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據知情人士向半導體行業觀察透露，臺灣半導體專家梁孟松昨天正式亮相中芯國際。這坐實了之前的加盟傳言。知情人士表示，梁孟松將會擔任中芯國際聯席CEO職位，負責中芯的研發。這個影響全球晶圓廠格局的男人加盟中芯負責先進制程的開發工作，對中芯國際而言，是一個巨大利好。從某個角度說可算是開啟了一個新的篇章。
圖一：梁孟松的照片
梁孟松曾先后任職臺積電和三星等公司。在擔任三星晶圓廠技術長的時候，梁還帶領三星在制程工藝上完成了對臺積電的反超，為此還引致了晶圓代工龍頭與梁孟松的一系列起訴，并在半導體市場掀起了軒然大波。
這次梁孟松加盟中芯國際，會給中國芯片制造業帶來什么？要了解這一切，得從梁孟松的履歷說起。
臺積電制程領先的幕后功臣
臺積電是晶圓產業的絕對龍頭。根據數據顯示，臺積電去年在晶圓代工領域的市場份額為50.6%，遙遙領先于格芯（9.6%）、聯電（8.1%）和三星（7.9%）。而在純晶圓代工廠的排名中，臺積電的市場占有率更是高達59%，同樣大幅度領先于后面的格芯、聯電和SMIC。
圖二：2016年純晶圓廠的營收排名
在進入21世紀之前，臺積電的工藝領先優勢并不是很明顯，但因為在本世紀初他們在130nm工藝擊敗IBM，取得了空前成功，一舉拉開了自己和其他競爭對手的差距，進而成就了今天的臺積電。而當時負責先進模組的梁孟松在這場勝利的主導者之一。
擁有臺灣國立成功大學電機工程學士和碩士，加州大學伯克利分校博士學位的梁孟松在半導體元件物理和制程技術，FinFET方面有深入的研究，相信師從FinFET發明者胡正明的經歷讓他受益匪淺。職業生涯早期，梁孟松在美國AMD擔任過相關職位。1992年，時年四十歲的梁孟松返臺工作，之后加入臺積電，任職工程師和資深研發處長。
回到2000年左右，當時臺積電的的晶圓代工比現在有過之而無不及，根據根據IC Insights調查顯示，臺積電2002年在晶圓代工產業已拿下56％市場，客戶總數也超過兩百家。在當時，臺積電面臨了增長歷程的一大重要決定。在談這個之前，我們先看一下當時集成電路的發展現狀。
據集成電路資深觀察家莫大康先生文章介紹，在摩爾定律的推動下，集成電路制程工藝進入了250nm階段，但由于金屬線層數急劇增加，金屬連線線寬也開始縮小，這就引致了連線系統中的電阻及電容的增加，這就大大影響了整體電路的操作速度。當時業界為了解決這個問題，提出了兩種解決辦法：一是采用更低電阻率的銅當導線材料；取代之前的鋁；二是選用Low-K Dielectric（低介電質絕緣）作為介電層材料。
來到了關鍵的130nm，IBM已經研發出了這個節點下的銅制程和Low-K材料，他們積極向臺積電和聯電兜售。當時的臺積電面臨兩個選擇：要不是自己開發；要不選擇輕易模式，從IBM獲取授權。而臺積電選擇了前者，聯電選擇了后者。
后來IBM的工藝由于良率等原因不能達成量產，而臺積電則因為自主研發的工藝取得了重大成功，一句拉開了和聯電以及其他廠商的工藝差距，這是后話了。
在這場漂亮的戰役之中，梁孟松的付出功不可沒。后面臺積電的先進工藝推進，梁孟松依舊發揮了不可忽視的作用。
任職臺積電17年之久的梁孟松于2009年離開這家晶圓巨頭，并給臺積電留下了五百多項專利，光在美國專利局的資料庫里，梁孟松個人參與發明的專利半導體技術有181件，數量上好像沒什么，但這181項全部都是最先進、最專業、最重要先進制程的技術研發。以至于梁后來入職三星，帶領三星在新工藝上完成對臺積電的反超，這又是另一個故事了。這件事也從側面證明了梁孟松的影響力。
助三星在14nm上完成對臺積電的反超
梁孟松于2011年入職三星，擔任研發部總經理，指導先進制程的研發。據臺灣媒體報道，三星14nm FinFET工藝就是在梁孟松的技術指導下研發的，這個工藝并在某個程度上完成了對臺積電16nm FinFET的反超。臺積電也憑此工藝搶下了高通的訂單。
而在此之前，2009年之后，三星推出45nm、32nm和28nm都與臺積電工藝高度相似，這就引發了臺積電對梁孟松的一些列訴訟，他們指出這是梁孟松侵犯臺積電商業秘密造成。連臺積電的一些資深高管也感嘆，當初張忠謀就不應該放走梁孟松。
而回到2009年，從臺積電卸任的梁孟松曾赴韓國成均館大學教書。由于這家大學是由三星投資的，聽課學院也有三星晶圓廠的員工，這引致臺積電的憤怒也是情有可原。
我們不想去探索這些糾紛背后的前因后果和誰對誰錯，只是想說明一下，為什么三星和臺積電都那么重視梁孟松，這與一項關鍵的技術有關。那就是前文提到的FinFET。
FinFET（Fin Field Effect Transistor，簡稱FinFET）就是鰭式場效晶體管，由美國加州大學伯克利分校的胡正明、 Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授發明。正式這種新技術的出現，才推動集成電路制程工藝發展到今天的10nm以下。
圖三：胡正明、 Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor照片
