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一个「小媳妇部门」为何能让台积电击败三星、独吃苹果?

行业头条IT技术学习2352018-04-25 收藏0次评论

2017 年 11 月 21 日上午,台积电董事长张忠谋出现在总统府。

他很难得坐在台下当配角,看着部属、研发副总余振华从总统蔡英文手中领奖,边鼓掌。

这是我国科学领域最高荣耀,两年颁发一次的总统科学奖。

过去得奖者都是中研院院士。

张忠谋不但推荐余振华角逐,得奖后,还亲自道贺,让余振华又惊又喜。

结束后,张忠谋也不疾不徐对现场媒体详述部属功绩。

余振华得奖,靠的是他潜心研发两个先进封装技术──InFO(整合扇出型封装)跟 CoWoS,并指着一旁记者手中的 iPhone 说,「这个就有 InFO,从 iPhone 7 就开始了,现在继续在用,iPhone 8、iPhone X,以后别的手机也会开始用这个技术。

」 赢在 30% 厚度,让台积电连吃三代苹果 早年,苹果 iPhone 处理器一直是三星的禁脔。

但台积电却能从 A11 开始,接连独拿两代 iPhone 处理器订单,让业绩与股价持续翻红。

关键之一,就是余振华领导的「整合连结与封装」部门,开发的全新封装技术 InFO,能让晶片与晶片之间直接连结,减少厚度,腾出宝贵的手机空间给电池或其他零件。

余振华解释,手机处理器封装后的厚度,过去可厚达 1.3、1.4 公厘。

「我们第一代 InFO 就小于 1 公厘,」余振华说。

也就是减低 30% 厚度。

「他让台积电连拿三代苹果订单,」与余振华熟识的前任半导体协会理事长、钰创科技董事长卢超群说。

时间回到 2011 年的台积电第三季法说。

当时,张忠谋毫无预兆掷出震撼弹──台积电要进军封装领域。

第一个产品,叫做「CoWoS」(Chip on Wafer on Substrate)。

意思是将逻辑晶片和 DRAM 放在硅中介层(interposer)上,然后封装在基板上。

他提到,「靠着这个技术,我们的商业模式将是提供全套服务,我们打算做整颗晶片!」 这消息马上轰传全球半导体业。

梳着西装头,外表看起来像公务员的余振华,也从那时开始密集出现在国内外各大技术研讨会,大力推销这个自己发明、命名的新技术。

当时《天下》记者也对这位处长印象深刻,因为他侃侃而谈、甚至舌战群雄的模样,与一般台积电人的低调风格大不相同。

晶圆代工龙头宣告跨入下游,市场登时对封测专业厂的前景打上问号。

日月光、硅品只好到处消毒,说 CoWoS 这技术只能用在「极少数」特定高阶产品,影响有限。

余振华会毫不客气的呛回去,「以后所有高阶产品都会用到,市场很大。

」 封测界的不满逐渐累积。

终于在一场技术研讨会爆发。

一位硅品研发主管在余振华演讲后发难,「你的意思是说我们以后都没饭吃了,不用做事了?」让大会主持人赶紧出来打圆场。

不久之后,余振华突然在公开场合销声匿迹。

「我们想说他怎么消失了,后来就听说,是张忠谋出来,要余振华低调一点, 」一位不愿具名的封测厂大厂主管说。

当时余振华的直属上司、前台积电共同营运长蒋尚义接受《天下》专访,解释台积电进入封测领域的来龙去脉。

原来,2009 年,张忠谋回任执行长,并请已退休的蒋尚义重新掌舵研发。

当时最主要任务之一,就是开发所谓的「先进封装技术」。

「因为摩尔定律已经开始慢下来,从整个电子系统面来看,在电路板和封装上,还有很大的改进空间,」他说。

过去几十年,摩尔定律的耀眼光芒,让整个电子系统其他部分的进步都显得不起眼。

封装产业的发展重点也因此移到降低成本,已许久没有重大技术突破。

例如,业界主流的高阶技术──覆晶,是 50 年前就开发的技术。

张忠谋大力支持,拨了 400 个研发工程师给余振华,他也不负众望,两、三年后顺利开发出 CoWoS 技术。

但直到开始量产,真正下单的主要客户只有一家──可程式逻辑闸阵列(FPGA)製造商赛灵思(Xilinx)。

