台灣半导體產業再進入一個新的里程碑

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台灣叱咤全球的半导體產業再進入一個新的里程碑！那就是晶圆代工龙头台积電位在南科的3 纳米廠正式举行上梁典礼。根据外媒《彭博社》的报导指出，台积電的3 纳米制程预计将在2022 年的下半年正式量產。台积電董事长刘德音也表示，3 纳米廠廠房基地面积约為35 公顷，無尘室面积将超過16 万平方公尺，大约是22 座标准足球場大小。而届时當3 纳米進入量產时，當年產能预估将超過每年60 万片12 吋晶圆，這也将使得台积電继续保持技術领先地位。

根据市場研究及调查機構《IC INSIGHTS》的最新研究数据显示，2020 年全球前15 大半导體廠當中，台积電的年营收可望达454.2 亿美元，将仅次南韩三星（Samsung）及处理器龙头英特尔（Intel），居全球第3 大半导體廠。不過，相较于三星有记忆體及晶圆制造，英特尔以销售处理器及其他芯片為主的商業模式，台积電则是其中唯一的纯晶圆代工廠。

另外，根据TrendForce 旗下拓墣產業研究院的调研结果显示，2020 年第3 季台积電在全球晶圆代工市場的市占率高达53.9%，也就是在前10 名的晶圆代工企業當中，其他9 名的总和都没有台积電一家多。而這今日的台灣之光，掌握全球半导體制造產業的重要關键，當时是如何建立？這就得從1974 年在台北的一場會议中谈起。

推動经济转型促成两大龙头

1974 年，當时的行政院秘书长费骅，會同包括经济部长孙运璿、交通部长高玉树、電信总局局长方贤齐、工研院院长王兆振與電信研究所所长康宝煌等政府官员，再加上美國無線電公司（ RCA）研究主任潘文渊聚在一起讨论如何促進台灣经济转型，希望能從原本的纺织業转而發展電子業。讨论结果最後决定，藉由政府的主导来發展集成電路產業，由经济部在工研院底下设立「電子工業研究發展中心」，也就是後来的工研院電子所，以電子表使用的芯片為基础，预计自美國引進集成電路技術。



潘文渊邀集海外华人组成「電子技術顾問委员會」（TAC），為工研院拟定技術合作邀请函，询問30 多家美國半导體廠商技術移转的意愿，最後選定RCA。當时RCA 已经在台灣设廠生產電子產品，而且愿意代训人才，并负有更新技術之义務，以及買回所生產出的芯片，因而雀屏中選。當时工研院選派杨丁元、史钦泰、章青驹等多人赴美國RCA 工廠培训，回台灣在電子所设立集成電路示范工廠，後来這些人均成為台灣半导體產業的關键人物。

而電子示范工廠生產的首批電子表電路CD4007 A 的良率為55.7%，但4 個月後便超過RCA 估计的最高良率80%。此後甚至超越美國的平均良率83%，而达到88%，连RCA 都自叹不如。後来，RCA 甚至一度请求工研院将示范工廠或是技術卖回RCA，但為工研院拒绝，之後開启了台灣集成電路產業的辉煌世代。

不過，產品大受欢迎的情况下，却產生了另一個問题，那就示范工廠越来越商業化，需要扩廠的資金需求也越来越高，而這與工研院身為研究機構，准备專心第二期集成電路研究计画產生冲突，因此决定将示范工廠切割出去，這也就是在1980 年成立衍生公司联华電子（联電）的由来。

至于，後来台积電的成立，则是工研院電子所「超大型集成電路计画」的產物，之後成為继联電後的第2 家衍生公司。如同联電一般，1987 年成立台积電之际，时任行政院长俞國华希望民間持股能够至少有51%，以便确保台积電成為民营公司，但是同样因為台灣企業家缺乏信心而募資不顺，最後只得寻求外資合作，之後由行政院開發基金投資48.3%、荷兰飞利浦公司投資27.5%，本地民間資本仅占24.2%。

