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市值万亿超越英特尔,垄断全球5成市场16年,台积电为何这么牛

如果提起世界半导体格局,台积电是一个绕不开的存在,2017年,台积电市值超Intel成全球第一半导体企业,2019年第二季度,台积电全球晶圆代工市场份额的49.2%,一家就相当于其他所有晶圆代工厂的综合,而且他们在7nm等先进工艺上领先对手一年时间,无论是麒麟、苹果A12、高通855都是采用的台积电的7纳米工艺。

台积电的创始人张忠谋同样也是一个传奇,张忠谋1931年出生于浙江宁波,在南开中学完成学业后,考入了哈佛大学,是当年考入哈佛的唯一一位中国人。

张忠谋是进入半导体领域最早的中国人,他与半导体开山鼻祖、英特尔公司创办人戈登·摩尔同时踏入半导体业,与集成电路发明人杰克·基尔比同时进入美国德州仪器公司。

在德州仪器工作时,张忠谋多次超预期解决公司的生产上的良率等大难题,率队多次成功开发新产品。在德州仪器工作期间,公司还因赏识其能力送其去斯坦福大学攻读了博士学位。张忠谋通过博士论文答辩重回德州仪器之后,正赶上公司遇到IBM订购一种还未具备生产能力的元件。张忠谋带队研发,很快开发出这个产品,为公司贡献大量利润。

年轻时候的张忠谋

用了14年的时间,张忠谋德州仪器主管全球半导体业务的资深副总裁、这是非常难得的,要知道在那个时代,华人是饱受歧视的,但是后来因为与总裁夏柏理念不合,再加上中国台湾邀请他出任工业技术研究院院长,他便毅然辞职回到了台湾。

德州仪器工作时期的张忠谋

1987年,已经56的张忠谋在台湾创办了全球第一家IC业的专业的代工公司台积电。在他之前,半导体行业从来没有代工公司,可以说张忠谋是晶圆代工模式的首创者。

当时,全球的半导体行业采取的是单一的IDM模式,一般来说从前端的设计,到后端的芯片生产再到测试封装,都是由厂商独立完成的,基本所有的半导体产生都有自己的晶圆厂,当时英特尔、仙童半导体等芯片巨头无论在芯片设计或者后端的晶圆生产,在全球都有着重要的地位,这也是他们的产品能够傲视整个市场的保证。

所以台积电的成立可以说十分艰难,这种商业模式毕竟是世界首次,很多半导体巨头并不认可。为了给台积电创立寻求第一笔风险投资用来建设厂房和采购设备,张忠谋亲自给美国、日本的十多家半导体企业写信。但包括索尼、三菱在内的大多数半导体公司都拒绝了,其原因都是认为单一的晶圆制造生意行不通。

几经辗转努力之后,台积电依靠中国台湾政府和荷兰皇家飞利浦的两笔资金,以及一些民间资本共计 13.775 亿新台币正式成立。

台积电成立仪式上的张忠谋

张忠谋刚刚创立台积电,就说下来豪言壮语:“当我办一个半导体公司,当然要它长期繁荣。那只有一条路——世界级”。

1988年,张忠谋经过多方努力,找到了英特尔的新任总裁也是自己的好朋友安迪·格鲁夫,英特尔是当时半导体行业的龙头,得到了英特尔的认可,就意味着台积电拥有世界级的晶圆生产能力。

左一:安德鲁·格鲁夫

英特尔对台积电的考核十分严格,提出了200多个问题让台积电立刻改进。张忠谋以强悍地作风推进问题改进,坚持的高标准、严要求,最终拿下了英特尔认证,同时也为企业建立起了规章制度上的国际化标准。

在获得英特尔认证之后,虽然当时台积电的晶圆生产工艺比当时的英特尔落后两代半,格鲁夫还是决定将一部分生产任务分派给台积电。

消息传出,在整个半导体行业形成了示范效应,主动来找台积电的半导体设计公司也多了起来。台积电也陆续在美国加州、荷兰阿姆斯特丹等地设立分公司,从而能更深入地了解客户需求。

进入90年代半导体行业依然遵循着英特尔创始人摩尔提出的摩尔定律前进, PC应用越来越广泛,功能越来越强大,这时,微软Window作业系统大获成功.奠定了其PC软体霸主的地位,随之配套硬体的美国企业如做CPU的Intel也不断茁壮,也就在这时,wintel(微软与英特尔)的联盟依然占据的PC产业的绝对主导权,英特尔的芯片(硬件)与微软的Windows系统及应用(软件)两者进行最佳结合、协同更新,最终拉动了整个产业。

Internet (网际网络)在90年代开始商用(比如催动了EDA工具的诞生),短短几年之间便以撩火之势颠覆了整个IT以及半导体行业。

在种种条件的催生下,半导体行业迎来新的发展,硅谷涌现了一批新兴的半导体公司,Broadcom、Nvidia、Marvell 。它们在网络芯片、图形处理、Wi-Fi 芯片设计等领域域各有专长。一个共同点是,这些半导体初创公司本身都没有自己的晶圆厂,也没有资金和人力搞定生产环节,对外部晶圆生产线有极强的需求。而这个时候,台积电抓住机会,成功奠定了它在晶圆代工市场的地位。

