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芯片制造之王,台积电是怎么炼成的?
原创:牲产队长
日期:2022-08-09

  当今世界,台积电是当之无愧的芯片代工之王,芯片制造之王。台积电自认第二,无人可称第一。在中美博弈之下,台海危机之中,台积电已经不再是一家芯片代工企业,而是大国竞争的筹码,也是高科技产业竞争中不可或缺的一环。

  匹夫无罪,怀璧其罪。台积电正在成为美国极力拉拢和招安的对象。蔡英文当局也希望通过出卖台积电,来换取美国的支持。可是,台积电到底是一家怎样的企业?台积电是如何登顶芯片代工之巅峰王座的?对绝大部分大陆网友而言,都是不甚了解的。

  队长可以拍着胸脯说,芯片代工是绝对的高科技产业。它和富士康的手机代工完全不一样。芯片代工的技术难点,也绝非获得光刻机就能搞定一切。就全世界而言,只有中国买不到光刻机,英特尔、英飞凌、德州仪器等西方国家,都能买到光刻机,为什么这些西方企业仍然竞争不过台积电?

  台积电是如何在美日欧等一系列西方发达国家的激烈竞争中,杀出重围,后来居上的?为什么台积电能超越美国英特尔、德州仪器和日本电气等世界顶尖半导体制造商,成为全球芯片制造业中的超级巨头?

  台积电成立于1987年,它不做上游的芯片设计,也不做下游的芯片组装,它只做芯片代工这一个环节。正所谓:“术业有专攻。”对比起三星、英特尔、德州仪器这种的芯片巨头,台积电是全球第一家专业的芯片代工企业。三星、英特尔和德州仪器等传统半导体巨头的业务模式,全部都是追求“大而全”,既自主设计芯片,也自建晶圆厂,从事芯片生产。

台积电创办人张忠谋

  但对当时的台积电而言,英特尔、三星和德州仪器都还不算是最大的竞争对手,因为当时全世界最强大的半导体产业不在美国,也不在韩国,而在日本。在上世纪90年代,全球十大芯片制造企业中,就有五家来自日本,分别是NEC(日本电气)、日立、东芝、富士通和三菱电机。

  日本不仅掌握芯片制造工艺,还同时掌握上游的光刻机技术,没有任何国家能够在芯片领域去卡日本的脖子。尼康、佳能不仅造相机,还是全球顶尖的光刻机巨头。

  日本半导体产业极为完善,光刻机、晶圆厂、原材料等全产业链,日本都位居世界前列。至今,日本依然是全球芯片第一大原材料供应国。

  毫无疑问,那是日本半导体产业最高光的时刻。而台积电作为1987年才成立的后起之秀,不过是个弟弟,还进入不了大哥们的视线。

  今天的光刻机巨无霸阿斯麦只比台积电早3年,成立于1984年。彼时的阿斯麦只是从飞利浦分离出来的一家小公司。谁也没了到,这两家当年的小公司竟然会在后来,携手击败所有的竞争对手,共同登顶全球。

ASML发家之地,背后是飞利浦大厦

  在这个过程中,台积电的崛起离不开两个技术天才。第一个是林本坚。林本坚祖籍潮汕,出生于越南,在西贡长大,中学时移民到台湾,在台湾大学获学士学位,后赴美国俄亥俄州立大学获博士学位。2000年,林本坚加入台积电。

  就是这个男人,在2年后,凭一己之力彻底改变了全球半导体的产业格局。当日本尼康、佳能仍在钻研干式光刻机技术时,台积电和阿斯麦联合攻坚浸润式光刻机技术。2002年,林本坚成功首创浸润式微影技术。

  这一技术的开创,直接让日本积累的光刻机技术领先优势一夜之间,荡然无存。尼康、佳能在干式光刻机研发中投入的数十亿美元都打了水漂。这是一次典型的弯道超车。当全球世界的主流半导体公司都在研发干式光刻机时,林本坚以天马行空的想象力,发明了浸润式微影技术,为浸润式光刻机的量产奠定了技术基础。

  因这一技术发明,林本坚被誉为“光刻机之父”。2003年,台积电联合阿斯麦成功制造出全球第一台浸润式光刻机。

统光刻和浸没式光刻示意图

  可是,芯片制造并不简单。解决了光刻机,还需要解决芯片生产工艺,就像厨子有了一套好厨具,但要炒出色香味俱全的好菜来,还需要在厨艺上进行持续锻炼。光刻机只是芯片生产设备,类似于厨具,生产工艺则类似于厨艺。只有光刻机搭配先进的生产工艺,才能量产出全球顶尖的芯片。