此时,连在台积电辈分极高的「蒋爸」,都感受到内部压力。

「(好像)某人夸下海口,要了大量资源,做了个没什么用的东西,」他回忆。

冲冲冲,从三星手上抢下苹果肥单 能否夺下 iPhone 处理器订单尤其是关键。

这个举世第一肥单,长年由三星独揽。

例如 2013 年量产,用于 iPhone 5s 的 A7 处理器,黑色树脂里头,採用的是超薄 PoP(Package on Package)封装,直接将一颗 1GB 容量的 DRAM 与处理器叠在一起封装。

三星是举世唯一可量产记忆体与处理器,也有自家封测厂的半导体厂。

由它承製,整个 A7 处理器可在「一个屋顶」下完成,在成本、整合度拥有巨大优势。

因此,儘管三星 Galaxy 智慧型手机带给苹果的威胁愈来愈大,苹果仍无法摆脱对劲敌的依赖。

直到 2016 年的 iPhone 6s,儘管已引进台积电,但仍须与三星对分处理器代工订单。

导入 CoWoS 技术,理论上可让处理器减掉多达 70% 厚度。

但客户却意兴阑珊。

某天,蒋尚义和一位「大客户」的硏发副总共进晚餐。

对方告诉他,这类技术要被接受,价格不能超过每平方公厘 1 美分。

但 CoWoS 的价格是这数字的 5 倍以上。

台积电当即决定开发一个每平方公厘 1 美分的先进封装技术,性能可以比 CoWoS 略差一些。

「我就用力冲冲冲,」余振华说。

他决定改用「减法」,将 CoWoS 结构尽量简化,最后出来一个精简的设计。

余振华马上向蒋尚义报告,在白板上画图向他说明,「我最后几句话还没讲完,蒋爸已经不管,马上跑去跟董事长讲,挖到一个大金矿。

」他回忆。

这就是首度用在 iPhone 7 与 7Plus 的 InFO 封装技术。

该技术是台积独拿苹果订单的主要关键。

而且,不只一代。

包括几个月前上市的 iPhone X、今年接下来的新款。

一位外资分析师表示,愈来愈多迹象显示,甚至 2019 年、2020 年的苹果新产品,台积电通吃的可能性愈来愈高。

一位也曾参与苹果订单的封测厂高阶主管则认为,三星算是「大意失荆州。

」 当台积电提出 InFO,封装经验较台积电丰富的三星,却发生误判,以为只要将既有的 PoP 技术稍微改良,就可达到苹果要求的厚度水準。

因此错失先机后,三星要再冲刺自己版本的类 InFO 技术,就已追赶不及。

打破不可能,「小媳妇」立大功劳 2016 年 11 月,当首度採用 InFO 技术的 iPhone 7 大量出货之际,台积电公告,立下大功的余振华,晋升为整合连接与封装副总经理。

「一开始没人看好,」余振华感叹。

一位出身台积电、担任封装厂主管的前辈,曾当面告诉他,「你们台积电根本不可能成功!」 首先,成本面难与封测厂竞争。

因为封装厂也在发展类似技术,而台积电的人力成本远高过封装业,因此要求产品毛利要达到 50%,但日月光、硅品只要 20% 就能做了。

外资分析师也看衰。

例如,美商伯恩斯坦证券分析师马克?李(Mark Li)当时的研究报告写着:「InFo 会让台积电相对于英特尔与三星更有竞争力吗?不,我们不认为。

」 他认为像三星跟英特尔在封装领域累积的经验与技术,远胜刚入门的台积电。

例如英特尔跟三星在「扇出型晶圆级封装」的专利数分别名列全球第二、三。

而台积连前十名都排不进去。

这些看衰的意见,都言之有理。

为什么余振华能够逆转乾坤,完成这个「不可能任务」? 他给了一个令人意想不到的答案,「就豁出去了, I have nothing to lose。

」 他斜靠着採访地点的沙发,惨然笑着。

原来,那段时间,正是他人生的谷底。

余振华算是台积电第一批归国学人,加入时间甚至比蒋尚义还早。

他在清华大学念完硕士之后留美,在乔治亚理工学院拿到材料博士后,在着名的贝尔实验室做半导体研究,1990 年代初期就回国加入台积电,历经先进微缩技术处长、先进模组技术处长。

