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新挑战者中芯国际能否动摇台积电霸主地位?

作者: 时间:2016-12-28 来源:半导体行业观察 收藏
编者按:由于摩尔定律逼近极限,让过去仰赖在制程上甩脱对手一个世代、降低成本绑住订单,借以维持高毛利的作法将日益困难,因此未来朝向能管控成本的规模化,将成为未来晶圆代工厂竖立竞争力的方向。

  相较之下,用自己的资金自行建造工厂,不但让国际大厂愿意将先进制程交由代工而不用担心其商业机密被盗取、更能充分发挥产线产能。

本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/201612/342141.htm

  不过真正让曹兴诚砸掉整个宏图霸业、从此联电再也追赶不上的分水岭,还在于1997年的一场大火,与2000年联电与IBM的合作失败。

  我们在前述中提到,联电的每个晶圆厂都是独立的公司,「联瑞」就是当时联电的另一个新的八吋厂。在建厂完后的两年多后,1997年的八月开始试产,第二个月产就冲到了三万多片。该年10月,联电总经理方以充满企图心的口吻表示:「联电在两年内一定干掉台积电!」不料两日后,一把人为疏失的大火烧掉了联瑞厂房。火灾不仅毁掉了百亿厂房,也让联瑞原本可以为联电赚到的二十亿元营收泡汤,更错失半导体景气高峰期、订单与客户大幅流失,是历史上台湾企业火灾损失最严重的一次,也重创了产险业者、赔了100多亿,才让台湾科技厂房与产险业者兴起风险控制与预防的意识,此为后话不提。

  在求新求快的半导体产业,只要晚别人一步将技术研发出来、就是晚一步量产将价格压低,可以说时间就是竞争力。在联瑞被烧掉的那时刻,几乎了确定联电再也无法追上台积电。

  2000 年与IBM的合作,对联电来说又是一次重击,却是台积电翻身的关键。

  随着半导体元件越来越小、导线层数急遽增加,使金属连线线宽缩小,导体连线系统中的电阻及电容所造成的电阻/电容时间延迟(RC Time Delay),严重的影响了整体电路的操作速度。要解决这个问题有二种方法──一是采用低电阻的铜当导线材料;从前的半导体制程采用铝,铜的电阻比铝还低三倍。二是选用Low-K Dielectric (低介电质绝缘)作为介电层之材料。在制程上,电容与电阻决定了技术。

  当时的IBM发表了铜制程与Low-K材料的0.13微米新技术,找上台积电和联电兜售。该时台湾半导体还没有用铜制程的经验,台积电回去考量后,决定回绝IBM、自行研发铜制程技术;联电则选择向IBM买下技术合作开发。然而IBM的技术强项只限于实验室,在制造上良率过低、达不到量产。到了2003 年,台积电0.13 微米自主制程技术惊艳亮相,客户订单营业额将近55亿元,联电则约为15亿元。再一次,两者先进制程差异拉大,台积电一路跃升为晶圆代工的霸主,一家独秀。

  Nvidia 执行长兼总裁黄仁勋说:「0.13微米改造了台积电。」

  现在的联电在最高端制程并未领先,策略上专注于12 吋晶圆的40以下纳米、尤其28纳米,和8吋晶圆成熟制程。除了电脑和手机外,如通讯和车用电子芯片,几乎都采用成熟制程以控制良率、及提供完善的IC给予客户。联电积极利用策略性投资布局多样芯片应用,例如网路通讯、影像显示、PC等领域,针对较小型IC设计业者提供多元化的解决方案,可是说是做台积电不想做的利基市场。


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  台积电的28纳米制程早在2011年第4季即导入量产。反观联电28纳米制程迟至2014年第2季才量产,足足落后台积电长达2年半时间。在28纳米的基础上联电仍得和台积电竞争客户,故在28纳米需求疲软时台积电仍能受惠于先进制程、而联电将面临不景气的困境。近来竞争趋烈,中芯也已在2015 年下半量产28 纳米,故联电计画跳过20纳米,原因在于20纳米制程在半导体上有其物理局限,可说是下一个节点的过渡制程,效果在于降低功耗,效能上突破不大,因此下一个决胜节点会是16/14纳米制程。

