三星半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直都是其利潤支柱和技術(shù)基石,從三星創(chuàng)立開始韓國就鼎立支持三星的發(fā)展,助力其進(jìn)入存儲芯片、CMOS圖像傳感器的全球第一梯隊(duì)。
2005年,三星電子開始進(jìn)入12英寸邏輯工藝晶圓代工領(lǐng)域,此后依靠與蘋果的合作三星得到了進(jìn)一步的發(fā)展,從2007年喬布斯發(fā)布第一款iPhone 開始,蘋果的第一代、第二代和第三代都是向三星采購的ARM架構(gòu)芯片,接下來的A4、A5、A6和A7也都是由三星代工。
2014年,三星在20nm上遲遲無法解決關(guān)鍵問題,良率不能滿足。而這時又是三星、臺積電和蘋果A系列處理器代工關(guān)系的轉(zhuǎn)變期。當(dāng)時,蘋果正在大力推行去三星化,一旦出現(xiàn)在技術(shù)、產(chǎn)能上可以與三星匹敵的供應(yīng)商,蘋果會馬上放棄三星。而臺積電2013年就已經(jīng)完成了產(chǎn)能提升,且在20nm制程上實(shí)現(xiàn)突破,良率也大幅提升。
在三星陷入危難之際,一個人改變了局面,他就是梁孟松,他出生于1952年,是加州大學(xué)柏克萊分校電機(jī)博士,畢業(yè)后曾在美國處理器大廠AMD工作幾年,在四十歲那年(一九九二年)返回臺積電。
在美國專利局的資料庫里,梁孟松參與發(fā)明的半導(dǎo)體技術(shù)專利有181件,全部都是最先進(jìn)、最專業(yè)、最重要先進(jìn)制程的技術(shù)研發(fā),因此他曾被稱為張忠謀的左右手。他曾經(jīng)幫助臺積電在130納米“銅制程”之戰(zhàn)中戰(zhàn)勝了IBM,確立了臺積電在晶圓代工市場的地位。
為臺積電立下了赫赫戰(zhàn)功的梁孟松原以為會獲得晉升的機(jī)會,卻沒想到臺積電從英特爾挖來先進(jìn)技術(shù)研發(fā)協(xié)理羅唯仁來做資深研發(fā)副總裁。
一怒之下2009年梁孟松從臺積電離職,當(dāng)年加入韓國成均館大學(xué)任教,2011年,三星高薪聘請梁孟松,三星承諾用三年就給梁開出在臺積電10年能賺到的錢,此外三星還出動行政專機(jī),載他和其它臺積電前員工往返臺灣和韓國,在如此豐厚的條件下,梁孟松選擇加入了三星。
梁孟松就力排眾議,主張三星放棄已經(jīng)跟不上節(jié)奏的20nm制程,直接由28nm制程升級14nm。
要知道在之前,芯片都是采用MOSFET 的結(jié)構(gòu),到現(xiàn)在已使用超過 40 年,當(dāng)半導(dǎo)體研發(fā)人員想要研發(fā)20納米以下芯片的時候發(fā)現(xiàn),當(dāng)閘極長度縮小到 20 納米以下的時候,遇到了許多問題,其中最麻煩的是當(dāng)閘極長度愈小,源極和汲極的距離就愈近,閘極下方的氧化物也愈薄,電子有可能偷偷溜過去產(chǎn)生“漏電”;另外一個更麻煩的問題,原本電子是否能由源極流到汲極是由閘極電壓來控制的,但是閘極長度愈小,則閘極與通道之間的接觸面積愈小,也就是閘極對通道的影響力愈小。
所以20納米以下的芯片需要采用全新的FinFET 技術(shù),也叫做鰭式場效電晶體。鰭式場效電晶體是閘極長度縮小到 20 奈米以下的關(guān)鍵,擁有這個技術(shù)的制程與專利,才能確保未來在半導(dǎo)體市場上的競爭力。
而這個技術(shù)的發(fā)明人是胡正明教授,也就是梁孟松的老師,當(dāng)梁孟松跳槽到了三星之后,臺積電在研發(fā)20納米以下芯片的時候,才發(fā)現(xiàn)了這個問題。
也正是因?yàn)榱好纤傻呐Γ?2015年2月16日,三星宣布將量產(chǎn)14nm芯片,并且搭載在手機(jī)里,而此次臺積電才掌握16nm技術(shù)。
而臺積電與三星之間矛盾的爆發(fā),是蘋果A9處理器之爭,原本蘋果芯片是三星的獨(dú)門生意,后來因?yàn)榕_積電制程領(lǐng)先,蘋果選擇了臺積電代工A8處理器,而在A9處理器代工上,三星制程又再次領(lǐng)先,等于又有了話語權(quán)。
三星14納米FinFET提不僅拿下了蘋果的單,又拿下高通的大單,一時間可謂春風(fēng)得意。
三星14納米投產(chǎn)
