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科技 作者:夏宇 2020-08-31 19:29
[亿欧导读]

“先进技术、卓越制造、客户关系”三大核心竞争力,使台积电成为华为扼喉之手。

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题图来自“收费图库”

在英特尔宣布将部分高端芯片生产业务外包给台积电后,彭博社悲观地表示:英特尔乃至美国主导半导体的时代画下句点,这个行业的风向标自此转移到了台积电。

随着台积电于2004年提出发展“先进技术、卓越制造、客户关系”三位一体的竞争优势,其便一路走向了半导体行业的顶峰。而这三大核心竞争力,也正是其成为华为扼喉之手的原因

先进技术上,台积电在芯片制程竞赛中已走入无人区很久。

当英特尔在其14nm和10nm后加上一个又一个加号时,台积电的进展却极为顺利:2017年量产10nm,2018年量产7nm,2020年量产5nm,3nm计划在2021年上市,甚至2nm的研制都已获得重大突破。

哪怕考虑到英特尔对于制程的命名更加保守(其10nm水平甚至好于台积电7nm),英特尔自己也不得不承认在制程上落后台积电至少2年。

图1. 主流芯片制造厂家制程变化

要了解何为制程优势,需大概知道芯片的工作原理。

简单来说,芯片可被理解为无数个小“开关”的集合,而“开关”的开合则对应着二进制中的1和0,配合一些“开关”组合构成的逻辑处理部件,进而形成了整体计算能力。

这里的“开关”即晶体管,而电流流经与否对应着其开与关,制程则是每个晶体管内电流流经的距离。更小的制程表示更短的电子运动距离,即晶体管更短的反应时间、更细微的发热以及更小的面积,从而理论上增加单片芯片上的晶体管密度,进一步提升性能。

图2. 晶体管结构图

随着制程的不断降低,摩尔定律失效,每一代制程进步的付出变得愈发巨大。

20nm制程的突破改变了使用数十年的MOSFET结构,引入新结构FinFET。

7nm制程的量产得益于投资了50多亿欧元开发,逾一亿美元一台的全新EUV光刻机。

3nm以下的制程又将引入另一种新型晶体管结构GAA…… 

如今每一点制程的进步都仰仗一次更大的技术革新,其背后则是几何增长的人力与财力资源。在这个赢者通吃的市场,台积电制程优势的高墙越发高耸。

如果说技术上的优势是台积电光鲜的肌肉,极强的制造能力则是其制胜的内功。

当前5nm制程高墙内其实有三星和台积电两家,但台积电拿下了今年几乎所有的5nm订单,甚至从高通手中抢下了三星本已吃下的部分,依靠的便是其远超对手的产能与良率。

动态调配生产线的引入使得台积电的产能利用率可以达到110~120%,完善的内部管理制度和多年生产经验的累积让台积电一条成熟产品线的良率可以达到95~98% …… 

这些相对不显眼的优势保障了产能并大大降低了成本,也才让台积电这样一家代工厂能够吃下市场上最多的订单,并常年保持50%左右的利润率。

三位一体的最后一点是客户关系,于2002年被张忠谋亲手提升到愿景高度的战略,构成了台积电最难复刻的核心竞争力。

台积电成立之初,张忠谋利用个人关系承接了部分英特尔芯片订单,但初期良率极低。为提升良率,台积电邀请英特尔技术团队来台积电工厂,帮忙解决了200多个技术问题,让良率有了质的飞跃。

这种跳脱传统供应链上下游关系,在产业内形成相互依赖的战略伙伴特质,也延续下来成为了台积电的核心竞争力之一。

一方面,台积电依靠其领先的制程技术为下游客户提供整合性服务,从制造商角度支援芯片的设计;此外还向上游延伸,协助EDA(Electronic Design Automation)厂家、光刻机厂家开发产品。

另一方面,下游厂商与台积电共担风险进行流片,帮助其试错以提升良率。

这种伙伴关系为双方都带来了很多实在的优势。

ASML在台积电全力协助下研制出7nm EUV光刻机,台积电则获得了ASML 2018年29台光刻机产能中的18台(中芯国际仅有1台);

苹果与华为帮助台积电共担3亿元5nm芯片流片成本,台积电也优先将5nm产能供给这两家。

在与上下游企业的共进退中,台积电付出了时间去陪伴成长,融入生态,又塑造了生态,从而形成一条极难逾越的护城河。

台积电的出现推进了半导体行业分工合作、各司其职的模式,大大降低了芯片制造这一典型的资源密集、技术密集、人才密集型产业的准入门槛,搅动了市场,激发了创新,也为中国芯片厂商的发展创造出了难得的空间。

而华为海思是如何抓住了这一机遇,成为手机芯片行业的一股重要力量,则会在下篇文章中阐述。

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