台积电是台湾集成电路制造股份有限公司的简称,又称TSMC,成立于1987年,总部在中国台湾,在半导体产业中首创专业集成电路制造服务模式。2023年,台积电为528个客户提供服务,生产了11,895种不同的产品,应用在了高效能运算、智能手机、物联网、车用电子与消费性电子等各种终端中。
目前,该公司在中国台湾设有4座12寸超大晶圆厂(GIGAFAB Facilities)、4座8寸晶圆厂和1座6寸晶圆厂,并拥有一家百分百持股的子公司——台积电(南京)有限公司的12寸晶圆厂,以及两家百分百持股的TSMC Washington美国子公司、台积电(中国)有限公司的8寸晶圆厂产能支持。
台积电是目前世界上最大的芯片代工厂,其市场份额占了六成以上,市值更是在今年7月份突破了1万亿美元大关。那么,台积电是怎么样成为全世界规模最大,最先进的芯片制造商的呢?接下来请跟随芯查查一起探究一下台积电的成长史吧!
台积电创立前夕
故事要从1974年说起。
那一年2月7日的一个早上,时任中国台湾的行政院秘书长费骅、经济部长孙运璿、交通部长高玉树、工业技术研究院院长王兆振、电信总局局长方贤齐、交通部电信研究所所长康宝煌和美国无线电公司(RCA)普林斯顿实验室总监潘文渊先生等7人,在台北市南阳街40号小欣欣豆浆店见面,进行了一个小时的交流。最终,七人确定了台湾往集成电路半导体发展的计划,为今天的台湾半导体大业奠定了基础。
这次“豆浆会”敲定了将芯片半导体产业作为台湾未来发展的中心。潘文渊先生告诉经济部长孙运璿,要想这项技术在台湾生根落地需要4年的时间、投入1,000万美金。孙运璿当即表示没问题,第二年就花费350万美元引进了RCA的半导体技术。
1977年10月29日,中国台湾建成了第一座半导体芯片工厂,并且于12月16日产出第一片晶圆。
1980年孙运璿当局出资5亿台币成立联华电子,当时民间资本的出资意向并不强,因为半导体产业是一个资本密集型产业,投入大周期长。当年美国《时代周刊》称,成立联电是台湾对动荡未来的一场赌注。
1984年,财政继续出资7,000万美元进行大型集成电路的研发。
1985年,已经54岁的张忠谋只身一人前往中国台湾,一个他从来都没有去过的地方,同时也是一个半导体产业非常落后的地方。他接受了中国台湾的邀请,担任工研院院长并兼任联电董事长。
张忠谋很快就看出了台湾半导体的根本问题,当时大部分的半导体企业都是传统的IDM模式,即从芯片设计、制造、封装、测试,到销售都一手包办。他认为, 如果一直维持这种一站式全包的经营模式,只会更加落后,还不如集中精力做好一件事,这件事就是芯片代工 。
艰难的起步
1987年在时任政务委员李国鼎的助推下,世界第一家专业的晶圆代工厂台积电在中国台湾新竹成立。
但其实起步阶段也异常艰辛,张忠谋曾在接受媒体采访时透露,当时没有一个人觉得他在中国台湾搞半导体能够成功,他先后写了十几封信给国外的半导体公司和投资人,想让他们投资,结果没有一个回复他。最后关头 ,荷兰的飞利浦答应注资台积电,加上中国台湾当局的开发基金及民间资本 ,1987年2月,台积电成立。
从一开始,张忠谋就想建立一家世界级的公司,基于在美国的管理经验,张忠谋远赴美国去请经理人。他为台积电建立规章制度,坚持职业化和制度化,将人治色彩降到最低,管理拒绝权威式领导,组织扁平化,内部沟通开放、将英语作为公司绝对主流语言,重视研发,用人唯才是举,员工与股东一起分享利润。至此,改变了整个半导体产业的格局。
成立一开始,就处于半导体行业萧条期,只有飞利浦这个大股东有一些订单支持,基本上接不到外部公司的大单,全年产能不到7,000片6英寸晶圆,第一年就亏损1亿台币。
没有订单,该怎么办?张忠谋想到了英特尔,他与英特尔的CEO格鲁夫私交甚好,而且当时英特尔为了应对东芝等日本芯片的低价竞争,有意将低端芯片外包,集中精力在最先进的微处理器上。
1988年,英特尔对台积电进行了一年的质量认证,提出了200多个整改点, 即便当时台积电的芯片制造技术落后英特尔2.5代,格鲁夫还是把部分订单交给了台积电,但价格很低,需要赔本做 。
