院開發(fā)基金投資48.3%,、荷蘭飛利浦公司投資27.5%,,本地民間資本僅占24.2%,。
英特爾也幫了一把
臺積電創(chuàng)立后,,1988 年董事長張忠謀做了一個關(guān)鍵的決定,那就是透過私人情誼將老朋友Andy Grove(前英特爾創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長)請到臺灣對臺積電展開認(rèn)證,,并爭取為英特爾代工產(chǎn)品,。當(dāng)時,拿到英特爾的認(rèn)證對于臺積電來說至關(guān)重要,,因?yàn)槟玫绞澜缂壍恼J(rèn)證就是對其生產(chǎn)能力最好的背書,,同時也為公司建立起了規(guī)章制度上的國際化標(biāo)準(zhǔn)。
在順利通過英特爾的認(rèn)證之后,,等于為其所擁有的晶圓代工模式打開生意的大門,,使得成立不久的臺積電逐漸步上穩(wěn)健的經(jīng)營軌道,并在1994 年9 月5 日正式在臺灣證券交易所上市,,股票代碼為2330.TW,。之后的1997 年10 月8 日,臺積電海外存托憑證又在紐約證券交易所上市,,股票代碼為TSM.N,。
而隨著臺積電后來在晶圓代工領(lǐng)域驚人的成功,尤其是在營業(yè)額屢創(chuàng)新高之際,,依舊維持將近50% 的毛利率,,臺灣及世界各地的半導(dǎo)體設(shè)計公司因此大幅增加,加速了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,。之后,,許多企業(yè)爭相模仿,首先是新加坡的特許半導(dǎo)體(Chartered Semiconductor)也以純晶圓代工模式與臺積電競爭,,此外,,南韓三星、日本的富士重工,、川崎鋼鐵、神戶鋼鐵與山葉以及美國的英特爾等公司,,也在自身業(yè)務(wù)外投入晶圓代工產(chǎn)業(yè)。
面對晶圓代工市場的百花齊放,,此時的臺積電仍依照自己既定的步伐邁進(jìn),。1999 年,,臺積電領(lǐng)先業(yè)界推出可商業(yè)量產(chǎn)的0.18 微米銅制程制造服務(wù),。2001 年,臺積電推出業(yè)界第一套參考設(shè)計流程(Reference DesignFlow),,協(xié)助開發(fā)0.25 微米及0.18 微米的客戶降低設(shè)計障礙,,以達(dá)到快速量產(chǎn)之目標(biāo)。2005 年,,領(lǐng)先業(yè)界成功試產(chǎn)65 納米制程芯片,。同年6 月,張忠謀辭去臺積電執(zhí)行職務(wù),,將棒子移交給其一手培養(yǎng)起來的接班人蔡力行,自己則僅擔(dān)任董事長的職務(wù),。
世代交替幾經(jīng)波折
不過,,世代輪替后的臺積電并沒有因此而一帆風(fēng)順。首先是2008 年全球金融海嘯沖擊,,使得2009 年?duì)I收較2008 年下滑了11.2%,,而且還因?yàn)閯谫Y爭議事件鬧的滿城風(fēng)雨。再加上當(dāng)時臺積電正在積極開發(fā)的40 納米制程遇上瓶頸,,這些因素都讓公司營運(yùn)面臨虧損的危機(jī),。
2009 年6 月,在卸任4 年之后,,張忠謀以78 歲高齡,,重新回鍋擔(dān)任臺積電執(zhí)行長職務(wù),透過一系列的危機(jī)處理,,使臺積電的營運(yùn)重回正軌。而其中之一的關(guān)鍵,,就是繼40 納米制程之后的28 納米制程,,臺積電決定采用與英特爾相同的Gate-last 架構(gòu),放棄IBM 的Gate-First 架構(gòu),,使得當(dāng)時同樣在開發(fā)28 納米制程的競爭對手聯(lián)電,、三星、格羅方德都還持續(xù)在研發(fā)卡關(guān)的時刻,,臺積電能在2011 年正式量產(chǎn)28 納米制程,。