英特尔也帮了一把

台积電創立後，1988 年董事长张忠谋做了一個關键的决定，那就是透過私人情谊将老朋友Andy Grove（前英特尔創辦人暨执行长）请到台灣對台积電展開認证，并争取為英特尔代工產品。當时，拿到英特尔的認证對于台积電来说至關重要，因為拿到世界级的認证就是對其生產能力最好的背书，同时也為公司建立起了规章制度上的國际化标准。

在顺利通過英特尔的認证之後，等于為其所拥有的晶圆代工模式打開生意的大門，使得成立不久的台积電逐渐步上稳健的经营轨道，并在1994 年9 月5 日正式在台灣证券交易所上市，股票代码為2330.TW。之後的1997 年10 月8 日，台积電海外存托凭证又在纽约证券交易所上市，股票代码為TSM.N。

而随着台积電後来在晶圆代工领域惊人的成功，尤其是在营業额屡創新高之际，依旧维持将近50% 的毛利率，台灣及世界各地的半导體設計公司因此大幅增加，加速了半导體產業的技術進步。之後，许多企業争相模仿，首先是新加坡的特许半导體（Chartered Semiconductor）也以纯晶圆代工模式與台积電竞争，此外，南韩三星、日本的富士重工、川崎鋼铁、神户鋼铁與山叶以及美國的英特尔等公司，也在自身業務外投入晶圆代工產業。

面對晶圆代工市場的百花齐放，此时的台积電仍依照自己既定的步伐迈進。1999 年，台积電领先業界推出可商業量產的0.18 微米铜制程制造服務。2001 年，台积電推出業界第一套参考設計流程（Reference DesignFlow），协助開發0.25 微米及0.18 微米的客户降低設計障碍，以达到快速量產之目标。2005 年，领先業界成功试產65 纳米制程芯片。同年6 月，张忠谋辞去台积電执行职務，将棒子移交给其一手培養起来的接班人蔡力行，自己则仅担任董事长的职務。

世代交替几经波折

不過，世代轮替後的台积電并没有因此而一帆风顺。首先是2008 年全球金融海啸冲击，使得2009 年营收较2008 年下滑了11.2%，而且還因為劳資争议事件闹的满城风雨。再加上當时台积電正在积极開發的40 纳米制程遇上瓶颈，這些因素都讓公司营运面临亏损的危機。

2009 年6 月，在卸任4 年之後，张忠谋以78 岁高龄，重新回锅担任台积電执行长职務，透過一系列的危機处理，使台积電的营运重回正轨。而其中之一的關键，就是继40 纳米制程之後的28 纳米制程，台积電决定采用與英特尔相同的Gate-last 架構，放弃IBM 的Gate-First 架構，使得當时同样在開發28 纳米制程的竞争對手联電、三星、格罗方德都還持续在研發卡關的时刻，台积電能在2011 年正式量產28 纳米制程。

28 纳米制程抢先成關键

有人称28 纳米制程為帮助台积電後来全面脱胎换骨的關键，现在看来一點都不為過。原因在于當其他竞争對手都還持续在與28 纳米制程技術奋斗之际，台积電率先推出28 纳米制程芯片，使得制程技術和台积電落差無法缩小落差的情况下，只能在65 及40 纳米的技術節點上彼此削價竞争。使得當初以高阶芯片為主的IC 設計公司在選择代工廠之际，可说除了台积電以外，就没有第二選择，也因此使得台积電在28 纳米節點上的优势维持了数年之久，而该制程亦可说是历年来對台积電营收贡献最大的制程之一，這也使得台积電之後進一步拉大與其他竞争對手差距，成為持续稳坐晶圆代工龙头的最大助力。

2013 年，台积電挟28 纳米制程的技術與市場优势，推出半節點升级的20 纳米制程，只是，20 纳米為28 纳米制程所改良而来，在芯片面积微缩及功耗提升有限的情况下，较知名的除了苹果的A8 处理器外，正式采用的客户并不多，未能延续台积電在28 纳米制程上的优势，使得這时的台积電開始将期望放在下一個全節點提升的16纳米制程發展上。