一位与他认识的前半导体业主管指出,当时余振华「都走在技术的最前端」,台积电的 CMP(化学机械平坦化)製程,便是他设立的。

台积电上一个里程碑,是成功在 2003 年量产、从此大幅拉开与联电差距的 0.13 微米一役。

当时,受行政院表扬的 0.13 微米技术团队 6 位主管,余振华负责的业务转为铜导线与低介电物质,归类于「后段」製程。

原先他负责的先进模组技术,此时由日后投奔三星的梁孟松主管。

他从半导体厂投入资源最多、对产品性能影响最大的前段製程研发,几年间移到后段,最后落脚到「半导体业的传产」──封装。

在这个追逐摩尔定律,以不断「微缩」为主要使命的超高压行业,这形同从最受瞩目的一级战区,被流放边疆。

深深吐出一口气之后,余振华说,「一开始人不多,前段、后段都我做嘛,到后来人才多了起来,我就一直退、退、退,退到封装去了。

」 5 年烧坏几千片晶圆,开创 CoWoS 封装时代 余振华透露,那段时间不只工作变化大,连家庭、家人也出现状况,人生陷在低潮,让他反而燃起破釜沉舟的决心。

台积电的 InFo 与 CoWoS,都属于「晶圆级封装」技术,也就是直接在硅晶圆上完成封装。

因此可以大幅缩小体积、提高效能。

台积电身为全球第一个量产晶圆级封装的半导体大厂,走在前线,便有层出不穷的技术难题得解决。

例如,棘手的 Warpage(晶圆绕曲)问题。

一位也参与苹果订单的封装业高层透露,台积电付出昂贵的学费,5 年间产线烧坏了几千片昂贵的晶圆。

「听说良率一直上不去,直到去年才达到八成。

」一位台积电大客户主管也说。

2016 年开始,余振华的漫长坚持,终于开始看到曙光。

CoWoS 的新客户大量出现。

他当年的预测成真:最新、最高阶的晶片,真的都非得用 CoWoS 不可。

因为 CoWoS 可让此类产品的效能提升 3 到 6 倍。

该年,辉达(Nvidia)推出该公司第一款採用 CoWoS 封装的绘图晶片 GP100,为最近一波人工智慧热潮拉开序幕。

包括,翌年 AlphaGo 打败世界棋王柯洁背后的 Google 人工智慧晶片 TPU 2.0,这些举世最高性能、造价最高的人工智慧晶片,都是 CoWoS 封装、台积电製造。

甚至,连 2017 年底,英特尔与?Facebook 合作推出,要挑战辉达垄断地位的 Nervana 类神经网路处理器,都不例外,乖乖交给台湾竞争对手代工。

「没有 CoWoS,最近这么一大波 AI 不会这么快出来,」余振华自豪地说。

他并表示,现在 CoWoS 的产能已供不应求。

他并透露,手中还备有几款祕密武器,未来将一一现身。

过去几年,外界在看台积电、三星、英特尔的三雄竞争,眼光都摆在 7 奈米、EUV 等梦幻技术的进度。

结果,原先不起眼的封测部门,现在俨然成为台积电甩开三星、英特尔的主要差异点。

追根究柢,得归功于余振华这十年来的「坚持」。

「我觉得他是个典範,」一位台积电主管说,「这么聪明能干的人,可是公司在人事上挪来挪去,他没有怨言,你派我去做什么就做什么,可是我做就一定做到最好。

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