如果华为系是中国科技领域的中坚力量,那么美国系半导体之于晶圆代工领域,便是黄埔军校般的存在,曾供职于德州仪器的张忠谋与张汝京,以及 AMD 的梁孟松,不约而同投身晶圆代工,书写近 30 年风雨参数。人来人往,那些浓墨重彩的足迹,值得被记录。 


横跨半世纪的晶圆代工教父

1987 年应该是改变全球半导体格局的关键年份,同样也是张忠谋人生转折点。

 

一、德州仪器时间


已过去的 56 年间,他随父母从宁波移居香港,18 岁时就读哈佛大学,21 岁转学至麻省理工学院,并先后获得机械工程的学士与研究生学位。


随后的 1958 年,他正式加入德州仪器,开始长达 25 年的半导体行业征程,并亲历这座商业帝国的崛起。


入职仅三年,张忠谋并被提拔为工程部门经理,随后得到德州仪器资助,前往斯坦福大学进修电子工程专业,并于 3 年后成功获得电子工程博士学位。


可能注定是开挂的人生,25 年的积淀与奋进,伴随德州仪器先后赋能美国阿波罗登月(1960s)、推出基于语音数据分析与处理单片机(1970s)、诞生全球首款数字信号处理器 DSP(1980s)的辉煌,张忠谋的岗位上升至集团副总裁,负责全球范围业务拓展。


具体项目方面,他负责的四晶体管相关任务,与 IBM 合作进行生产与落地,这也是最早的晶圆代工分工模式之一;此外,其主张先于成本曲线的定价策略,也就是项目前期以牺牲部分利润的同时,尽最大可能斩获市场份额。


从其对全球半导体市场、产业链协作以及市场策略等方面的经验与见解,不难理解其创办台积电,专注晶圆代工领域的决策。

 

二、台积电时间

 

时间回到张忠谋成立台积电的 1987 年,可能他本人也没想过,这家公司能成为年销售额达 342 亿美元的巨擘,同时获得老东家德州仪器部分晶圆代工的外包业务。从技术角度梳理台积电的发展路径,依然可看出张忠谋果断与进取的烙印。


1987 年:在台湾当地政府、科技巨头飞利浦、部分对半导体行业保有热情的投资人的支持下,台积电正式起航,并在位于台湾西北部的新竹县,建立第一座晶圆代工工厂。

1993 年:同样在新竹,台积电建成第三座,以及台湾首家 8 英寸晶圆代工工厂,同年掌握 0.5 微米制造工艺,并于一年后的 1994 年在台湾上市成功。


1996 年:征战美国,与 Altera, Analog Devices 成立合资公司——WaferTech(位于华盛顿的卡马斯),公司生产的第一款 0.35 微米制式的芯片被 Altera 使用。4 年后,台积电出资实现对其的全权控股权。

1997 年:随着在桃园等地工厂的建成,以及生产工艺的提升(可达 0.25 微米制程),台积电实现 100 万晶圆量产目标,同年在纽约股票交易市场成功上市。


2000 年:为满足芯片产能激增的需求,台积电先后收购台湾第三大晶圆代工厂商 WSMC,以及宏碁旗下的晶圆代工子公司 TSMC-Acer Manufacturing Corporation,针对 8 英寸晶圆代工的产能从 280 万跃升至 340 万。


2004 年:台积电在新竹的 12 号工厂投入生产,实现 12 英寸制造量产。制造工艺方面,告别微米,首次攻克 90 纳米工艺,成为全球首个利用沉浸式光刻技术的厂商。


2008 年:发起开放创新平台(Open Innovation Platform)项目,包含 EDA、IP、设计中心、价值链聚合、云计算共 5 大联盟,可更有效加强产业链上下游协同。


2013 年:台积电全球首家风险生产 16 纳米鳍场效应晶体管(Fin Field Effect Transistor, FinFET)工艺,互补式金氧半导体晶体管,可有效改善电路控制并减少漏电流。随后的 2015 年,16 纳米 FinFET Plus 工艺实现量产。


2016 年:进入 10 纳米 FinFET 制程,并于 2017 年初实现量产。应用领域覆盖至应用处理器、通信基站与 ASIC 专用芯片设计。


2018 年:在经历了 7 纳米 FinFET 工艺发布与风险生产阶段后,台积电共收到超过 40 款相关设计定案(预计在 2019 年,定案数量可突破 100 个)。


