余振華指著一旁記者手中的 iPhone 說,「這個就有 InFO,從 iPhone 7 就開始了,現在繼續在用,iPhone 8、iPhone X, 以后別的手機也會開始用這個技術。 」
贏在 30% 厚度,讓臺積電連吃三代蘋果
早年,蘋果 iPhone 處理器一直是三星的禁臠。 但臺積電卻能從 A11 開始,接連獨拿兩代 iPhone 處理器訂單,讓業績與股價持續翻紅。
關鍵之一,就是余振華領導的「整合鏈接與封裝」部門,開發的全新封裝技術 InFO,能讓芯片與芯片之間直接鏈接,減少厚度,騰出寶貴的手機空間給電池或其他零件。
余振華解釋,手機處理器封裝后的厚度,過去可厚達 1.3、1.4 公厘。 「我們第一代 InFO 就小于 1 公厘,」余振華說。 也就是減低 30% 厚度。
「他讓臺積電連拿三代蘋果訂單,」與余振華熟識的前任半導體協會理事長、鈺創科技董事長盧超群說。
時間回到 2011 年的臺積電第三季法說。 當時,張忠謀毫無預兆擲出震撼彈──臺積電要進軍封裝領域。
第一個產品,叫做「CoWoS」(Chip on Wafer on Substrate)。 意思是將邏輯芯片和 DRAM 放在硅中介層(interposer)上,然后封裝在基板上。
他提到,「靠著這個技術,我們的商業模式將是提供全套服務,我們打算做整顆芯片! 」
這消息馬上轟傳全球半導體業。
梳著西裝頭,外表看起來像公務員的余振華,也從那時開始密集出現在國內外各大技術研討會,大力推銷這個自己發明、命名的新技術。
當時《天下》記者也對這位處長印象深刻,因為他侃侃而談、甚至舌戰群雄的模樣,與一般臺積電人的低調風格大不相同。
晶圓代工龍頭宣告跨入下游,市場登時對封測專業廠的前景打上問號。
日月光、硅品只好到處消毒,說 CoWoS 這技術只能用在「極少數」特定高階產品,影響有限。
余振華會毫不客氣的嗆回去,「以后所有高階產品都會用到,市場很大。 」
封測界的不滿逐漸累積。 終于在一場技術研討會爆發。
一位硅品研發主管在余振華演講后發難,「你的意思是說我們以后都沒飯吃了,不用做事了? 」讓大會主持人趕緊出來打圓場。
不久之后,余振華突然在公開場合銷聲匿跡。 「我們想說他怎么消失了,后來就聽說,是張忠謀出來,要余振華低調一點, 」一位不愿具名的封測廠大廠主管說。
當時余振華的直屬上司、前臺積電共同營運長蔣尚義接受《天下》專訪,解釋臺積電進入封測領域的來龍去脈。
原來,2009 年,張忠謀回任執行長,并請已退休的蔣尚義重新掌舵研發。 當時最主要任務之一,就是開發所謂的「先進封裝技術」。
「因為摩爾定律已經開始慢下來,從整個電子系統面來看,在電路板和封裝上,還有很大的改進空間,」他說。
過去幾十年,摩爾定律的耀眼光芒,讓整個電子系統其他部分的進步都顯得不起眼。 封裝產業的發展重點也因此移到降低成本,已許久沒有重大技術突破。 例如,業界主流的高階技術──覆晶,是 50 年前就開發的技術。
張忠謀大力支持,撥了 400 個研發工程師給余振華,他也不負眾望,兩、三年后順利開發出 CoWoS 技術。
但直到開始量產,真正下單的主要客戶只有一家──可程序邏輯門陣列(FPGA)制造商賽靈思(Xilinx)。
此時,連在臺積電輩分極高的「蔣爸」,都感受到內部壓力。 「(好像)某人夸下海口,要了大量資源,做了個沒什么用的東西,」他回憶。
