贏在 30% 厚度, 讓台積電連吃三代蘋果
早年, 蘋果 iPhone 處理器一直是三星的禁臠. 但台積電卻能從 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, 就是餘振華領導的「整合連結與封裝」部門, 開發的全新封裝技術 InFO, 能讓晶片與晶片之間直接連結, 減少厚度, 騰出寶貴的手機空間給電池或其他零件.
餘振華解釋, 手機處理器封裝後的厚度, 過去可厚達 1.3, 1.4 公釐. 「我們第一代 InFO 就小於 1 公釐, 」餘振華說. 也就是減低 30% 厚度.
「他讓台積電連拿三代蘋果訂單, 」與餘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 年的台積電第三季法說. 當時, 張忠謀毫無預兆擲出震撼彈──台積電要進軍封裝領域.
第一個產品, 叫做「CoWoS」 (Chip on Wafer on Substrate) . 意思是將邏輯晶片和 DRAM 放在矽中介層 (interposer) 上, 然後封裝在基板上.
他提到, 「靠著這個技術, 我們的商業模式將是提供全套服務, 我們打算做整顆晶片! 」
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餘振華, 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, 與一般台積電人的低調風格大不相同.
晶圓代工龍頭宣告跨入下遊, 市場登時對封測專業廠的前景打上問號.
日月光, 矽品只好到處消毒, 說 CoWoS 這技術只能用在「極少數」特定高階產品, 影響有限.
餘振華會毫不客氣的嗆回去, 「以後所有高階產品都會用到, 市場很大. 」
封測界的不滿逐漸累積. 終於在一場技術研討會爆發.
一位矽品研發主管在餘振華演講後發難, 「你的意思是說我們以後都沒飯吃了, 不用做事了? 」讓大會主持人趕緊出來打圓場.
不久之後, 餘振華突然在公開場合銷聲匿跡. 「我們想說他怎麼消失了, 後來就聽說, 是張忠謀出來, 要餘振華低調一點, 」一位不願具名的封測廠大廠主管說.
當時餘振華的直屬上司, 前台積電共同營運長蔣尚義接受《天下》專訪, 解釋台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, 並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.
張忠謀大力支援, 撥了 400 個研發工程師給餘振華, 他也不負眾望, 兩, 三年後順利開發出 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) 製造商賽靈思 (Xilinx) .
此時, 連在台積電輩分極高的「蔣爸」, 都感受到內部壓力. 「 (好像) 某人誇下海口, 要了大量資源, 做了個沒什麼用的東西, 」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, 用於 iPhone 5s 的 A7 處理器, 黑色樹脂裡頭, 採用的是超薄 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記憶體與處理器, 也有自家封測廠的半導體廠. 由它承製, 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, 儘管三星 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, 儘管已引進台積電, 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釐 1 美分.
但 CoWoS 的價格是這數字的 5 倍以上.
台積電當即決定開發一個每平方公釐 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, 」餘振華說. 他決定改用「減法」, 將 CoWoS 結構盡量簡化, 最後出來一個精簡的設計.
餘振華馬上向蔣尚義報告, 在白板上畫圖向他說明, 「我最後幾句話還沒講完, 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. 該技術是台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, 台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. 」
當台積電提出 InFO, 封裝經驗較台積電豐富的三星, 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.
因此錯失先機後, 三星要再衝刺自己版本的類 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, 當首度採用 InFO 技術的 iPhone 7 大量出貨之際, 台積電公告, 立下大功的餘振華, 晉陞為整合連接與封裝副總經理.
「一開始沒人看好, 」餘振華感歎.
一位出身台積電, 擔任封裝廠主管的前輩, 曾當面告訴他, 「你們台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, 而台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, 矽品只要 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 會讓台積電相對於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, 遠勝剛入門的台積電. 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. 而台積連前十名都排不進去.
這些看衰的意見, 都言之有理. 為什麼餘振華能夠逆轉乾坤, 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. 」
他斜靠著採訪地點的沙發, 慘然笑著.
原來, 那段時間, 正是他人生的穀底.
餘振華算是台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後留美, 在喬治亞理工學院拿到材料博士後, 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台積電, 曆經先進微縮技術處長, 先進模組技術處長.
一位與他認識的前半導體業主管指出, 當時餘振華「都走在技術的最前端」, 台積電的 CMP (化學機械平坦化) 製程, 便是他設立的.
台積電上一個裡程碑, 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, 餘振華負責的業務轉為銅導線與低介電物質, 歸類於「後段」製程.
原先他負責的先進模組技術, 此時由日後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製程研發, 幾年間移到後段, 最後落腳到「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.
深深吐出一口氣之後, 餘振華說, 「一開始人不多, 前段, 後段都我做嘛, 到後來人才多了起來, 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
餘振華透露, 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.
台積電的 InFo 與 CoWoS, 都屬於「晶圓級封裝」技術, 也就是直接在矽晶圓上完成封裝. 因此可以大幅縮小體積, 提高效能.
台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, 台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. 」一位台積電大客戶主管也說.
2016 年開始, 餘振華的漫長堅持, 終於開始看到曙光.
CoWoS 的新客戶大量出現. 他當年的預測成真: 最新, 最高階的晶片, 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) 推出該公司第一款採用 CoWoS 封裝的繪圖晶片 GP100, 為最近一波人工智慧熱潮拉開序幕. 包括, 翌年 AlphaGo 打敗世界棋王柯潔背後的 Google 人工智慧晶片 TPU 2.0, 這些舉世最高性能, 造價最高的人工智慧晶片, 都是 CoWoS 封裝, 台積電製造.
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 類神經網路處理器, 都不例外, 乖乖交給台灣競爭對手代工.
「沒有 CoWoS, 最近這麼一大波 AI 不會這麼快出來, 」餘振華自豪地說. 他並表示, 現在 CoWoS 的產能已供不應求.
他並透露, 手中還備有幾款秘密武器, 未來將一一現身.
過去幾年, 外界在看台積電, 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, 現在儼然成為台積電甩開三星, 英特爾的主要差異點.
追根究柢, 得歸功於餘振華這十年來的「堅持」.
「我覺得他是個典範, 」一位台積電主管說, 「這麼聰明能乾的人, 可是公司在人事上挪來挪去, 他沒有怨言, 你派我去做什麼就做什麼, 可是我做就一定做到最好. 」