不过,好处是,英特尔的认证,相当于免费的全球广告,其他订单纷至沓来,1988年底,成立不到两年的台积电首次实现了单月盈利,当年收入达到了10亿台币。
其实张忠谋原本想做内存代工的,但刚刚被日本内存打败的格鲁夫提醒张忠谋,内存产品型号单一,批量大,内存与CPU不可兼得。逻辑芯片产品种类繁多,工艺流程复杂。从此,张忠谋将晶圆代工的技术方向调整到了逻辑芯片上。这个提醒可以说价值连城,决定了台积电从一开始便拥有了最好的商业模式。
开始起飞
1991年初,全球半导体产业进入景气周期,个人电脑兴起,芯片需求量非常大,台积电的业务也开始起飞。这一年,台积电收入达到了45亿台币,同比翻番,公司从此进入盈利期。
- 1992年 ,台积电依靠巨额贷款将晶圆二厂产能扩大到7.6万片晶圆;
- 1993年底 ,开始建设8英寸三厂,这是IBM在早在1988年便建成的,也就是说台积电还有5年的发展差距;
- 1994年 ,台积电收入193亿新台币,增长57%,是行业增长的两倍,拥有137个客户,全球晶圆代工行业空间不到30亿美元,台积电占比23%;净利润85亿新台币,净利率达到44%。这年9月,台积电在中国台湾证券交易所上市,市值达到1200亿新台币,与初始投资额55亿新台币相比,增值20多倍。此时,飞利浦持股25%,开发基金持股24%,张忠谋仅持有0.84%。
随着台积电业务的向好,很多头部客户也开始转单台积电,比如赛灵思(后来被AMD收购),它被认为是第一家真正意义上的Fabless厂商,从一开始就决定甩开资本开支巨大,且耗时耗力的制造包袱。它的第一家代工供应商是日本精工,但很快就转到了台积电。如果没有台积电这样的独立专业的晶圆代工,赛灵思也很难成功。同样,有了赛灵思这样的先驱,代表了Fabless模式的成功,之后的芯片设计企业纷纷采用这一商业模式,芯片设计进入门槛大大降低,催生了大量Fabless企业,也早就了全球半导体产业的繁荣。
- 1995年 ,美国模拟和混合信号音频转换处理器厂商CIRRUS对台积电的营收贡献超过飞利浦,成为台积电超过10%营收,最大的Fabless客户。也是在这一年,NVIDIA的黄仁勋创业已经两年了,他设计出了芯片,但还没有找到资金兴建晶圆厂,于是他写信给张忠谋求助。随后,台积电出色地完成了NVIDIA的订单,帮助NVIDIA快速占领市场。
- 1996年后 ,CDMA通信网络兴起,移动电话开始普及,手机处理器芯片高通也逐步成为了台积电的大客户。
- 1997年 ,台积电成功在纽约证券交易所上市。
- 1998年 ,NVIDIA转型做显卡芯片,依然交给台积电来代工,第二年, NVIDIA提出了GPU概念,从此跃居全球显卡芯片龙头。
其实,另外一家GPU厂商ATI(后来被AMD收购)也是在台积电代工的。
持续研发,迈向无人区
接到了这么多订单的台积电,开始投入大量的资金去持续开发新的技术,台积电一直都没有停止扩张的步伐。1999年,建立了首座12寸晶圆厂。2000年,分别与德碁半导体,世大半导体合并,产能和技术再进一步的提升。
2000年时,美国科技公司IBM开始向芯片代工厂兜售他们最新的130nm制程技术,该技术以低电阻的铜,代替铝来作为导线材料。台积电当时并没有达到这个制程水平,也从来都没有使用过铜制程,不过他们并没有打算去购买IBM这项技术,而是加大投资,研发自己的铜制程技术。事实证明,台积电押对了。2001年, 台积电率先研制出Cu/Low-K技术 ,而IBM的技术未能走出实验室。凭借130nm的优势,台积电逐渐领先联电并扩大优势。
此前,晶圆代工行业的技术皆出自IBM授权,130nm制程攻关阶段,IBM也是业内首个发表Cu/LowK技术的公司,希望向台积电和联电销售该技术,但台积电认为IBM技术并不成熟,因此选择建立自己的研发团队。台积电研发成功也意味着IBM技术霸权被终结。十年后, IBM将代工业务转给Globalfoundries,退出代工行业。
当然,台积电的腾飞,还需要感谢它的老对手,三星电子的神助攻。因为他们把苹果这个大客户推给了台积电。
