台积电发展史：（七）无限战争（上）

摘自 见小曰明辉

28纳米以下工艺中2D晶体管效能已逼近极限，业界开始引入3D晶体管技术。早在2000年，在美国国防部高级研究计划局的资助下，胡正明及其团队提出了立体结构的FinFET解决方案，开发出当时世界上体积最小、通过电流强度却是最大的晶体管。可以说，胡正明的发明使得摩尔定律又延续了几十年；下一步就是解决FinFET商业化的问题，以实现28纳米之后的工艺技术突破。

1、先战英特尔

2001年，张忠谋邀请胡正明来到台积电担任CTO。即便在互联网泡沫破灭的三年中，台积电也依然在不计成本加速消化FinFET工艺，不断尝试量产。

然而，十年后的2011年，英特尔率先宣布已经验证3D晶体管的商业化，推出业界首个22纳米微处理器。2012年，英特尔又率先量产22纳米FinFET工艺芯片，保持了业界领先优势，并与两家做FPGA芯片设计的公司签署了晶圆代工合同。2013年2月，英特尔宣布为FPGA行业排名第二的阿尔特拉代工芯片，顿时业界哗然：作为半导体行业霸主、IDM厂最坚固的堡垒、多年瞧不上晶圆代工业务的英特尔，竟然对开放芯片代工合同业务开始感兴趣，想要成为开放式的晶圆代工厂，力求行业每家公司都能使用英特尔的制造技术。率先掌握3D晶体管工艺让英特尔获得了切入高端晶圆代工的机会，就像当年IBM用率先掌握的铜工艺技术抢占高端市场一样。

对于失去阿尔特拉这样的大客户，张忠谋一边表示“非常遗憾”，一边表示英特尔涉足晶圆代工是“把脚伸到池子里试试水温……相信英特尔很快会发现，水是很冰冷的”。之所以这样说，是因为英特尔习惯了当老大，从来都是别人服务他，他难以放低姿态去适应自己的全新定位。作为一家IDM厂，英特尔自有产能一定优先满足自己的电脑CPU，因此，他做代工服务时必定不会高效服务外部客户。更重要的是，台积电的大客户多数是英特尔的竞争对手，他们不可能将订单交给英特尔生产，英特尔的订单只能来自微软、谷歌、亚马逊和思科等系统企业，他们的订单品种多、数量少，业务做起来很麻烦。

高通董事长的评价是：英特尔的业务模式是大批量生产单一芯片，而台积电在生产芯片方面采用不同的模式，非常灵活，能同时制造多款不同产品，生产过程由软件控制。此前，英特尔就已经错失了乔布斯真诚递来的手机处理器芯片订单，但没有珍惜，因为乔布斯给出的价格较低，而且他们没有料到，iphone的实际销量比任何人想象的都高出100倍，英特尔本以为这笔订单无利可图，这才给了三星电子的机会。当时晶圆代工的全球市场规模仅有100多亿美元，这么小的规模当然不会被年营收300亿美元的英特尔放在眼里，拒绝苹果订单是“理所当然”。

一个新业务往往一开始的量并不大并且利润微薄？然而，世间又哪里去找那么多暴利的新兴业务？

另一个重要原因是，垄断电脑CPU的英特尔拥有60%以上的毛利率，他们可以容忍较低的生产良率，并且能率先采用新技术生产。而台积电的毛利率50%左右，必须在达到较高的良率之后才能为客户量产。近年来，半导体行业两次根本性创新（2007年的HKMG技术和2011年的FinFET技术）都源于英特尔率先取得技术突破，台积电则用3~4年才跟上，英特尔一向是台积电追随的标杆企业。但是，相比于只擅长造电脑CPU的英特尔，台积电的多客户、多领域使其拥有更大的学习曲线优势，在先进工艺上慢慢追上了英特尔。

过去，英特尔的工艺经常领先台积电1~2代，但从45纳米开始，台积电开始抢先半步，几乎比英特尔快半个节点。即：英特尔的线路图是45、32、22纳米，台积电则是40、28、20纳米，后者尺寸大约是前者的9/10。蒋尚义认为，若按同样的路线演进，台积电做的别人也能做，那就占不到市场优势；若抢在前面，就有了优势。由于全球排名前20的IDM和芯片设计企业都与台积电有合作，他们都在按台积电的工艺标准进行芯片设计，这就让台积电的工艺路径成为业界标准，迫使其他晶圆代工厂在工艺标准上向台积电靠拢。

到了3D晶体管时代，比台积电提前3年量产的英特尔，本可以再次从容拿下苹果的订单，连阿尔特拉这样与台积电合作超过20年的老客户，都能被英特尔抢走，谁都认为苹果A+处理器订单落入英特尔手中是早晚的事。然而，令人难以置信的是，英特尔可能根本就没想和苹果合作，它打算利用3D晶体管的巨大领先优势复制自己在CPU上的成功经验，继续走IDM道路，力推自己主导的CISC路线的X86架构，进而垄断智能手机和平板电脑市场，通吃移动领域CPU的所有利润。为了让自己擅长的X86架构成为移动领域的主流技术路线，英特尔不惜血本对合作伙伴进行大量补贴，在2013和2014年在移动领域亏损73亿美元。然而，如此代价，获得的市场份额也仅有1%，因为相比ARM架构能耗的硬伤无法解决。