  这就要提到第二个技术天才——梁孟松。

  如果说,林本坚是“光刻机之父”,那么,梁孟松就是“当代芯片工艺领域中的顶尖大神”。根据美国专利局公开信息显示,梁孟松参与发明的半导体专利技术有181件,全部与世界先进芯片制程相关,个人参与的全球专利数累计450个。

  在2003年时,梁孟松研发出全球第一个130纳米铜制程,击败美国IBM公司,当年就给台积电赚得55亿新台币,正式确立台积电在全球芯片代工中的市场地位。

  2009年,梁孟松离开台积电,跳槽加入三星集团。在梁孟松的带领下,三星集团放弃开发20纳米制程,直接从28纳米制程跳跃到14纳米制程。2015年2月16日,三星集团正式发布14纳米制程芯片,而彼时的台积电生产工艺才量产到16纳米。

  这是21世纪以后,台积电在芯片制程工艺方面,首次落后于三星集团。也从此以后,三星集团成为台积电最为重要的竞争对手。台积电深知梁孟松的重要性,从2011年就开始对梁孟松进行商业起诉。后来,梁孟松败诉,只好从三星离职。

  但是,2017年,梁孟松加入中芯国际,任职CEO。在梁孟松加入后,中芯国际的芯片制程工艺进步神速。中芯国际从28纳米,跨越到14纳米,只用了不到300天。可是,在7纳米制程研发中,因美国封锁了中国大陆的光刻机。梁孟松和中芯国际都陷入了“巧妇难为无米之炊”的困境。中芯国际的芯片制程工艺进步也陷入了短暂的停滞。

  但对台积电而言,这能极大地维持它的霸主地位。为限制三星的先进芯片产能,台积电买走了阿斯麦50%以上的EUV光刻机订单。三星虽然已经率先完成了3纳米制程的研发,可是,产能远远比不上台积电。

EUV光刻机

  台积电有70多台EUV光刻机,而三星只有18台EUV光刻机,英特尔也有12台EUC光刻机,中国企业则一台EUV光刻机都没有。

  在制程工艺上,台积电和三星并列前进,几成两极格局。当台积电和三星纷纷冲刺3纳米制程时,英特尔仍停留在10纳米制程,7纳米制程都要等到2023年去了。

  也正是因为英特尔丧失了全球芯片制造的霸主地位,才让美国不得不推出2800亿美元的芯片补贴法案,来威逼利诱台积电和三星去美国建先进芯片厂。可这背后所反映的,恰恰是英特尔这样的美国芯片制造巨头不争气啊,被台积电和三星甩在了身后!

  台积电之所以能取得今天的成功,离不开全球化条件下的尖端技术协作,但更离不开的是技术天才的杰出贡献。

  在世界顶尖技术领域,带动一个国家产业发展的往往不是千千万万的普通人,而是极少数的那么一两个技术天才。

  为什么华为要全球招募天才少年?在越是在技术的无人区,越是需要技术天才去突破。顶尖科技产业的竞争,本质上是人才的竞争,是极少数天才大脑的竞争。


来源:公众号 牲产队
作者:牲产队长
文章仅代表作者观点,转载请注明来源及作者

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精选留言

TONY
--来自河南
不要光看别人的发家史,我们的企业和国家又投入多少呢?茅台五粮液占据A股榜首,追逐短期利益,处处割韭菜,处心积虑考体制,找关系,很多情况是要考虑内因的。外因决定不了内因。重视人才,重视科技,才是发展科技根本。

渠林散人
--来自陕西
精英创造历史?

牲产队
(作者)
人类创造历史,精英攀登高峰。

苏苏
--来自四川
楼上的朋友,茅台的股价决定了里面大都是机构,没有多少韭菜。另外,每年上交的巨额利润给贵州带了了多少飞跃发展,贵州的道路桥梁里面茅台出力不少(剩下是转移支付出力)

Qiang
--来自浙江
到3纳米,基本上到物理学极限了,时间上要卡一阵子

牲产队
(作者)
等下一代,碳基芯片了

天赐百福
--来自山东
你没说的最最主要的还是美国的扶持

牲产队
(作者)
美国扶持谈不上,只能说,美国允许。自由市场里,中日韩都很猛。

晨风
--来自江苏
队长还少说了一点,台积电起步离不开中国大陆市场的支持。现在喂饱了台积电,台积电转身就离开了。白眼狼

大展鸿图
--来自广东
碳基芯片可能是中国弯道超车的技术

景观亮化饶生
--来自广东
既然台积电已不可能为我所用,打烂了又何惧之有?