28 納米制程搶先成關(guān)鍵
有人稱28 納米制程為幫助臺積電后來全面脫胎換骨的關(guān)鍵,現(xiàn)在看來一點(diǎn)都不為過,。原因在于當(dāng)其他競爭對手都還持續(xù)在與28 納米制程技術(shù)奮斗之際,,臺積電率先推出28 納米制程芯片,使得制程技術(shù)和臺積電落差無法縮小落差的情況下,,只能在65 及40 納米的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上彼此削價競爭,。使得當(dāng)初以高階芯片為主的IC 設(shè)計公司在選擇代工廠之際,可說除了臺積電以外,,就沒有第二選擇,,也因此使得臺積電在28 納米節(jié)點(diǎn)上的優(yōu)勢維持了數(shù)年之久,而該制程亦可說是歷年來對臺積電營收貢獻(xiàn)最大的制程之一,這也使得臺積電之后進(jìn)一步拉大與其他競爭對手差距,,成為持續(xù)穩(wěn)坐晶圓代工龍頭的最大助力。
2013 年,,臺積電挾28 納米制程的技術(shù)與市場優(yōu)勢,,推出半節(jié)點(diǎn)升級的20 納米制程,只是,,20 納米為28 納米制程所改良而來,,在芯片面積微縮及功耗提升有限的情況下,較知名的除了蘋果的A8 處理器外,,正式采用的客戶并不多,,未能延續(xù)臺積電在28 納米制程上的優(yōu)勢,使得這時的臺積電開始將期望放在下一個全節(jié)點(diǎn)提升的16納米制程發(fā)展上,。
被迫與三星分單反突顯優(yōu)勢
2014 年,,臺積電推出在20 納米制程基礎(chǔ)上加入FinFET 技術(shù)而成16 納米制程,并且取得使用于搭載于蘋果iPhone 6s 和iPhone 6s+ 智慧型手機(jī)上A9 處理器的部分訂單,。當(dāng)時,,臺積電的競爭對手南韓三星,因?yàn)樵?8 納米制程上始終無法突破臺積電的優(yōu)勢之后,,就將發(fā)展目標(biāo)進(jìn)一步跳過20 納米制程,,放置到更先進(jìn)的14 納米制程上,并且找來前臺積電負(fù)責(zé)研發(fā)的梁孟松進(jìn)行技術(shù)指點(diǎn),,之后領(lǐng)先臺積電的16 納米制程,,率先推出14 納米制程,后來還與先前持續(xù)在制程上領(lǐng)先臺積電共享蘋果A9 處理器訂單,。
當(dāng)時,,蘋果采取了使用雙供應(yīng)商的策略,同樣的芯片設(shè)計分別由三星電子和臺積電完成晶圓代工,。三星生產(chǎn)的芯片代號為APL0898,,使用14 納米制程制造,面積為96 平方公厘,;而臺積電生產(chǎn)的芯片代號為APL1022,,使用了16 納米制程制造,面積為104.5 平方公厘,。雖然略有區(qū)別,,但是蘋果宣稱性能并無顯著區(qū)別。
之后,,2015 年10 月,,市場卻傳出,根據(jù)測試程式的結(jié)果,搭載三星代工芯片的iPhone 續(xù)航能力,,較搭載臺積電代工芯片的iPhone 更低的情況,,一系列報導(dǎo)引起了消費(fèi)者熱議。雖然,,這消息為蘋果及三星所否認(rèn),。但是自A9 系列處理器之后,蘋果自A10 系列處理器開始,,直到近期最新的A14 系列處理器,,蘋果就再也沒有讓三星進(jìn)行代工,可以想像這次事件影響的巨大,。
制程優(yōu)勢一路領(lǐng)先