我們知道，在過去，集成電路制造中用到場效應管是MOSFET，這種2D的場效應晶體管使用了超過四十年，并且在摩爾定律的指導下，一代代縮短其閘極長度，但是隨著當閘極長度縮小到20 奈米以下的時候，遇到了許多問題，其中最麻煩的是當閘極長度愈小，源極和汲極的距離就愈近，閘極下方的氧化物也愈薄，電子有可能偷偷溜過去產生「漏電（Leakage）」；另外一個更麻煩的問題，原本電子是否能由源極流到汲極是由閘極電壓來控制的，但是閘極長度愈小，則閘極與下方通道之間的接觸面積（圖一紅色虛線區域）愈小，也就是閘極對通道的影響力愈小，要如何才能保持閘極對通道的影響力（接觸面積）呢？這就催生了FinFET。
圖四：傳統MOSFET的結構
由圖中可以看出原本的源極和汲極拉高變成立體板狀結構，讓源極和汲極之間的通道變成板狀，則閘極與通道之間的接觸面積變大了（吐五黃色的氧化物與下方接觸的區域明顯比圖四紅色虛線區域還大），這樣一來即使閘極長度縮小到20 納米米以下，仍然保留很大的接觸面積，可以控制電子是否能由源極流到汲極，因此可以更妥善的控制電流，同時降低漏電和動態功率耗損，所謂動態功率耗損就是這個FinFET 由狀態關變開（0變1）或開變關（1變0）所消耗的電能，降低漏電和動態功率耗損就是可以更省電的意思啰！
圖五：FinFET的構造
簡而言之，鰭式場效電晶體是閘極長度縮小到20納米以下的關鍵，擁有這個技術的制程與專利，才能確保未來在半導體市場上的競爭力，而梁孟松正是這個技術的的核心人物之一。這也是為什么三星晶圓代工技術在最近幾年能夠突飛猛進的原因之一。至于當中是否真的有侵犯臺積電的專利，作為旁觀者的我們不得而知，這就留給做讀者的你們的去判斷。
轉戰中芯國際，延續傳奇
無論是在臺積電還是三星，梁孟松的專業技能已經得到了充分的肯定，也夯實了他在半導體制程工藝的地位，這次加盟中芯國際，會否重演上兩次的成功，帶領中芯國際來一場成功過的超越呢。不過我們要意思到，和以上兩家相比，中芯國際的基礎還是差了一點。
由臺灣人張汝京博士牽頭成立的中芯國際于2000年十月成立于上海。在張博士的帶領下，中芯國際投入巨資開疆辟土，建立了不少的產線，但中芯的銷售額卻沒有相應幅度的提高，導致了自2005年以后的持續虧損，這個局面到了2010才扭轉。雖然如此，不能否認的是，中芯國際的成立在對中國半導體界來說有重要的意義，正是他的出現，讓中國制造自主芯片成為可能。
圖六：中芯國際過去十年的營收
但我們也應該見到，中芯國際在工藝水平上，與臺積電和三星、格芯甚至聯電相比都有很大的差距。
從中信國際2017年Q2的計步我們可以看出，以工藝節點劃分，中芯國際主要的營收來自于0.15/0.18工藝，最先進的營收目前只在28nm有少許貢獻，也就是6.6%。其他最先進的沒看到有任何進展。
圖七：中芯國際2017年Q2的營收劃分（按照工藝節點）
圖八：聯華電子2017年Q2營收（按節點劃分）
與之對比，我們來看一下SMIC最接近的競爭對手聯電的表現。
根據聯電的Q2財報，他們的14nm已經在這個季度貢獻了1%的營收，28nm的貢獻已經達到了28%。而中芯國際在14nm這方面，根據之前的消息透露，他們將會在2018年年底ready，2019年Q1推出。屆時聯電發展到什么地步，更別論臺積電和三星這些領頭羊。
圖九：領先晶圓廠的邏輯工藝roadmap
可見中芯國際面臨的挑戰還是很嚴峻的。我們來看一下梁孟松加入了以后，能夠幫助解決哪些問題。
首先看一下現在主流，且將長期存在的28nm上面。
前面提到，中芯國際的28nm份額并不是很理想，來到技術方面，根據相關人士透露，中芯國際在28nm低階Polysion良率達到85%，但在主流28納米HKMG方面：面向華為的產線良率達到了80%；但高通的產品良率為40%到60%。按照行業60%良率risk production，80%成熟的理論，在高通上的生產更是不如預期。換個角度看，14nm等先進制程能否如期推進這個是值得推敲的。
梁孟送的加入應該可以幫忙解決技術方面某些挑戰，但是他也不是靈丹妙藥。根據相關人士的觀點，現在中芯國際在先進工藝上碰到的一個重要問題是patterning方面的，這不是梁孟松的專長，所以就算獲得了梁孟送，中芯國際也不能一勞永逸。
至于梁孟松能解決的另一個重要問題，可能是研發部門的爭端。
現在中芯國際內部研發部有這大陸、海歸和臺灣三股勢力，現在鴿子在新工藝研發上有不同路線。如在litho的工藝條件選擇方面，海歸/大陸人想走的是三星的路線，而臺灣人想走的是臺積電的路線，因為雙方都沒有拿出更好的觀點來說服對方，這就導致了各自為政，山頭林立，紛爭不斷。
梁孟松的駕臨，能夠用其實力統一他們的研發方向，排除對立，團結一心推進工藝。他過去在臺積電和三星的經歷也會告訴中芯國際的人什么是leading company應該做的，先進企業的研發管理理念是怎樣的。
擰成一股繩的中芯國際，在技術大牛的帶領下，也許就此步進了發展高速路，國產的晶圓代工事業從此或者就跨上了一個新臺階。當然，這還需要時間去考驗。（文/李壽鵬）
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