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2019-07-06 15:36

瑞幸咖啡(LKUS)“顺道赚钱”

  全球经济一片愁云惨雾,多数金融机构都预期2020年,将是金融海啸以来经济表现最差的一年。

  对台积电电(TSM.US)4万多名员工而言,前景却是一片灿烂,如同11月2日,台积电运动会举办时,新竹秋高气爽的艳阳天一般。

  “明年,将会是大大成长的一年,”董事长刘德音在司令台致词时,慷慨激昂地说。这句话,第二天出现在各大报的头条。如同呼应刘德音的喊话,外资券商也纷纷上调台积电的获利预期。

  例如,美商伯恩斯坦证券便在3天后,将台积电股价从285元上调到330元,并预期2020年、2021年,这两年每股获利将年均成长20%,远高于过去几年的个位数。巴伦更在10月18日刊出头条新闻,”台积电电夺走英特尔的皇冠”。开头就写,台积电电开足马力,这对英特尔(INTC.US)而言是坏消息。

  为何景气低迷时,台积电能大踩油门,在未来两年,每年增加约40%的天文数字投资,甚至可望创造较过去高出2、3倍的成长?台积电的经营层看到什么?分析师又看到什么?我们采访多位相关人士,归纳出四个致胜关键。

  第一个理由,也是最直接的,当然是刘德音在股东报告书写的,成功量产七纳米制程,领先其他同业至少一年。并且,今年6月成功量产业界首个商用极紫外光(EUV) 微影制程,也就是第二版本的七纳米技术N7+。

  此事意义深远。因为这是史上第一次,台积电在一个重要技术转折时,领先群雄。

  上一次重要的技术转折——导入3D电晶体(台积电、三星称为FinFET,英特尔称为Tri-gate ),台积电足足落后英特尔4年,落后◇•■★▼三星半年。这回的极紫外光(EUV)之役,却领先英特尔两年,英特尔要到2021年才会导入。

  很多改变历史的关键,往往是一些一开始不被注意的小事。而台积电这次得以甩开三星、英特尔,关键其实是几颗小到肉眼无法辨识的”灰尘”。

  目前半导体制程的主流光源是氩氟雷射,波长为193纳米,当电晶体尺度已微缩到几十纳米时,就像用一支粗毛笔写蝇头小字一般,生产起来有点力不从心。这也是近几年,摩尔定律即将告终声浪不断的主因。

  极紫外光的波长仅有13.5纳米,这支”超细字小楷”波长已经接近X光,世界上多数物体对它而言都是不透明,连空气都会干扰EUV,因此生产机台的内部得抽成真空。

  半导体技术,也因此正式进入皮米(picometer)时代,即纳米的千分之一。EUV只能用镜子反射,由德国蔡司◆▼产制的反射镜,得做到史无前例的完美无瑕,能容许的瑕疵仅能是皮米大小。这相当于,如果镜面积有▼▲整个德国大,最高的突起处不能高于1公分高。

  例如,包括台积电自制的光罩基板(mask blank),是一片6吋大小的明亮圆镜,造价数百万。上头80层多层膜反射层,跑进去几颗纳米级的灰尘,都会对芯片良率造成巨大影响。

  独家供应EUV机台的荷兰商艾司摩尔(ASML)研发副总经理严涛南表示,现在已经从一开始的100颗,慢慢减少到个位数。若从艾司摩尔的曝光机飘•●下灰尘,更是不能容忍。严涛南表示,技术规格是,每曝1万片晶圆,只能掉1颗,”我们已经非常接近。”

  因为控制灰尘太难,EUV量产阶段的最关键技术,是一片▷•●薄如蝉翼,厚度只有50纳米,相当于一根头发直径千分之一的透明薄膜。这片”光罩护膜”(pellicle),用在晶圆生产的光罩上头。用来隔○▲-•■□绝细微的尘粒。否则,只要一颗尘粒掉到光▲=○▼罩上,可能导致整批芯片作废。

  在10月的法说,当分析师群起追问EUV的进度时。台积电总裁魏哲家胸有成竹地说,”我们已经准备好了,”并强调,”台积★△◁◁▽▼电自己生产光罩护膜。”

  因为光罩护膜太难做了,处处得挑战物理的极限。要将矽◁☆●•○△磨到仅有50纳米厚,但EUV照射时,瞬间局部温度会升到数百度。”有点震动,啪,就裂掉了,”一位供应商说。