就像许多历史上辉煌的公司一样，过去的成功经验往往成为新业务拓展的障碍。英特尔从反面完美诠释了这句话。英特尔在移动领域CPU市场上屡战屡败，不仅一无所获，还给了台积电和三星追赶的时间。可见，只是技术领先，若没有生态支持，或转变商业模式和管理思维，同样不会胜出，PC时代的苹果与微软系统之争也曾证明过这点。

2、再战三星电子

按照台积电的原有规划，16纳米与三星电子及英特尔的竞争中应该能稳操胜券，拿下苹果A9订单如探囊取物，因为16纳米与20纳米有95%的设备可以共享，凭借台积电对20纳米的熟悉和相关技术与经验的延续，这个乐观并不过度。当时台积电预计16纳米量产时间应该会比三星领先两年。

然而，2015年初，三星电子宣布16纳米正式量产，首先用来制造自己的顶级移动处理器Exynos 7420、用于Galaxy S6。高通的最新款骁龙820转单三星，一向追求最优用户体验的苹果也将一部分A9订单交给三星。这一消息，让台积电股价大跌，里昂证券认为台积电可能会失去八成苹果的新增订单，损失达到10亿美元以上。

三星的抢先量产，梁孟松发挥了至关重要的作用。在半导体行业，自己摸索一年的技术细节，不如懂行的说一句话，对于三星这样的大厂来说，很多技术问题就是一层窗户纸，只要有人指明方向。在28纳米以下的工艺上，全球形成了由英特尔主导的FinFET和由IBM主导的全耗尽型绝缘层上硅（FD-SOI）两条技术路线，FinFET技术较为复杂，主要利用垂直空间来解决晶体管做薄之后的漏电问题。FD-SOI技术相对简单，本质还是一种平面晶体管技术，在当时的技术下，氧化层做不到5纳米的厚度，因此迟迟无法取得技术突破。三星电子当时属于FD-SOI阵营，梁孟松建议放弃该路线，转向3D晶体管的FinFET技术研发，最终成功实现从28纳米跨代20纳米到16纳米的量产。

在半导体产业中，选错技术路线的代价非常昂贵。由于技术瓶颈难以突破，IBM阵营的格罗方德和联华电子都因为站错队而发展受挫。但台积电起诉三星侵权的难度也很大，因为大厂相互挖角是常事。台积电自己也从Intel和IBM挖了不少人。梁孟松加盟三星，直接抵消了台积电的技术优势，帮助三星重新夺回苹果SoC的订单。一位半导体学者感叹：当初台积电不让他走，今天就不会这么惨了。台湾媒体的遗憾是：台积电积累20多年，数千亿新台币研发打造的技术优势，一夕被抹平。

2015年1月的发布会上，张忠谋面色凝重的承认：没错，我们有点落后了，但我们会在明年追回来，在一个更大的市场取得更多份额。台积电股价应声上涨8%，投资者相信张忠谋会绝地反击。台积电也确实在筹备多线反击，将研发工程师增加11%至5690人，投入21亿美元研发，再创历史新高。最终在半年后的7月便投入量产，更高效的工艺在2016年Q1全面量产，性能提升40%，功耗降低50%，能够成功支持下一代高阶移动运算、网络通信及消费电子产品。

此时，华为的订单递补进来，麒麟芯片率先采用台积电最先进的技术，一步步缩小了与高通骁龙和苹果A系列的差距，成长为台积电的大客户。2016年成为前五，2018年贡献了台积电8%的营收，取代高通成为仅次于苹果的第二大客户，2019年营收占比达到14%。

苹果很快也为它在选择代工厂上的朝秦暮楚付出了代价。2015年9月，iphone 6S发布采用全新的A9处理器，CPU性能提升70%，GPU性能提升90%。三星拿走了三分之二的A9订单，但细心的苹果用户发现，三星代工的产品比台积电代工的续航时间少了两个小时，机身温度却上升了10%。这一消息引发热议，甚至有网络课程教用户如何识别三星代工的产品，尽早退货。

“芯片门”事件证明了台积电的产品质量胜于竞争敌手，2016年的iphone7系列A10芯片的全部订单。A10芯片是苹果的首款手机四核处理器，性能卓越，达到了电脑主机的级别，速度快过同时期的MacBook的CPU。2016年9月底，台积电市值突破4.75万亿新台币（1500亿美元），超过IBM、思科、德州仪器等美国知名IT企业。

2016年，三星电子晶圆代工业务达到43亿美元收入，增长61%，基本恢复到丢失苹果订单前的高水位。此时，高通贡献了三星代工40%的营收，但也仅有高通这么一个大客户。一直到2017年，三星晶圆代工业务营收都排在台积电、格罗方德和联华电子之后。

与对英特尔的轻蔑态度不同，张忠谋对三星这个对手深表敬佩，他表示自己在5年前就已经预测到三星会是强大的竞争对手，但在10年前可没想到三星有一天会这么强。他认为三星的长处是非常有决心和毅力，是个了不起的组织。三星是一家只要锁定一个领域便力争第一的企业，没有所谓的老二哲学，这一点让很多竞争对手都不由胆寒。