同年 8 月,7 纳米 FinFET Plus 工艺进入风险生产阶段,也是全球首款采用光刻技术的商用芯片制造工艺。随后,被海思麒麟 990 芯片组和苹果 A13 使用。


2019 年:5 纳米 FinFET 光刻工艺进入风险生产阶段,并计划于 2020 年投入量产。此外,同时发布 5 纳米增强版(N5 Performance – enhanced version, N5P),计划在 2020 年底投入量产。

 

三、格芯时间


历史车轮呼啸而过,摩尔定律下的制作工艺不断迭代更新,如同行驶在茫茫大海中,一旦上船,便只能向前。


当然,也可选择放弃,愿赌服输。比如:来自美国的 Global Foundries(下称“格芯”)与同处台湾的联华电子(下称“联电”)。

 

格芯的掉队始于 2009 年,该公司董事长 Hector Ruiz 卷入“内线交易”案而下台,原定第二年流片的 32 与 40/45 纳米 SOI High-k,以及 28 纳米 High-k 工艺芯片,全部被推迟 2 至 3 个季度量产。


虽然格芯官方声音并非跳票延期,只是为了迎合主要客户 AMD 的市场需求,但是彼时 AMD 与 Intel 的竞争正处于兵刃相接的阶段,格芯的延期导致 AMD 32 纳米桌面级芯片,晚于 Intel 一年才上市。


对于格芯的掉队,张忠谋表示商业竞争牵扯到的则是金钱,敌军如果面临如此窘境,不会为对方掉一滴眼泪。


而当来到 7 纳米时代,格芯已宣布放弃对此制程的开发,并可能在未来某个时间节点,转投三星阵营以获得 7 纳米工艺授权。

 

四、联电时间


联电是最早创立于台湾的晶圆代工厂,当时创办人之一曹兴诚与张忠谋两人并称“ 晶圆双雄”。有别于早期 IDM 模式,晶圆代工经营模式也自此诞生,造就联电与台积电列位晶圆代工老大与老二的地位。

 

2003 年的 0.13 微米工艺,是台积电与联电拉开差距的关键节点。台积电自主研发工艺,与联电在选择是否与 IBM 合作研发上决策失误,导致台积电一技扬尘,于市场上取得先机。这或许,也可为国内半导体当今论“自主研发”有一定前车之鉴,技术想要靠外援,最终并不“靠谱”。


若从事件轨迹来看,2006 年苏州和舰案才是关键事件。当时联电被指转投资和舰科技,违反台湾当局相关规定,导致创办人曹兴诚被起诉而辞职,退出公司日常营运、呈现“半退休”状态。


曹兴诚往后醉心于佛学与品鉴古董,而张忠谋仍奋斗于半导体产业。


北上创业的传奇与精彩

 

好在晶圆代工领域玩家还有张汝京。


某种程度来说,张汝京的经历与张忠谋类似,早年同样就读于美国,并取得电子相关专业博士学位;也均在同一家公司有过长达数年的就职经历。


当张忠谋在 1983 年离开德州仪器时,正是张汝京在这家公司的第 5 年,1997 年,张汝京离开德州仪器,随后开启“三起三落”的创业传奇。

一、世大时间


回到台湾后,张汝京创立世大半导体(台湾第三家晶圆代工厂,下称“世大”)。三年后,产能就已超行业老大台积电的三分之一。


随后不久,“台积电并购世大”呈现报端。据台媒爆料,张忠谋与世大大股东密谋,趁张汝京不备对世大发起收购,“阴谋论”不胫而走。


后来,张汝京数次辟谣,称张忠谋为令人尊敬的前辈。而张汝京是张忠谋在在德州仪器的部下,在并购过程中,张汝京全程参加讨论。

 

二、中芯国际时间


彼时,正值国内半导体制造能力薄弱的节点。面对差距,国家领导们一直在积极筹划中国半导体的发展计划。因此,一直期望在中国大陆建厂,且具备丰富晶圆代工经验的张汝京成为首要人选。


2000 年,张汝京在上海创立中芯国际,据统计共 300 多名半导体工程师随其来到上海,其中不少是其老同事。至此,国内半导体晶圆代工发展进入快车道。

 

在张汝京的带领下,中芯国际将落后于国际水平的差距快速缩小,并在北京、天津等多地设厂,成为中国内地晶圆代工领域头把交椅。


飞速发展的另一面是隐患。台积电利用反向工程追踪的方法,比对中芯国际芯片与台积电之间的相似度,并自 2003 年起,对中芯国际提出两次诉讼,直指其对台积电技术专利及商业机密的窃取。