沖沖沖,從三星手上搶下蘋果肥單
能否奪下 iPhone 處理器訂單尤其是關鍵。
這個舉世第一肥單,長年由三星獨攬。 例如 2013 年量產,用于 iPhone 5s 的 A7 處理器,黑色樹脂里頭,采用的是超薄 PoP(Package on Package)封裝,直接將一顆 1GB 容量的 DRAM 與處理器迭在一起封裝。
三星是舉世唯一可量產內存與處理器,也有自家封測廠的半導體廠。 由它承制,整個 A7 處理器可在「一個屋頂」下完成,在成本、整合度擁有巨大優勢。
因此,盡管三星 Galaxy 智能型手機帶給蘋果的威脅愈來愈大,蘋果仍無法擺脫對勁敵的依賴。 直到 2016 年的 iPhone 6s,盡管已引進臺積電,但仍須與三星對分處理器代工訂單。
導入 CoWoS 技術,理論上可讓處理器減掉多達 70% 厚度。 但客戶卻意興闌珊。
某天,蔣尚義和一位「大客戶」的硏發副總共進晚餐。 對方告訴他,這類技術要被接受,價格不能超過每平方公厘 1 美分。
但 CoWoS 的價格是這數字的 5 倍以上。
臺積電當即決定開發一個每平方公厘 1 美分的先進封裝技術,性能可以比 CoWoS 略差一些。
「我就用力沖沖沖,」余振華說。 他決定改用「減法」,將 CoWoS 結構盡量簡化,最后出來一個精簡的設計。
余振華馬上向蔣尚義報告,在白板上畫圖向他說明,「我最后幾句話還沒講完,蔣爸已經不管,馬上跑去跟董事長講,挖到一個大金礦。 」他回憶。
這就是首度用在 iPhone 7 與 7Plus 的 InFO 封裝技術。 該技術是臺積獨拿蘋果訂單的主要關鍵。
而且,不只一代。 包括幾個月前上市的 iPhone X、今年接下來的新款。 一位外資分析師表示,愈來愈多跡象顯示,甚至 2019 年、2020 年的蘋果新產品,臺積電通吃的可能性愈來愈高。
一位也曾參與蘋果訂單的封測廠高階主管則認為,三星算是「大意失荊州。 」
當臺積電提出 InFO,封裝經驗較臺積電豐富的三星,卻發生誤判,以為只要將既有的 PoP 技術稍微改良,就可達到蘋果要求的厚度水平。
因此錯失先機后,三星要再沖刺自己版本的類 InFO 技術,就已追趕不及。
打破不可能,「小媳婦」立大功勞
2016 年 11 月,當首度采用 InFO 技術的 iPhone 7 大量出貨之際,臺積電公告,立下大功的余振華,晉升為整合連接與封裝副總經理。
「一開始沒人看好,」余振華感嘆。
一位出身臺積電、擔任封裝廠主管的前輩,曾當面告訴他,「你們臺積電根本不可能成功! 」
首先,成本面難與封測廠競爭。 因為封裝廠也在發展類似技術,而臺積電的人力成本遠高過封裝業,因此要求產品毛利要達到 50%,但日月光、硅品只要 20% 就能做了。
外資分析師也看衰。 例如,美商伯恩斯坦證券分析師馬克?李(Mark Li)當時的研究報告寫著:「InFo 會讓臺積電相對于英特爾與三星更有競爭力嗎? 不,我們不認為。 」
他認為像三星跟英特爾在封裝領域累積的經驗與技術,遠勝剛入門的臺積電。 例如英特爾跟三星在「扇出型晶圓級封裝」的專利數分別名列全球第二、三。 而臺積連前十名都排不進去。
這些看衰的意見,都言之有理。 為什么余振華能夠逆轉乾坤,完成這個「不可能任務」?
