“九命怪猫”黄崇仁

创办力晶之前,黄崇仁创办的力捷电脑股份有限公司,靠着研发打印机和扫描仪曾大赚一笔,这位弃医从商的“门外汉”对市场异常敏锐的嗅觉让他找到了第一座金矿——为苹果代工。

当时市面上扫描仪几乎全是黑白产品,黄崇仁却快人一步推出彩色扫描机。由于这种对新技术的投入,力捷在1996年取得了苹果电脑授权并为其制造MacClone系列相容电脑,此后力捷逐渐转型为电脑制造厂商并成功上市,黄崇仁一夜暴富,这期间除了结识乔布斯,黄崇仁还为力晶建立做好了充足准备。

1994年,黄崇仁创办的力晶半导体以DRAM(动态随机存取存储器,目前最常见的系统内存)杀入行业。正值DRAM行业的黄金时期,依靠从日本三菱电机获得的技术授权,力晶开始筹建DRAM生产线,并先后盖下1座8英寸晶圆厂和2座12英寸晶元厂,购入了旺宏12英寸晶圆厂,并与瑞萨电子达成AG-AND快闪记忆体技术授权协议。

技术授权方式,是台湾当时发展DRAM的主流模式。获得技术授权的厂商能够快速将技术转化为产品并占领市场,协同上下游产业进一步研发更先进产品。

凭借这些技术授权,力晶一年获利2000亿新台币,甚至一度超过台积电和联电,黄崇仁的财富也随之节节高升,最高峰的2005年,他的身价达到36．84亿新台币,排名全台富豪28名,但此时,DRAM代工厂的好日子也即将到头。

2008年,伴随金融危机影响,DRAM周期性价格暴跌,加之三星代表的韩国存储厂商砸下重金血洗存储市场,台湾地区的DRAM厂商遭受巨额亏损。

2012年12月,力晶股价暴跌到0．29元新台币,按照相关规定,力晶面临退市,黄崇仁背上1200亿新台币债务,股民们拉起横幅站在黄崇仁家门口,“炒股赚钱,坑杀散户”,28万股民因此咒骂力晶。

这是当时众多DRAM厂商的一个缩影,在市场暴跌和对手资本入侵面前,无力承担风险的中小厂商纷纷倒闭,一些大型DRAM厂商开始艰难转型,例如当时南亚科技、华邦转型为利基型DRAM(用于液晶电视、数字机顶盒等消费型电子产品),茂德转型为IC设计公司,而力晶也开始从DRAM转型为晶圆代工。

但正是在这一时期,力晶抓住了三个重要机会,并且在八年后成功“复活”。

首先是美光科技以25亿美元收购日本芯片厂商尔必达。由于当时力晶曾与尔必达成立瑞晶电子,根据协议,美光在收购尔必达同时,还要以3．34亿美元收购力晶科技所持的24%瑞晶电子股份,力晶也由此拿下了美光当时最先进的25纳米技术记忆体的技术专利授权,让其有了活下去的资本。

一位力晶内部工程师回忆道:“力晶早在美光并购尔必达前,就买下尔必达‘半套’技术,内部基于此技术继续开发。”这为力晶之后开发被称为“穷人的5纳米”的3D WoW技术做好了准备。

第二是苹果的驱动IC订单。力晶下市欠下巨额债务时,所有人都不看好力晶,但苹果iPhone 4、iPhone 5推出时,大家才发现,其驱动IC都采用了力晶的产品,这些订单既让力晶赚到钱继续还债,也拯救了其糟糕的口碑。

2014年,力晶成为iPhone 6 LCD驱动IC生产线之一,总销量达2．5亿部的iPhone 6系列不但让苹果股价迅速抬升,也成为力晶从负债千亿到大赚百亿的关键,黄崇仁提到:“当银行怀疑力晶是否有办法从DRAM公司转到晶元代工公司的时候,苹果让他们知道力晶的实力,因为苹果是最最严苛的。”

第三个机会是2018年的MOSFET大缺货。MOSFET是最基础的电子器件,凭借高频、电压驱动、抗击穿性好等特点,应用于电源、变频器、CPU及显卡、通讯、汽车电子等众多领域。精明的黄崇仁敏锐捕捉到了市场变化,并让力积电扩产了5万片,把MOSFET的产能全部吃下,力晶再次大赚一笔。

从2012年到2020年,黄崇仁用8年时间还掉了1200亿新台币负债,也成为中国台湾唯一一家下市之后重新上市的半导体公司,命硬的他也因此被外界称为“九命怪猫”。

2019年,力晶科技将晶圆厂及相关资产让与力晶积成电子(力积电),黄崇仁完成力晶“重生”,到2020年重新上市时,其开盘股价暴涨170%,上市当天股价一度达到84元新台币,28万股民解套。

转型:“穷人的5纳米”

与台积电、联电等晶圆代工厂不同,力积电从DRAM转做晶圆代工可谓是“半路出家”,其技术实力并不出众,不但工厂没有对手多,晶元制程技术也没有对手那样先进。

据统计,台积电在中国台湾设有3座12英寸超大晶圆厂、4座8英寸晶圆厂和1座6英寸晶圆厂,南京1座12英寸晶圆厂以及美国2座8英寸晶圆厂,月产能100万片,联电则有12座晶圆厂,月产能75万片,而力积电则只有2座8英寸及3座12英寸晶圆厂,月产能20万片,实力上和前两位相差很大。

从制程来看,力积电也不敌台积电甚至联电。前者的先进制程技术将目标放在14纳米、10纳米、7纳米、5纳米甚至更先进,联电则以25纳米作为其晶元代工重点,并和三星结盟成为其OLED驱动代工厂,而力积电则集中在90到40纳米制程之间,这种情况之下,力积电究竟如何能够实现高速增长并坐到了台湾半导体第三的宝座?