李新鹏
--来自河南
台积电有70多台EUV光刻机,而三星只有18台EUV光刻机,英特尔也有12台EUC光刻机,中国企业则一台EUV光刻机都没有。
是大陆企业,台湾省属于中国,台积电自然是中国企业。

牲产队
(作者)
中国大陆。

@悠悠我心
--来自广东
几个芯片相关的大企业领导都被捉拿了你怎么提都不提一下啊????

面向阳光
--来自北京
国内的7000亿呢


--来自广东
想想最近的芯片大基金就心寒啊,国家投了那么多钱结果被蛀虫吃了,武汉一个宏芯能抵得了一个航母吧


--来自重庆
重视人才,重视科技,不能只是口号,也不能只停留在纸面上,必须真正从思想上重视,从行动上支持!

星汉灿烂
--来自河南
烟酒专家晋科院晋,真正的科学家晋不了,让人心寒

ㅤ别来
--来自湖南
以前不是说武汉弘芯有一台7纳米的光刻机抵押在银行[捂脸]

牲产队
(作者)
DUV吧

一缕阳光
--来自江苏
梁孟松真nb,中芯国际给力点,一定要留住


--来自广东
操作系统这个不是没有国产的,国内不少。基于Linux系统开发的国产系统不少,你要想支撑去搜搜国产系统就有。关键是用的人少,普及成本好高。类比安卓和苹果系统,数据都不互通,你哪天办公需要去用,还得搞另一个版本软件,你用吗?Windows系统你大多数软件可以用,有厂家支持。人家厂家开发一套软件千百个w,结果没人用,哪有人会支持?大多数人都是普通人,不是什么发烧友,不懂也不会搞这些的……

我是那个谁谁谁ᯤ ⁹ᴳ
--来自广东
为什么只看芯片。。。。设计芯片的软件呢?哎路还很长,太多东西要攻破了。不然还是很多东西被卡脖子。

杨子
--来自广东
只能另起灶炉,弯道超车了![发呆]

YO
--来自广东
文科生问一个题外话,为什么我们没有自己的电脑操作系统,全世界的电脑都是微软吗?每每想到这只能感叹比尔盖茨是真·天才!

晓东
--来自山东
华芯投资公司原总监杜洋 投资三部总经理杨征帆涉嫌严重违法违纪被查

鲲鹏
--来自江苏
没事,我们的天才少年都去做直播,做明星

Steven
--来自广东
当指责联想的时候,我很好奇:舒舒服服的国企,都为中国的科技进步做了什么贡献?

欣欣向荣(李平)
--来自陕西
大陆砸的钱仅出来了几多水花

高枫亮剑
--来自上海
武汉芯骗那台EUV被ASML锁掉了……一方面,钱还没付完(估计也付不出了),另一方面,老美不让~~里面9成以上的技术都是老美的……没法子,受制于人啊……[破涕为笑][破涕为笑][机智][机智][捂脸][捂脸]

心情
--来自河南
能否直接跨越到光子、量子这个地步?

柯南
--来自上海
当初台积电没用EUV也能做出7nm制程,中芯国际现在的DUV光刻机也能做到,所以对于中芯国际EUV光刻机不是必须的,首要的是提升现有先进制程的良率!台积电的制程是等效制程,英特尔的10纳米不比台积电7纳米差

下雨天我为你撑伞
--来自广东
讲个笑话,苹果的芯片同时由三星14nm和台积电16nm代工,但是三星14nm比台积电16nm更耗电。

换个活法(年年有余)
--来自河北
队长的文章给了一个梦想,当中国拥有中国制造的光刻机时,就是重回世界民族之巅的那一天[加油]我们有生之年一定要看到,一定能够看到[啤酒]

小黄
--来自湖南
收台之后,70几台光刻机是不是就可以名正言顺收入囊中了(如果没被破坏或转移的话)?反正到时候不管收不收光刻机,西方都会制裁我们的,不如一口吞下,拆几台研究。

胖胖虎爱睡觉
--来自江西
啊~中国的芯片怎么办啊~

江黎
--来自河南
唉,2022,2023,2024,台积电还将继续制霸全球………

虞文炳
--来自浙江
干不过那是因为我们把市场开放给他们了,你觉得华为的芯片设计是不是全球顶尖呢?一被封锁照样没法生产,如果我们学台积电,只做代工,一被封锁还不是全盘皆输,必须全产业链,幻想世界是开放的,那不叫愚蠢那叫傲慢!