如今的苹果可以说是台积电最大的客户了,但其实苹果开始选择的代工合作伙伴是三星电子。但由于三星不仅有代工业务,还有智能手机、PC等业务,很多业务与苹果的产品线有重合,而且从2011年开始, 苹果和三星都是互相发起诉讼的状态,你告我抄袭,我告你侵犯我的专利。正是因为双方闹得很不愉快,才加速了苹果的去三星化,而当时能够大规模量产20nm制程的代工厂就只有台积电了,因此,苹果索性就把iPhone 6的A8处理器订单交给了台积电 。
虽然后来,在14nm制程上,台积电一度被三星电子反超,苹果把早期的A9处理器订单都给了三星电子。但有对比就有伤害,后来接到苹果A9订单的台积电生产的芯片明显比三星电子的更省电,于是,苹果将所有的A9订单都下给了台积电。
到了现在,苹果依旧是台积电最大的客户。能够成为苹果的固定供应商,意味着台积电要跟上苹果的节奏。苹果的处理器每年都会更新,已经从28nm,16nm,发展到现在最先进的3nm了,芯片的尺寸越来越小,能容纳的晶体管数量越来越多。所以台积电为了苹果的大单,必须时刻突破自己,芯片技术每年必须要提升。从这些提升中,台积电也掌握了更新的技术和超越业界的良率。
2022年,台积电宣布,开始量产3nm制程芯片,也会按照原计划,在2025年量产2nm芯片。目前在市场上,还能够跟台积电拼先进制程的对手,只剩下三星电子和英特尔了。但这两家公司,目前还威胁不到台积电,因为台积电有差不多60%的市场份额,而排名第二的三星电子仅有13%,其他的市场份额都被一些小公司瓜分完毕了。
全球扩张
经历了新冠疫情引发的全球芯片短缺后,世界各国发现,原来世界上所有的芯片,几乎都是亚洲制造的,为了改变这种局面,各国开始行动了,都想要有自己的芯片制造基地。比如欧盟委员会很快成立了自家的半导体联盟,目标是2030年前,欧洲生产的芯片至少要占到市场的20%;韩国加大了对半导体企业的激励措施计划;美国、日本、印度、东南亚各国等都纷纷大力投资半导体产业。
很多地方都开始邀请台积电到当地去建厂,目前台积电与合作伙伴宣布将共同投资位于德国德勒斯登的欧洲半导体制造公司(European Semiconductor Manufacturing Company, ESMC),兴建一座特殊制程晶圆厂。ESMC目标于2024年下半年开始兴建晶圆厂,并于2027年开始生产。
同时,台积公司持续执行其于美国亚利桑纳州建设并经营三座晶圆厂的计划,第一座晶圆厂依进度将于2025年初开始生产4nm制程技术;本月早期曾有报道称,该工程正在打造用于iPhone 14 Pro的A16 SoC芯片,虽然数量不多,但极具意义,预计未来几个月产量将会增加。而苹果的该款芯片采用的是N4P制程,该制程是台积电5nm家族之一,台积电称之为5nm 技术的增强版。亚利桑那州二厂最快会在2027年量产。第三座晶圆厂预计将在21世纪20年代底开始营运。据悉,台积电获得了美国政府66亿美元补助
台积公司位于日本熊本的子公司Japan Advanced Semiconductor Manufacturing, Inc.(JASM)的第一座晶圆厂已经在今年2月开幕,将于Q4量产12nm、16nm、22nm和28nm工艺产品;第二座晶圆厂将于2026年量产。其中一厂获得日本4,760亿日元的补助,二厂获得了7,320亿日元的补助。
此外,台积电在南京还设有工厂,主要生产16nm和28nm制程产品。
结局
当然,台积电也并不是没有隐忧,世界的格局在变,中国和美国的争端,从贸易战发展成科技战,各国都在试图去全球化。这些都是张忠谋时代没有发生过的事情,台积电这几年做出了很多的改变,除了更加积极地在国外兴建工厂以外,也一改之前保守的价格策略,这几年通过不断地涨价也提高了毛利率。唯一没变的是台积电一直保持花钱去大量的投资在研发上面,而且每年都在增加。
在未来,在新能源汽车,人工智能和虚拟现实等科技产业的推动下,半导体产业绝对会更蓬勃地发展,世界对芯片的需求只会有增无减,台积电的业务看起来还会增长。
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