他給了一個令人意想不到的答案,「就豁出去了, I have nothing to lose。 」
他斜靠著采訪地點的沙發,慘然笑著。
原來,那段時間,正是他人生的谷底。
余振華算是臺積電第一批歸國學人,加入時間甚至比蔣尚義還早。
他在清華大學念完碩士之后留美,在喬治亞理工學院拿到材料博士后,在著名的貝爾實驗室做半導體研究,1990 年代初期就回國加入臺積電,歷經先進微縮技術處長、先進模塊技術處長。
一位與他認識的前半導體業主管指出,當時余振華「都走在技術的最前端」,臺積電的 CMP(化學機械平坦化)制程,便是他設立的。
臺積電上一個里程碑,是成功在 2003 年量產、從此大幅拉開與聯電差距的 0.13 微米一役。
當時,受行政院表揚的 0.13 微米技術團隊 6 位主管,余振華負責的業務轉為銅導線與低介電物質,歸類于「后段」制程。
原先他負責的先進模塊技術,此時由日后投奔三星的梁孟松主管。
他從半導體廠投入資源最多、對產品性能影響最大的前段制程研發,幾年間移到后段,最后落腳到「半導體業的傳產」──封裝。
在這個追逐摩爾定律,以不斷「微縮」為主要使命的超高壓行業,這形同從最受矚目的一級戰區,被流放邊疆。
深深吐出一口氣之后,余振華說,「一開始人不多,前段、后段都我做嘛,到后來人才多了起來,我就一直退、退、退,退到封裝去了。 」
5 年燒壞幾千片晶圓,開創 CoWoS 封裝時代
余振華透露,那段時間不只工作變化大,連家庭、家人也出現狀況,人生陷在低潮,讓他反而燃起破釜沉舟的決心。
臺積電的 InFo 與 CoWoS,都屬于「晶圓級封裝」技術,也就是直接在硅晶圓上完成封裝。 因此可以大幅縮小體積、提高效能。
臺積電身為全球第一個量產晶圓級封裝的半導體大廠,走在前線,便有層出不窮的技術難題得解決。 例如,棘手的 Warpage(晶圓繞曲)問題。
一位也參與蘋果訂單的封裝業高層透露,臺積電付出昂貴的學費,5 年間產線燒壞了幾千片昂貴的晶圓。
「聽說良率一直上不去,直到去年才達到八成。 」一位臺積電大客戶主管也說。
2016 年開始,余振華的漫長堅持,終于開始看到曙光。
CoWoS 的新客戶大量出現。 他當年的預測成真:最新、最高階的芯片,真的都非得用 CoWoS 不可。
因為 CoWoS 可讓此類產品的效能提升 3 到 6 倍。
該年,輝達(Nvidia)推出該公司第一款采用 CoWoS 封裝的繪圖芯片 GP100,為最近一波人工智能熱潮拉開序幕。 包括,翌年 AlphaGo 打敗世界棋王柯潔背后的 Google 人工智能芯片 TPU 2.0,這些舉世最高性能、造價最高的人工智能芯片,都是 CoWoS 封裝、臺積電制造。
甚至,連 2017 年底,英特爾與 Facebook 合作推出,要挑戰輝達壟斷地位的 Nervana 類神經網絡處理器,都不例外,乖乖交給臺灣競爭對手代工。
「沒有 CoWoS,最近這么一大波 AI 不會這么快出來,」余振華自豪地說。 他并表示,現在 CoWoS 的產能已供不應求。
他并透露,手中還備有幾款秘密武器,未來將一一現身。
過去幾年,外界在看臺積電、三星、英特爾的三雄競爭,眼光都擺在 7 奈米、EUV 等夢幻技術的進度。 結果,原先不起眼的封測部門,現在儼然成為臺積電甩開三星、英特爾的主要差異點。
追根究柢,得歸功于余振華這十年來的「堅持」。
「我覺得他是個典范,」一位臺積電主管說,「這么聰明能干的人,可是公司在人事上挪來挪去,他沒有怨言,你派我去做什么就做什么,可是我做就一定做到最好。 」