这充分证明了张忠谋当初做晶圆体代工的想法是正确的,台积电专业晶圆代工,让无晶圆厂芯片设计公司可以专注在芯片设计,再委由台积电生产制造,不用再负担建置晶圆厂与制程技术研发的庞大成本。

98年的时候,英伟达同台积电达成战略合作,将所有的图形加速显卡交给台积电生产。双方合作的第二年,英伟达率先提出了 GPU(图形处理器)概念,可以帮助 CPU(中央处理器)分担一部分图形动态渲染等计算任务。这个概念后来被整个半导体行业所采用。

而帮助英伟达将GPU生产出来的台积电成功奠定了它在晶圆代工市场的地位。

从芯片行业出来的张忠谋在技术工艺的投入上很大,这也是为什么台积电能够把GPU制造出来的原因。

1999年,台积电领先业界推出可商业量产的0.18微米铜制程制造服务。2001年,台积电推出业界第一套参考设计流程(Reference DesignFlow),协助开发0.25微米及0.18微米的客户降低设计障碍,以达到快速量产之目标。2005年,领先业界成功试产65纳米芯片。

2003年台积电的营业额已达60亿美元,纯利14亿美元,高达36%的毛利率和24%的净利润,市场份额达到了52%,在此后的16年里,台积电一直都是晶圆代工市场的第一名。

2006年,75岁的张忠谋开始了交班,委任跟随自己多年的得力干将蔡力行任CEO,自己只任董事长,但这次交班最终让他失望并以失败告终。2008 年金融海啸期间,蔡力行不但未能领导台积电应对好形势,甚至还一度滑向深渊。2009年第一季,台积电的营业收入比上一季跌了差不多40%,毛利率跌到20%以内。更惨的是,整整一季,台积电的产能利用只有4%。

最终,2009年,78岁高龄的张忠谋复出,震惊了整个半导体行业,仅仅用了不到一年的时间,在2010年第一季度实现营收921.9亿元新台币,税后盈余336.6亿元新台币,成为中国台湾1300家上市公司中获利最高的企业。

而2010年全年营收突破4000亿元新台币,成长率超过40%,市值冲上2兆元新台币,股价涨幅达30.65%。2012年10月初,台积电的市值再次创造了2兆3587亿元新台币的新纪录,并成为中国台湾上市公司市值之首。

不得不说,张忠谋在半导体行业的确无愧于中国“半导体支付”的美誉。从半导体研发出身的张忠谋眼光是非常狠辣精准的,2010年的时候,他就敏锐预感到,智能手机时代可能要来了,预期PC、手机与消费性电子年成长率各达11%、10%及8%,到时候芯片的需求将进一步扩大。

他不顾众人反对,将2010年的资本支出上调一倍,增加到五十九亿美元,用来扩大台积电产能,如今来看,张忠谋这一步走得非常对,如今麒麟高通争霸,台积电的产能压根还不够两家的需求。

而在28纳米的研发上,28nm制程有一个关键的技术选择——先闸极(Gate-first)与后闸极(Gate-last)。

格罗方德跟三星都选择先闸极,而张忠谋则敏锐选择了后闸极,后闸极与前闸极系实现HKMG结构电晶体的两大技术流派,差别在于安排矽晶片漏/源区离子注入、高温退火和金属闸极形成等步骤的先后顺序。后闸极先完成前两项步骤后,再进行金属闸极形成;虽制程设备与技术要求较复杂,但可使闸极不易受到热的影响,且能有效控制电晶体的临界电压,从而因应低功耗到高效能应用的全方位晶片开发计划。

因此,后闸极不仅提升电晶体稳定性与量产效益,且功耗与效能表现均更胜一筹,能符合行动装置日益严苛的应用要求,三星与格罗方德的生产良率却始终无法提升,由此,台积电不仅稳固了市场,还抢了这两家一些市场。

在接下来的16纳米、14纳米、7纳米等等,台积电都比其他人走得更快、更加稳健,从而也可以看出台积电在技术工艺上的积累。从2014年-2019年,台积电投资了500亿美元用于半导体工艺研发和生产。目前积电5nm制程晶圆已经顺利试产,将于2020年上半年投入量产。台积电甚至已经在预研2纳米技术了。

目前,对于未来10年,台积电其实早已做出规划,选定移动装置、高速运算电脑、智能汽车和物联网四大领域,作为未来发展四大重心,并成立四大技术平台,其中高速运算电脑应用涵盖AI人工智能、智能车和智能医疗、智能家庭、智能工厂和智能城市。也是继智能型手机后,被视为未来推升台积电营收成长关键动能。

张忠谋曾非常自豪地说:没有台积电,就没有那么多无晶圆公司与创新出现,智能型手机也不会那么快普及,且改变了世界几十亿人的生活方式。各式行动装置再加上高效运算与智能联网,像是人手一机的智能型手机、笔电、智能手表、AR、大到医疗体系,体积微小的积体电路芯片都已被广泛应用。

2018年,87岁的张忠谋再次选择退休,并且不续任董事,也不参与任何经营管理相关工作。在经历了上一次的教训之后,张忠谋采取了“双首长平行领导”制,现在两位共同执行长之一的刘德音将担任董事长,魏哲家则担任总裁。在“双首长”制度下,台积电能不能继续一路霸气走下去,我们还是拭目以待。

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20190906A06JJ800?refer=cp_1026
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