雖然臺積電與三星在16 及14 納米制程上仍在激烈競爭,,但當(dāng)時的臺積電已經(jīng)開始著手新一代10 納米制程的開發(fā),而這其中還加入臺積電后來關(guān)鍵的致勝武器──InFO 扇出型晶圓級封裝技術(shù),,并在2016 年正式推出,。事實(shí)上,扇出型晶圓級封裝技術(shù)早在2010 年就已經(jīng)被英特爾研發(fā)出來,,最初用在英特爾的行動解決方案上,,但可惜的是,英特爾并未堅(jiān)持下去,,反而臺積電接手該技術(shù)的研發(fā),,并推出完全版的InFO 封裝技術(shù)。而該封裝技術(shù)的最大好處就是降低成本,、加快芯片制造周期,,在制程良率達(dá)到最佳水平時效率尤其明顯。
隨著10 納米制程之后,,臺積電緊接著迎接個位數(shù)納米制程的來臨,。臺積電的第1 代7 納米制程于2017 年4 月開始開始大規(guī)模投產(chǎn),相較于上一代的10 納米FinFET 制程技術(shù),,臺積電的7 納米制程技術(shù)在邏輯閘密度提高1.6 倍,,運(yùn)算速度增快約20%,功耗降低約40%,。至于,,第二代的7 納米(N7+)制程技術(shù),在采用了及紫外光曝光技術(shù)(EUV) 之后,,則于2018 年8 月開始試產(chǎn),。
而臺積電也曾表示,自2020 年7 月份終于生產(chǎn)出了第10 億個7 納米制程芯片之后,,換句話說,,7 納米制程自投產(chǎn)開始,到生產(chǎn)出第10 億個芯片僅花費(fèi)27 個月的時間,在平均每個月生產(chǎn)出3,700 萬片7 納米芯片的情況下,,使得該制程較過去的其他制程都要更快達(dá)到其量產(chǎn)規(guī)模,。另外,目前采用7 納米制程的客戶有數(shù)十家,,其所生產(chǎn)的產(chǎn)品搭載在100 多種的產(chǎn)品上,,而如果將這10 億個內(nèi)含數(shù)十億個電機(jī)體的7 納米芯片鋪平,則足以覆蓋13 個紐約曼哈頓,。
緊接著7 納米制程的發(fā)展,2020 年臺積電的5 納米制程也進(jìn)入正式的量產(chǎn)階段,。而根據(jù)臺積電公布的資料顯示,,5 納米制程將會是臺積電的再一個重要制程節(jié)點(diǎn),其中將分為N5,、N5P 兩個版本,。N5 相較于前一個節(jié)點(diǎn)的N7 的7 納米制程性能要再提升15%、功耗降低30%,。而更先進(jìn)的N5P 則將在N5 的基礎(chǔ)上再將性能提升7%,、功耗降低15%,而N5P 制程技術(shù)則預(yù)計于2021 年正式量產(chǎn),。
回顧歷程,,臺積電在1987 年成立時由1 座6 吋廠開始,如今已經(jīng)發(fā)展成擁有4 座12 吋超大晶圓廠,、4 座8 吋晶圓廠和1 座6 吋晶圓廠,,并擁有一家百分之百持有之海外子公司──臺積電(南京)有限公司之12 吋晶圓廠,及2 家百分之百持有之海外子公司──WaferTech 美國子公司,、臺積電(中國)有限公司之8 吋晶圓廠,,再加上4 座后段封測廠的跨國性大型半導(dǎo)體公司。
截至2019 年為止,,臺積電也提供最廣泛的先進(jìn)制程,、特殊制程及先進(jìn)封裝等272 種制程技術(shù),為499 個客戶生產(chǎn)1 萬761 種不同產(chǎn)品,。而2020 年前3 季也繳出,,收達(dá)新臺幣9,777.22 億元,較2019 年同期增加29.9%,,毛利率52.8%,,較2019 年同期增加8.5 個百分點(diǎn),稅后純益3,751.19 億元,,較2019 年同期增加63.6%,,每股EPS 為14.47 元的亮麗成績。緊接著,隨著南科3 納米廠的逐步完工,,預(yù)計臺積電未來還將持續(xù)發(fā)展,,其將能為者個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來什么樣的改變,也讓大家持續(xù)期待,。