连美国的脖子都能卡!台积电到底是怎样炼成的?

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  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……

  来源:每日财经新闻▼

  

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  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。

  

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  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?

  

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  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。

  

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  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。

  

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  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》▼

  

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  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。

  

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  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。

  

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  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 ”。

  

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  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……

  

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  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。

  

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  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 ▼

  

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  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。

  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。

  

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  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和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。

  

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  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,而不去做晶圆设计,也就是如今 Foundry 的原型。

  张忠谋自述 ▼

  

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  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。

  

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  这家新成立的公司虽然遍历风雨,但至少是活了下来。

  

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  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。

  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。

  

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  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。

  

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  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▼

  

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  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。

  

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  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 ▼

  

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  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。

  

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  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。

  

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  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 ▼

  

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  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……

  

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  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。

  

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  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。

  

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  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。

  

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  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。

  

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  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。

  

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  就是不知道这一次,台积电将准备如何应对。


标签: 台积电 芯片 代工厂 美国

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