黄崇仁曾在公开场合提到他“反摩尔定律”的观点,在他看来随着芯片领域制程越来越先进,芯片设计会愈发困难,从投入产出来说,巨额资金能否换来巨额回报存在疑问,其中巨大风险显而易见,而这种风险对承受能力低的企业来说很可能是致命的。

(研发成本和收益关系预测,数据来自IC Insight)

摩尔定律指出,在过去,价格不变的情况下,集成电路上可容纳的元器件数目大约每隔18个月增加一倍,性能也会提升一倍,这意味着晶片制程每隔1-2年就会进步一次,而相关产业自1965年摩尔定律提出之后的二十多年时间里,也始终遵循这一规律向前。

但到1999年,摩尔定律遇到了第一次危机——漏电。

当时,由于晶片内的晶体管增加,芯片内部栅极不断被挤压,当栅极长度低于20纳米时,芯片出现电流失控,源极的电流穿透栅极,直接打到漏极,发生漏电,此时芯片发热量急剧上升,便直接报废。

漏电问题难以解决,摩尔定律开始受到一些人的质疑,但随着胡正明博士提出FinFET解决方案之后,质疑慢慢消失。在传统晶体管结构中,控制电流通过的闸门,只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开,属于平面的架构,而FinFET架构中,闸门呈类似鱼鳍的叉状3D架构,可于电路的两侧控制电路的接通与断开,这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电,也被称为鳍片结构。

鳍片结构在理论上解决了漏电问题,但实现起来难度极高,毕竟晶体管的体积都是以纳米计算,在这种精度上改变形状难度可想而知。所以更先进制程需要的前期投入巨大,黄崇仁曾推算过,建造12寸晶圆厂,生产28纳米产品,耗费资金约36亿美金,但到了7纳米时代,晶圆厂投入动辄就要200亿美金起。

更大的风险还在后面,由于新工艺的开发并非建立在前一代工艺良率稳定的基础上,因此对芯片半研发来说,科学家一直都在挑战制程极限,这也是英特尔、高通等芯片大厂在公布技术路线图时往往出现同时研发多个工艺节点的情况,因为很可能花了很多钱之后,做出来的概率依然很低。

这种情况下,过去业界习惯于用功耗、性能和面积等方式去评估芯片的方式开始发生转变,价格、能耗比、成熟度、良率等指标开始成为一些厂商关注的重点。

事实上,除了我们每天使用的手机和电脑芯片对于先进制程有更高要求之外,目前大部分智能应用场景所需的芯片可能连28纳米工艺都用不到,但背后依然有广阔市场空间,这就为那些不追求最顶尖技术的半导体公司打开了另一条路。

(大部分智能场景所需芯片连28纳米工艺都用不到,资料来自德勤)

力积电正是“追求市场占有率,而非最先进技术”的半导体公司之一。尽管在芯片制程上落后于台积电和联电一大截,但黄崇仁还是通过技术上的积累为力积电找到了突破口。

其一便是逻辑与DRAM晶元堆叠技术3D WoW(3D Wafer on Wafer)。力积电与爱普合作研发,通过将台积电生产的55纳米CPU和自家38纳米DRAM经爱普公司异质整合之后,实现了远超先进制程的效能与速度,相比英伟达16纳米处理器多出9倍效能的速度,相比AMD 7纳米芯片还多出6倍运算速度,但却比先进制程芯片价格更低,因此也被称为“穷人的5纳米”。

3D WoW技术正是基于力积电在DRAM时代的宝贵经验开发而成,黄崇仁曾说过,DRAM和逻辑分开大家都会做,但叠在一起却只有爱普和力晶两家会做,这项技术不但会让芯片速度变得很快,而且“是面向下个世代的技术”,事实上,类似技术也是苹果、谷歌等厂商关注的焦点。

去年苹果推出的M1芯片,其核心理念芯片是将移动处理器上的DRAM内存堆叠在AP(应用处理器)上的设计方法,通过这种方式不但减小了芯片面积、降低传输延迟和发热,还能为“统一内存架构”提升运行速度,也因此成为苹果从X86转为ARM架构最关键的改变。

其二,力积电还有一个降低成本占领市场的武器,那便是利用铝制程来做芯片。相较于其他晶元代工厂利用铜制程来制作芯片,铝制程晶圆片的成本进一步降低,这也是力晶过去在DRAM领域积累下来的技术,成为力积电占领市场,提升毛利率的关键。

力积电财报显示,从2019到2020年,其毛利率从7%提升到了25%,这其中就离不开其3D WoW以及铝制程技术的投入。可以说尽管力积电在先进制程领域追赶不上台积电和联电等厂商,但其能够抓住市场机会并针对性推出产品,以低价格高毛利获得利润,这是力积电能够成功上位的关键所在。