被迫與三星分单反突显优势

2014 年，台积電推出在20 纳米制程基础上加入FinFET 技術而成16 纳米制程，并且取得使用于搭载于苹果iPhone 6s 和iPhone 6s+ 智慧型手機上A9 处理器的部分订单。當时，台积電的竞争對手南韩三星，因為在28 纳米制程上始终無法突破台积電的优势之後，就将發展目标進一步跳過20 纳米制程，放置到更先進的14 纳米制程上，并且找来前台积電负责研發的梁孟松進行技術指點，之後领先台积電的16 纳米制程，率先推出14 纳米制程，後来還與先前持续在制程上领先台积電共享苹果A9 处理器订单。

當时，苹果采取了使用双供應商的策略，同样的芯片設計分别由三星電子和台积電完成晶圆代工。三星生產的芯片代号為APL0898，使用14 纳米制程制造，面积為96 平方公厘；而台积電生產的芯片代号為APL1022，使用了16 纳米制程制造，面积為104.5 平方公厘。虽然略有區别，但是苹果宣称性能并無显著區别。

之後，2015 年10 月，市場却傳出，根据测试程式的结果，搭载三星代工芯片的iPhone 续航能力，较搭载台积電代工芯片的iPhone 更低的情况，一系列报导引起了消费者热议。虽然，這消息為苹果及三星所否認。但是自A9 系列处理器之後，苹果自A10 系列处理器開始，直到近期最新的A14 系列处理器，苹果就再也没有讓三星進行代工，可以想像這次事件影响的巨大。

制程优势一路领先

虽然台积電與三星在16 及14 纳米制程上仍在激烈竞争，但當时的台积電已经開始着手新一代10 纳米制程的開發，而這其中還加入台积電後来關键的致胜武器──InFO 扇出型晶圆级封装技術，并在2016 年正式推出。事实上，扇出型晶圆级封装技術早在2010 年就已经被英特尔研發出来，最初用在英特尔的行動解决方案上，但可惜的是，英特尔并未坚持下去，反而台积電接手该技術的研發，并推出完全版的InFO 封装技術。而该封装技術的最大好处就是降低成本、加快芯片制造周期，在制程良率达到最佳水平时效率尤其明显。

随着10 纳米制程之後，台积電紧接着迎接個位数纳米制程的来临。台积電的第1 代7 纳米制程于2017 年4 月開始開始大规模投產，相较于上一代的10 纳米FinFET 制程技術，台积電的7 纳米制程技術在逻辑闸密度提高1.6 倍，运算速度增快约20%，功耗降低约40%。至于，第二代的7 纳米（N7+）制程技術，在采用了及紫外光曝光技術（EUV） 之後，则于2018 年8 月開始试產。

而台积電也曾表示，自2020 年7 月份终于生產出了第10 亿個7 纳米制程芯片之後，换句话说，7 纳米制程自投產開始，到生產出第10 亿個芯片仅花费27 個月的时間，在平均每個月生產出3，700 万片7 纳米芯片的情况下，使得该制程较過去的其他制程都要更快达到其量產规模。另外，目前采用7 纳米制程的客户有数十家，其所生產的產品搭载在100 多種的產品上，而如果将這10 亿個内含数十亿個電機體的7 纳米芯片铺平，则足以覆盖13 個纽约曼哈顿。

紧接着7 纳米制程的發展，2020 年台积電的5 纳米制程也進入正式的量產阶段。而根据台积電公布的資料显示，5 纳米制程将會是台积電的再一個重要制程節點，其中将分為N5、N5P 两個版本。N5 相较于前一個節點的N7 的7 纳米制程性能要再提升15%、功耗降低30%。而更先進的N5P 则将在N5 的基础上再将性能提升7%、功耗降低15%，而N5P 制程技術则预计于2021 年正式量產。

回顾历程，台积電在1987 年成立时由1 座6 吋廠開始，如今已经發展成拥有4 座12 吋超大晶圆廠、4 座8 吋晶圆廠和1 座6 吋晶圆廠，并拥有一家百分之百持有之海外子公司──台积電（南京）有限公司之12 吋晶圆廠，及2 家百分之百持有之海外子公司──WaferTech 美國子公司、台积電（中國）有限公司之8 吋晶圆廠，再加上4 座後段封测廠的跨國性大型半导體公司。