製程戰爭 UMC、GF 及 SMIC 這些二三線晶圓代工廠

andy2000a

在 Samsung 和 TSMC 之後，接下來看看 UMC、GF 及 SMIC 這些二三線晶圓代工廠。

UMC 原本是家 IDM，也就是設計結合製造，其發展過程也充滿傳奇與坎坷。比如說台灣當初第一顆自有 x86 cpu 就是由聯電生產出來，其性能甚至比 Intel 本家生產的更好，但這顆 CPU 其實是逆向工程搞出來的，踩了一大堆 Intel 專利，後來也理所當然的被告賠錢了事。原本 UMC 在當時董事長張忠謀的領導之下，沒錯，張忠謀曾當過 UMC 的董事長，而他當初並無意打算進入晶圓代工業務，而當時的總經理曹興誠則極力想要說服張忠謀推動 UMC 成為專業晶圓代工廠，但張忠謀一直沒有答應。後來張忠謀離職創立 TSMC，馬上帶領 TSMC 成為專業晶圓代工廠，後來也被尊為台灣晶圓代工之父，但其實整個過程都不單純。曹興誠雖不高興，不過 UMC 後來也在他領導之下，將設計部分剝離，成立著名的 Mediatek 和 Novatek，UMC 本體則成為純粹的晶圓代工事業體。

umc
Global Foundry 與 UMC 其實在某種程度上相當類似，Global Foundry 則從 AMD 獨立出來的純粹晶圓代工廠。當初 AMD 創辦人 Jerry Sanders 曾說有晶圓廠才是真男人，但後來被 Intel 打的唏哩嘩啦，在虧損連連的情況下，不得已就把晶圓代工部門獨立出來，由 AMD 和阿布達比的 ATIC 合資創立 Global Foundry，後來 AMD 實在窮到快啃樹根了，只得把剩下的股份都賣給 Global Foundry，自此 Global Foundry 與 AMD 再無瓜葛。

Global Foundry 和 UMC 這對可說是難兄難弟，最初在製程技術的發展其實和 TSMC 相差不會太遠，頂多就是一代或半代的差別，UMC 甚至曾短暫領先 TSMC，但後來聽信 IBM 的推銷，採用其基於 Gate-first 的製程技術之後，兩家代工廠發展就極為不順，終於被 TSMC 遠遠超越。

TSMC 原本也是走 IBM 的 Gate-first 技術，但後來在蔣尚義的主導下，改走 Intel 的 Gate-last 技術，IBM 當初宣稱 Gate-first 具有 Die-size 小，且開發更簡易的優點。但事實上，如果採用 Gate-first 製程製作 HKMG，那麼由於用來製作 high-k 絕緣層和製作金屬柵極的材料必須經受退火工序的高溫，導致 PMOS 管的 Vt 臨界電壓上升，影響晶片性能，而隨著製程的微縮，Vt 電壓也會越來越難控制，我們都知道，製程微縮的目的除了 Die-size 的縮減以外，功耗的控制一直是更重要的目的，若 Vt 臨界電壓失控，功耗將難暴增，製程微縮也將失去意義，包含 UMC、Global Foundry，以及當初的 TSMC 都在追求製程微縮的過程中遇到這個問題，TSMC 在 28nm 勇敢拋開 Gate-first 轉向 Gate-last，從此一飛沖天，到現在已經逼近 Intel 的製程腳步。

Samsung 原本在 32nm 製程同樣採用 Gate-first 技術，但是在經過某件事情之後，快速發展出自己的 Gate-last 28nm 製程，此後 20nm、14nm 亦都是基於 Gate-last。

Gate-last 在功耗控制能力上比較優秀，但是製程工序比較複雜，但複雜的工序可以靠燃燒新鮮肝臟解決，Vt 臨界電壓必須透過材料的調配、精確的熱處理與蝕刻技巧，換句話說，Gate-first 像是藝術品，難以被形成合理工序來進行複製，而 Gate-last 則像是精密的電子量產品，要做很麻煩，但找對方法、有足夠新鮮肝臟，就可以大量複製。

GlobalFoundries

回到正題，UMC、Global Foundry 都敗在 IBM 的 Gate-first 之下，不過 2014 年 UMC 在晚 TSMC 幾年之後也同樣轉進 Gate-last 技術，但失去的時間無法彌補，UMC 原本準備直接攻上 14nm，但還在學爬就想飛，想當然是搞不定，後來 UMC 也縮回去繼續做 28nm，並且前進中國設廠，搶中國代工生意先機，默默穩住純晶圓代工第二名的地位。