  联电预计在2017年上半年开始商用生产14纳米FinFET芯片,以赶上台积电与三星,然而在随着制程越趋先进,所需投入的资本及研发难度越大,联电无法累积足够的自有资本,形成研发的正向循环,未来将以共同技术开发、授权及策略联盟的方式来弥补技术上的缺口。

  二、最大的威胁者——三星


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  由李秉喆创立的韩国三星集团是世界上最大的一家由家族控制的商业帝国,早期出口干鱼、蔬菜、水果到中国东北去。1970年代生产洗衣机、冰箱、电视机等家电, 1980年代开始引进美国先进技术并和韩国半导体公司完成合并,家电、电信与半导体成为三星电子的核心业务。

  三星的晶圆代工事业的发展之所以能成功,苹果可以说是一股最主要的助力。三星是动态随机存取记忆体(DRAM)和快闪记忆体(NAND)的领导厂商,全球市占率达15.5%。故其始终掌握着iPhone的记忆体关键零组件,比如iPhone 4使用的快闪记忆体芯片来自三星、iPad显示器也是由三星生产。

  再加上三星的电子产品,使用的是自家生产的处理器、如Exynos猎户座;为了获得苹果的资源发展晶圆产业、同时不让自己的产能过剩(若处理器仅用在三星自身产品上会有多余产能),其晶圆代工几乎是用成本价吃掉苹果单、记忆体打包一起折扣卖,来帮自己的晶圆代工练兵。


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  从iPhone的第一代芯片开始,苹果一直向三星采购ARM架构的芯片。2010年苹果自主研发的A4芯片被搭载在iPad上正式发表、随后又搭载在iPhone 4中。A4处理器虽出自苹果,三星自家发表的S5PC100处理器和A4芯片上采用的内核一模一样,两款芯片的电路设计上可以说是同一批人马。后续的A5、A6、A7也都是三星生产。

  不过苹果和三星在代工处理上的关系,直到三星在Android智慧型手机与苹果的iOS开始起了摩擦。2011年苹果正式起诉三星GALAXY系列产品抄袭iPhone和iPad、三星又反起诉苹果侵犯其10项技术专利,苹果与三星的专利诉讼战几乎遍及全世界。

  台积电之所以一直没办法获得苹果订单,是由于台积电报价强硬,而苹果迫使台积电接受与三星同样的成本价、另一方面是当时台积电厂房产能已经满载,无法接下苹果如此大量的订单。后来苹果因与三星争讼、力行「去三星化」政策,且三星在20纳米制程的良率无法突破,最后只用来生产自家Exynos 5430(用在GALAXY A8)与Exynos 5433(用在GALAXY Note 4);台积电20纳米制程领先三星,同时台积电已经将产能扩张完毕,最后才由台积电首度拿下iPhone 6的A8处理器全部订单。从另一方面而言,此举也是苹果试着掌握议价权的策略──苹果乐于见到两家代工厂的竞争,让价格成了比拼芯片效能外的最佳筹码。

  三星原先还在苦恼20纳米制程的良率问题,忽然间竟直接杀到14纳米制程了。造成这个惊人转变的关键因素,在于台积电内部所发生的泄密问题。

  梁孟松是加州大学柏克莱分校电机博士,毕业后曾在美商超微(AMD)工作几年,在1992年返台加入台积电。台积电在2003年击败IBM、一举扬名全球的0.13微米铜制程一役,其中便有他的功绩。

  2009年,梁孟松因研发副总升迁不上的问题、愤而离开研发部门,带走了自己的一组人马投奔南韩。接下来的几年,三星的制程突然研发快速进步,从48、32、28纳米的间隔时间急遽缩短,且三星的电晶体制程与台积电的差异快速减少。合理来说,三星的技术源自于IBM,其电晶体应是圆盘U状,而非台积电所独有的棱形结构特征,但到了14纳米制程,在结构上几乎已经与台积电无异,据台积电委托外部专家所制作的对比分析报告指出,若单从结构上来看,已经无法分辨两种晶圆是来自于台积电或是三星所制造,几乎可以断定是擅长FinFET技术的梁孟松将营业秘密泄露给了三星。

  2014年5月,法院判定梁孟松直至2015年12月31日前不得进入南韩三星工作。台湾法院从未限制企业高阶主管在竞业禁止期限结束之后,还不能到竞争对手公司工作,可以说是个历史性的判决。



关键词: 中芯国际 台积电

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