  光罩护膜一旦破碎,瞬间飘出的细微碎屑会污染生产机台,得花7天整理,形同产线星期。台积电供应商透露,三星跟英特尔都卡在光罩护膜这关,导致EUV生产效率迟缓。

  一位供应商表示,台积电另辟蹊径,在光罩盒加上特殊的防尘设计,意外发现,可以不靠光罩护膜,就达到一定的良率,便大胆量产。”这有可能,”严涛南表示,虽然他不知道台积电最新技术突破的细节,但台积电很早就投入研发”不用光罩护膜的方案”。技术瓶颈一突破,台积电就开始踩油门,大举量产EUV制程。

  EUV微影机每台售价超过1亿美元,是人类史上最贵的”工具机”。尽管台积电与艾司摩尔都不揭露台积电进了多少EUV机台。根据财政部资料,台湾今年向荷兰进口的”半导体生产设备”暴增,光是今年1到10月,就高达33.8亿美元,相当于过去两年全年进口量。

  当时金融海啸刚过,景气还在谷底,张忠谋刚回任执行长,看好智慧型手机的未来需求,竟大笔一挥,将翌年(2010年)的资本支出,倍增至59亿美元,大盖当时最先进的28纳米产能。在众人惊呼中,奠定台积电日后的高速成长。

  10月的台积电第二季法说,里昂证券分析师便问台积电总裁魏哲家,台积电今明两年的大手笔扩建,会不会预期产生,与2010年那次扩建28纳米产能类似的荣景吗?

  没想到,魏哲家竟意外地切换到”深刻反省”模式。”我知道你在说什么,”他说,”但我认为,台积电已经更加聪明……我们这次扩充产能,经过跟顾客的紧密合作与很详细的分析,我有信心,我们不会再犯★-●=•▽过去的错误。”

  “这次的扩产,其实台积电内部有不同声音,”一位外资分析师解释。28纳米制程是台积电史上最成功的制程。但后期因过度扩建、同业杀价竞争,现在反而成了台积电最大的累赘。今年上半年毛利率偏低,主要就是28纳米产能利用率”非常低”的拖累。

  因为担心如此大规模的投资,会重蹈28纳米”先盛后衰”的覆辙,台积电内部规划部门一开始抱持反对意见,”而且一路呈到最上面,”一位分析师说。但最后刘德音、魏哲家还是决定”大踩油门”。另一个重要理由是,竞争者追不上,因为”EUV的技术门槛远远比28纳米的高介电金属闸极(HKMG)要高,”魏哲家说。

  但奇怪了,EUV早年可是英特尔一手扶持的技术,2012年,艾司摩尔研发进度延宕,台积电还与英特尔、三星三巨头各出102亿元台币资助。大家都▲●…△出钱出力。为什么台积电对该技术特别有信心?

  艾司摩尔的研发副总严涛南是活生生的见证。他曾是台积电20多年的研发老将,曾任主导台积电EUV研发的资深处长,两年前才加入艾司摩尔。他早在1990年代后期,就跟当时长官林本坚赴美观察EUV的进展。”那时台积电不大,但是研发就已经看得很远了,”严涛南说。

  接下来,他派一个研究员去比利时的爱美科(Imec)半导体研发机构,参与和艾司摩尔合作的开发案,一开始状况很不乐观,实验机台有大部份时间,都处于故障状态。两年时间,只寄回来20片晶圆。”但是绘制的线图非常漂亮,”所以当时刚回锅的资深研发副总蒋尚义,就批准买一台样机研究。

  要让EUV实际上阵量产,难题无数,其中最棘手是如何产生足够强度且稳定的光源。目前的方法,简直像是做高能物理实验一般。在真空环境用超高能量的雷射,射击一滴滴仅有细菌大小的锡滴,锡滴会瞬间气化,变成高热的电浆,同时产出EUV光线。

  整个反应过程,浪费许多能量,因此最后输出功率极低,甚至有好几年停留在40瓦,距离250瓦的量产目标甚远。业界不少人因此质疑,EUV永远无法进晶圆厂量产。

  2014年9月,是一◇=△▲个分水岭。严涛南牢牢记得那个晚上,他在新竹厂里加班,跟艾司摩尔工程师一起尝试,最后看到90瓦输出功率,大为振奋。

  他立刻将结果带到10月在美国华盛顿举行的业界盛会EUVL Symposium发表,引起台下听众一阵惊呼。为了确认稳定性,研发资深副总罗唯仁立即要求,每天用EUV生产500片晶圆,连续生产1个月。

  一位业界资深人士分析,三星与英特尔主要生产自家产品,尤其是英特尔处理器毛利率高达70%,可以忍受缓慢的生产速度,因此”英特尔(对EUV)的态度比较保守。”