Global Foundry 則是對 IBM 的 Gate-firs t相當堅持，也因此 Global Foundry 自有製程至今亦只能提供 28nm 製程的代工，勉強算是與 UMC 站在同一條競爭線上。但因其良率遠低於 UMC， AMD 也曾因此大吃苦頭，原本規劃好的生產計畫被迫終止，並轉移陣地到 TSMC，導致時程嚴重推遲，後來相關產品線的挫敗也讓 AMD 的處境雪上加霜。後來 Global Foundry 雖也開始提供 14nm 製程的代工服務，但此技術基本上來自 Samsung 的技術授權，Global Foundry 僅提供機台與工廠。 Global Foundry 不干於落後其他競爭者，在與 Samsung 合作的同時，也偷偷搞自己的 14nm 製程，但與 UMC 相同，如果沒有 Samsung 的技術支援，其自有製程技術也還是處在地上爬的階段，不可能堪用。後來 Global Foundry 另外推出 22nm FD-SOI 製程，目前也還在紙上談兵的階段，但作為兼顧合理成本與代工產品泛用性的目的，其可行性還是比貿然推自有 14nm 製程來得高。當然，Global Foundry 還是不放棄先進製程的夢，其目標放到 7/10 nm。Global Foundry 目前技術水平雖然跟 UMC 差不多，但口氣明顯大很多。只是其規劃的自有 7/10nm 製程還是基於 IBM 的技術，以其過往績效推算，如果能在 2020 年達成目標，就已經是老天保佑了。

Global Foundry 目前依靠來自 Samsung 的 14nm 技術，將有機會吃到包含 Qualcomm、Apple 與 AMD 的新晶片代工生意，如此將有助於改善其財務結構，畢竟過去在製程技術的落後導致營收節節下滑，2014 年更把晶圓代工排名第二讓給 UMC，在虧損不斷的情況下，ATIC 也縮減對其金流的援助，目前 Global Foundry 在設備更新的資金非常緊，如果沒辦法靠自己找到錢，未來的先進製程永遠只是個夢。

最後我們來看看 SMIC，也就是中芯，SMIC 是由中國政府主導，張汝京所創立。當年張汝京回到台灣後成立由中華開發等股東投資的 WSMC，成為 TSMC、UMC 之後的台灣另一家晶圓代工廠。

2000 年間，台積電併購 WSMC，張汝京旋即離開 WSMC，轉戰到中國創立 SMIC。但 SMIC 的發展非常坎坷，除專利官司敗訴賠了 10 億美元給 TSMC，張汝京本人也在 2009 年被 SMIC 董事會開除，作為將晶圓代工帶進中國的教父等級人物，其下場其實相當悲涼，不過張汝京也尋求在中國東山再起，不只先後創了幾家光電公司，最近也在上海創立了新昇半導體，要生產 12 吋半導體矽晶圓材料，不過考慮到其與 TSMC 之間的惡劣關係，恐怕只能賣給除了 TSMC 以外的晶圓代工廠。

SMIC 在製程的發展相當不順利，除了脖子被 TSMC 緊抓著，28nm 推出之後也幾乎沒有客戶，2014 年中國政府找 Qualcomm 專利授權的麻煩，Qualcomm 則是回報以在中芯投產主流 4G 晶片 Snapdragon 410，中國最終也對 Qualcomm 輕輕放下，不只如此，事實上還幫 Qualcomm 開拓了新客源。

smic

來自 Qualcomm 的代工訂單可以說幫 SMIC 打了一劑定心針，這也是截至目前為止，SMIC 的 28nm 製程的唯一客戶，原因就是 SMIC 的 28nm 良率甚至遠低於 Global Foundry，一年幾千萬顆的 Snapdragon 410 訂單就已經讓 SMIC 喘不過氣。但因為 TSMC、UMC 等晶圓代工廠非常重視中國半導體的市場，即便整個產業生態面臨衰退，也都前仆後繼的要進中國，TSMC 預計在 2017 年在中國投產 16nm 製程，UMC 則是在廈門搶先 TSMC 量產 12 吋 28nm 製程，換句話說，不論在目前主流製程，或者是未來的先進製程，SMIC 都沒有太多空間，SMIC 也只能靠低階製程吃部分低階控制晶片的生意，也因此營收拓展不開。SMIC 隨後藉由中國政府政策支持，拿到 300 億人民幣的產業基金補助，並藉以擴充生產設備，後續也將因此拿到 Hisilicon 和 Broadcom 的代工訂單，否則其連基本的存活都很困難，更不用談下一步的製程發展，但無論如何，其技術層次與領先團隊差距太遠，恐怕數年內都難追趕上領先隊伍。

icc刘处长

tomedavid

好文章