不一样的烟火
--来自浙江
茅台是贵州的经济支柱,为贵州的发展做出了卓越的贡献,另外茅台都是机构重仓,没人敢做空茅台的,只要敢做空就会被机构资金砸死

是你的小元宝呀
--来自江苏
队长说的对,现在最关键的还是引进人才,去硅谷挖人吧

kykk
--来自广东
说到芯片,就想到学校里用的高端科研仪器,基本都是美德日进口,国内能产的少之又少

...
--来自四川
说到INTEL,对于台积电的10纳米及以下的工艺说法是颇有微词的,INTEL认为台积电和三星在偷换概念。因为,业内讲的“制程工艺就是栅极的宽度”,在节点技术不断推进的过程中,制程工艺的数字已经和栅极的实际宽度发生了偏离。也就是,栅极实际宽度越来越达不到制程工艺说的那个数字。(复制)但是英特尔他们说几纳米就是几纳米[微笑]数字小了好营销,

周小芸
--来自北京
千里马常有,而伯乐不常有

惠山脚下
--来自江苏
美国用来制衡日本的。

清风
--来自广东
中国已经砸开了光伏及新能源电池的路子,相信芯片我们也一定能攻克

清风
--来自广东
希望有关部门千方百计好好留住梁孟松在大陆发展

王凯
--来自山东
中国有自己的操作系统,只是推广不到位

小时代
--来自山东
但愿我们能知耻而后勇。

胡泽江
--来自安徽
70亿地球人的生活需求造就了今日的科学技术水平,之后才有了台积电,苹果,华为,三星,联想,英特尔,戴尔…………!

Zyt
--来自浙江
14nm到底出没出来?怎么没看到国产14nm芯片啊?

牲产队
(作者)
中芯国际可以。

&杰锅锅
--来自广东
有没有其它的什么产品或者创新能代替芯片的方式存在?

Mark
--来自广东
还是研究大脑吧,有了超能大脑打败一切[捂脸]

2号绳经
--来自四川
突破需要idea,量产才需要打工人,这也算是另外一种分工协作吧

None#null%undefined&像风
--来自陕西
浸润式光刻直接让asml打赢了日本厂家,尼康一蹶不振
Intel当年自大不给苹果代工,消费类电子手机芯片直接喂的台积电独步天下,要省电省电要性能有性能,
台积电确实在关键时刻做出了正确选择

十年·张
--来自河南
中国也出个法案,必须在中国投资

刘崭
--来自河南
中芯国际也要遵守美国的政策监管要求!很多人也许都不知道这点

红楼梦魇
--来自福建
我们应该考虑在冰蚀超车

有间
--来自四川
捞够了的已上岸,没捞着在观望,国内的半导体已处于半死不活状态……

SzeTo Rui
--来自广东
想想看,为啥所有这些代工工艺,都是在日韩台,都是都围绕着东亚大陆周边,为啥他不围绕在欧洲周边,或者北美大陆周边。因为这些工艺要取得商业化发展,离不开完善的整个东亚产业链和高度发达的物流系统。整个产业链你就离不开中国大陆这个重要组成部分。政治上的事情不说,但是整个90年代到10年代,整个东亚构建了一个最完整的半导体工业链。

胡鹏飞
--来自山东
重视人才、重视研发,这就是科创板。

1212
--来自湖北
梁孟松前几年在中芯国际因为某个人到来,闹得要离职,他好像非常不擅长政治斗争

君陌丶
--来自浙江
大神就是大神,某些领域就是1和0的区别。

吴贵
--来自福建
总想着弯道超车,这本身就是一种投机心理。弯道超车需要更牛的技术,你在直行的时候都超不过别人,弯道也是很难超过的,大概率会翻车,除非你做好了翻车的准备。

HAO
--来自江苏
技术天才200万一年不够,得加钱

自由之风
--来自河南
葛大爷说了:“21世纪最缺的是什么?”
“人才!”


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