2009 年,美国法院判中芯国际败诉,4 天后,张汝京、中芯国际董事长江上舟和律师团飞往香港,与台积电紧急谈判。


最终以中芯国际赔偿 2 亿美元现金及 10%股权而告终。随后,张汝京离开中芯国际。

 

三、后创业时间


由于和中芯国际已签订竞业协议,张汝京在 3 年内不得从事芯片相关工作,随后其在青岛等地投资 4 家 LED 工厂。2014 年,在上海临港开建大硅片制造工厂新昇半导体。


4 年后,张汝京 70 岁,融资 150 亿元在青岛创办芯恩半导体,再度创业。值得一提的是,这是国内第一家 CIDM 模式(CommuneIDM,即共享式 IDM)的晶圆代工厂。


谈到 CIDM 模式,张汝京认为,比起 IDM,前者通过大量芯片设计企业入股的方式,引入设计人才;另外,IDM 由于代工的模式,需不断专研制程与工艺,相反 CIDM 面向客户生产,可以先做满足使用需求的成熟工艺,快速提高产能。


技术大牛与生猛叛逆者

 

如同传承与轮回一般,在张汝京离开中芯国际 7 年后,另一位台积电“最熟悉的陌生人”梁孟松,于 2017 年加入中芯国际,两年后的 9 月,其带领中芯国际成功实现 14 纳米芯片量产。


至此,离台积电最先进制程相比,仅有两代的差距。之于中国芯而言,也是里程碑式的存在。


一、美好时光


与两位老前辈一样,梁孟松同样也在美国取得电子相关专业的博士学位,并在 AMD 美国总部工作数年。1992 年,他回到台湾,加入台积电,那一年他 40 岁。

 

他领导台积电先进工艺的核心部门——模块开发团队,个人拥有 500 多个专利,在台积电多次工艺升级中,具有不可磨灭的贡献。


如果一切顺风顺水,梁孟松可能为台积电工作直到退休。转折发生在 2006 年,据台媒报道,梁孟松的老上司蒋尚义(研发副总)退休。


2008 年,梁孟松离开台积电,双方签订竞业协议,梁孟松在三年内不得从事半导体相关工作,并以此作为梁孟松在台积电股权兑现的筹码。

 

二、三星时间


随后,梁孟松被三星聘请,作为其所投资的成均馆大学讲师。据台媒报道,在协议签订后的第二年,台积电方面曾主动联系梁孟松,质疑其并非仅在大学任教,实质上已加入三星半导体,并警告其股权可能会被交由台积电教育与文化基金会处理。


得到梁孟松方面的否认后,台积电方面决定兑现其持有的 738,000 股,共价值 1 亿新台币(约 2300 万人民币),分 3 期支付。协议期结束后,梁孟松以首席科技官的身份加入三星半导体系统部,帮助其快速快速赶上台积电。


当时三星处于量产 28 纳米,并在研发 20 纳米的阶段。梁孟松放弃 20nm 技术,直接进入 14nm,而台积电正在研发 16 纳米 FinFET 工艺。


最后,三星攻克 14 纳米制程,并拿下苹果 A9 的部分订单(台积电方案使用 16 纳米工艺),被部署于 iPhone 6s/6s Plus 手机。


2017 年,梁孟松与三星合约到期后,加入中芯国际,再后来,就是 14 纳米工艺量产的故事,而未来他还带领中芯国际创造多少奇迹?拭目以待!


恩怨随风但火花长流


梳理张忠谋、张汝京与梁孟松的故事,发现他们如同晶圆代工领域的铁三角,无论从技术还是市场等多领域,都无法将其割裂。类似的人生轨迹,均是留洋归国,并不约而同在不同的时间节点,带领晶圆代工产业进入中国时间。

 

张汝京创立的台积电成为 Fabless 模式的中坚,无法想象现在的台积电如果停工一天将会给全球半导体产业带来多大的损失;张汝京让中国大陆的晶圆代工开始进入全球角斗场;梁孟松则让全球的晶圆代工格局更具张力,让台积电领跑的距离在缩短,让这个产业更具斗志​。


恩怨纠葛随风而去,留下的是三位中国人在科技创新之路上,深深浅浅的脚印。