  但是为客户产品代工的台积电无法如此,因此全力协助艾司摩尔研发,要提升到每小时125片的量产速度,也就是250瓦的输出功率。

  “如果一直只有40瓦,那(台积电)就没有戏唱啊,我们就一直push、一直pus◆●△▼●h,”严涛南说,多数艾司摩尔的EUV技术突破,都是千里迢迢地从美国或荷兰,拿到竹科12厂的研发工厂,完成首度量产测试。

  尽管如此,一个封装大厂主管透露,台积电的EUV版7纳米虽已量产,但良▼▼▽●▽●率其实不佳,只有50%左右,形同切割出来的芯片,两片只有一片能用。这也是台积电7纳米产能吃紧的一大原因。

  因此,台积电在今年追加的40亿美元左右的资本支出,其实有15亿用来扩增7纳米产能,其他25亿,才是用在明年第一季就要量产的5纳米产能。

  抢不到台积电产能,”前阵子很多人跑到三星看,去找备胎,”这位封装大厂主管说,”但是台积电老神在在。”

  尽管三星”宣称”已在去年底量产采用EUV的7纳米制程,但却因为良率问题。”所以大家看了之后,又回来●台积电排队,”他表示。

  因为记忆体景气低迷,三星近来加码晶圆代工事业。在今年4月发表”半导体愿景2030”,宣布要在2030年达到记忆体之外的半导体业务世界第一的目标,打败英特尔、台积电。

  三星更随后预告,将跳过5纳米,直接在3纳米制程导入全新的”环绕式闸极结构”(Gate-All-Around,GAA),借着重新设计电晶体底层结构,可让尺度减少45%、性能提升35%、电力消耗减少50%——几乎等于摩尔定律微缩一个世代的好处。

  而且,三星▲★-●★◇▽▼•公告的量产时间是2021年,竟然比台积电3纳米的预定量产时间还早一年。

  当线月份的台积电法说,刘德音当众吐槽三星,他指出,台积电的5纳米跟3纳米,都是货真价实的”全节点微缩”(full-node shrink),”这跟我们竞争对手的技术蓝图不一样喔,所以你如果比较他们的”3”,其实是跟(台积电的)”5”比较接近。”

  一位外资分析师解释,刘德音这段话暗示,三星”偷斤减两”,利用换上全新的电晶体结构,效能大幅提升之际,假装再微缩一个世代,称为3纳米,其实实际尺度仅较7纳米微缩一个世代,与台积电明年第一季量产的5纳米同一等级。所以台积电还是领先三星。

  而且,一位台积电前任研发主管透露,台积电研发GAA结构已有10多年历史。

  甚至早在2004年,台积电就在半导体业界知名的”国际超大型积体电路技术研讨会”(VLSI)发表论文,公开以GAA技术设计的5纳米电晶体。”只看台积电要不要在(3纳米)这时候就拿出来,”这位主管说。

  所有高科技公司最大的梦魇,就是所处的领域的技术演进已到尽头,即将进入”传产化”(commoditization)的枯燥地狱,原本落后的追兵会一拥而上,价格★▽…◇一落千丈。例如现在的太阳能、LED。

  2016年,当时还担任台积电董事长的张忠谋,接受专访时表示,摩尔定律停止的时间点,可能会在2025年左右,停在2纳米制程。

  现在,距离这个”大限之日”只剩6年,台积电也已经着手研发2纳米。(延伸阅读:地表最接近工业4.0!台积电电两大独门武器首度公开)

  在台积电运动会后的记者会,记者再问心情很好的张忠谋,还坚持他当年的末日预言吗?他笑咪咪地回答,他已经不再预测摩尔定律的结束日期,”这种东西要怎么说呢,就是”山穷水尽疑无路、柳暗花明又一村”。”

  刘德音随后补充,台积电有信心做到1纳米以下,更重要的是——他举了微软执行副总沉向洋前一周在台湾半导体协会(TSIA)年会的演讲为例,”沉向洋的keyword就是,”在AI的世界,计算能力永远是不够的”(computing power is never enough)。”

  “永远不够,”刘德音又强调一次,”这是我们驱动最尖端科技的一个confirmation(保证)。”这其实呼应张忠谋过去的说法,摩尔定律其实是个经济定律,如果市场不愿付钱买最新技术,摩尔定律自然走不下去。

  例如,过去一直有人质疑,除了苹果(AAPL.US)、高通(QCOM.US),还有谁用得起、或者需要用昂贵无比的3纳米技术?

  但进入AI、5G(AI的通路)的时代,登时”柳暗花明又一村”。答案变成:每一家公☆△◆▲■司。

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