這家曾被張忠謀稱為“雷達(dá)上一個小點(diǎn)”的韓國企業(yè),讓臺積電準(zhǔn)備了約十年時間的16納米FinFET初嘗敗績,要知道之前,臺積電在28納米制程工藝芯片市場的占有率接近100%,堪稱在晶圓代工市場擁有壟斷性的地位。這也是臺積電近十多年以來,首度在邏輯制程技術(shù)落后亞洲同業(yè)。(當(dāng)然,在此次事件之后,臺積電加緊了研發(fā),在10nm、7nm、5nm上都實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)先)
在這場最關(guān)鍵的一戰(zhàn)中,梁孟松起到了決定性的作用。以一人的去留,能左右兩家半導(dǎo)體企業(yè)的消長。梁孟松因此被譽(yù)為半導(dǎo)體行業(yè)的傳奇。
三星在此次之后可以說抓住機(jī)會迅速發(fā)展,2017年,三星分拆晶圓代工部門,讓該部門獨(dú)立發(fā)展,并進(jìn)行巨額投資。三星下決心讓獨(dú)立運(yùn)營發(fā)展的晶圓代工部門與只專注代工的臺積電正面競爭。并且,三星在策略上很激進(jìn),就是開出更優(yōu)惠的價格搶奪客戶訂單。
2019年,晶圓代工市場市占率前三名分別為臺積電(TSMC)的 52.7%、三星(Samsung)的 17.8% 與格芯(GlobalFoundries)的8%,三星穩(wěn)坐晶圓代工老二之位。
2018年,三星晶圓代工事業(yè)部門的收入100億美元左右,而在2013年,僅有20億美元。目前,三星想要在3nm技術(shù)上再次實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。從而超越臺積電。
在3nm節(jié)點(diǎn),三星將從FinFET晶體管轉(zhuǎn)向GAA環(huán)繞柵極晶體管工藝,其中3nm工藝使用的是第一代GAA晶體管,官方稱之為3GAE工藝。根據(jù)官方所說,基于全新的GAA晶體管結(jié)構(gòu),三星通過使用納米片設(shè)備制造出了MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多橋-通道場效應(yīng)管),該技術(shù)可以顯著增強(qiáng)晶體管性能,主要取代FinFET晶體管技術(shù)。
另外一方面,梁孟松的行為也讓臺積電惱羞成怒,其實(shí)早在梁孟松剛剛加入三星的時候,臺積電就擔(dān)心梁孟松會帶領(lǐng)三星實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展,2011年底,臺積電正式起訴梁孟松,指控其2009年離職,并從該年8月到三星集團(tuán)旗下的成均館大學(xué)任教以來,“應(yīng)已陸續(xù)泄漏臺積電公司之營業(yè)秘密予三星?!?/p>
“他去三星,就算不主動泄漏臺積機(jī)密,只要三星選擇技術(shù)方向時,梁孟松提醒一下,這個方向你們不用走了,他們就可以少花很多物力、時間,”臺積電法務(wù)長方淑華說。
而2014年,臺積電控告梁孟松侵犯營業(yè)祕密的民事訴訟,在二審時演出逆轉(zhuǎn)勝。梁孟松被判決不能給三星提供服務(wù)。
而此后中芯國際向梁孟松拋來了橄欖枝,2017年,梁孟松接受了邀請,梁孟松加入中芯國際被業(yè)界稱為“對中國半導(dǎo)體行業(yè)具有劃時代的意義”,“中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入梁孟松時代”。
中芯國際此前在28nm低階Polysion良率達(dá)到85%,但在主流28納米HKMG方面:面向華為的產(chǎn)線良率達(dá)到了80%;但高通的產(chǎn)品良率為40%到60%。按照行業(yè)60%良率risk production,80%成熟的理論,在高通上的生產(chǎn)更是不如預(yù)期。換個角度看,14nm等先進(jìn)制程能否如期推進(jìn)這個是值得推敲的。zuo w
而梁孟松在加入了中芯國際之后,僅僅用了300天的時間,中芯國際直接從28nm跨越到14nm,14nm芯片的良品率也從3%提高到了95%。在2019年完成量產(chǎn),而12nm的工藝開發(fā)也取得突破。
作為幫助臺積電成為全球龍頭老大的功勛人物,又幫助三星成為了第二個臺積電,如今在梁孟松的帶領(lǐng)下,中芯國際會有什么樣的蛻變呢?讓我們拭目以待!