台积电的懊恼

俺是傻妞

来源：远川钻研所

6月30日，三星民间宣告3nm制程量产。
跟着芯片代工制程推动，英特尔刚在14nm挤完牙膏，台联电和格芯干脆保持了10nm下列制程，中芯国内因为禁令问题，短时间追逐有望，三星和台积电未然成为全村的但愿。
不外子细视察两个头等玩家，看技术同属第一梯队，看支出实则相去甚远。
在代表先进制程的5-10nm工艺上，台积电一集体拿走了全行业近九成的营收，三星则是先失去了苹果这个大客户，又由于5nm良率问题吓跑了高通和英伟达，期间还由于日本断供光刻胶，打乱了出产节拍。

因此在台积电宣告“下半年量产3nm”的状况下，三星赶在上半年最初一天“PPT首发”，更像是一次会计学的成功，意在稳住潜伏客户。
另外一个例子是，台积电在3nm制程沿用了成熟的FinFET工艺，三星则十分保守的采取了纸面参数更好、但良率晋升更慢的GAA工艺，很有罢休一搏的象征。
三星流年不利，台积电的处境就好吗？恐怕也未必。
01 砍单：先进制程的冬季
芯片代工是一个绑缚在摩尔定律车轮上滚滚向前的游戏。
所谓摩尔定律，即“集成电路上可包容的元器件的数量每隔18至24个月就会减少一倍（相应的芯片制程也会不停放大）”。芯片代工的实质，就是赶在对手以前达到摩尔定律的工艺节点，在对手追上本人以前赚个差价。
但这个差价真实是太过丰厚了，举例而言，台积电3nm量产期近，中芯国内目前还停留在14nm，营收占比也很小。前者去年的净利润是后者的10倍，市值是后者的26.5倍。
站在卡脖子的地位上，众星捧月的台积电还能赚很长期的差价。但另外一方面，芯片代工厂和消费电子公司，实际上是不共戴天的瓜葛。
一座十二寸晶圆厂造价高达30亿美元，台积电每一年买装备、建产线的资本开支高达数百亿美元。为这些本钱买单的，实际上是苹果、英伟达、AMD这些顶级芯片设计公司的定单，也是iPhone、RTX显卡和Ryzen处置器宏大的出货量。

换句话说，台积电再厉害，最终是个乙方。所以，当上游的终端厂商开始过苦日子，作为下游的台积电，日子也不会好到哪去。
这也是往年的消费电子市场正在产生的事：砍单。
6月底，台积电三大客户苹果、AMD、英伟达简直同时砍单。苹果间接把iPhone 14的首批出货量砍了10%，英伟达和AMD则由于PC市场疲软“要求调剂定单”。
要知道，去年台积电568亿美元营收中，26％来自苹果，砍单对台积电影响很大。
种种迹象标明，消费电子市场将面临总体性的衰退。
三星官宣3nm当天，存储芯片龙头美光发布财报，对第四财季的预测可谓灾害，68-76亿美元的支出远低于91.4亿美元的剖析师预期，缘故则是“PC和手机需要疲软”——Gartner 预计，往年寰球手机出货量会下滑 7%，PC下滑9.5%。
财报公布后，作为半导体景气宇目标之一的费城半导体指数上涨4.6%，英伟达等芯片大厂片面上涨，顺便带崩了ASML、运用资料（Applied Materials）和台积电这些供给链公司。从公司市值看，台积电较年终曾经跌没了将近50%。
衰退的缘故有得多，好比加密货泉崩盘，好比消费者换机时间拉长，好比疫情带动的PC出货完结。但对台积电的影响都是同样的：你们的货卖不出去，怎么给我报销研发费用？

除了供给链办理巨匠苹果，其余消费电子公司的存货周转天数都在减少
跟着代工工艺的提高，芯片出产的费用实际上是愈来愈高的：一座8英寸的晶圆厂造价动辄15亿美元，个别的企业咬咬牙还能顶上。一座新的十二英寸晶圆厂，造价起码30亿美元起步。
但目前来看，手机和PC的需要不振曾经传导到了产业链下游。ASML在财报中披露，将EUV光刻机的出货量从55台砍到了40台，虽然看下来没多少，但斟酌到光刻机的单价，间接把ASML的预期增长拉低了10%。
过来一年多时间，半导体行业的景气其实更可能是以MCU芯片、IGBT芯片为代表的汽车芯片带来的，对应着一季度销量增长80%的新动力车市场。
但问题是，这些芯片其实不需求先进制程。
02 倒车：成熟制程的突起
台积电的另外一个身份是当之有愧的MCU芯片代工霸主，占领了寰球70%的车规级MCU产能。
MCU（Microcontroller Unit）俗称单片机，玩具、手机和家电里都有它的身影。但MCU的次要运用在汽车，一辆汽车上，可能有上百个MCU散布于各个零部件。
车用和工控等芯片长时间紧俏，也发明了一个奇特的景象：晶圆厂开倒车，反攻成熟制程。
即使是台积电、三星和英特尔这样的顶级玩家，也在成熟制程里疯狂扩产，更下游的光刻机，ASML不少定单乃至是陈旧的DUV光刻机。
MCU对汽车出产无比首要，但对台积电来讲，无论是MCU芯片，仍是IGBT、射频这种芯片，工艺大部份都还停留在2008年就开始量产的40nm，乃至更老的65nm。
虽然市场份额十分大，但汽车电子业务给台积电带来的支出很少，只要5%摆布的占比。看利润，可能就更低了。
从财报看，台积电的支出构成次要有三块：
1.智能手机业务，次要是手机SoC的代工，苹果、高通是大客户。
2.HPC业务，即高机能计算（High Performance Computing），好比AMD的CPU、英伟达的显卡、苹果的M1/M1 Max。
3.车用电子业务，既有MCU芯片、IGBT芯片，也有Mobileye的自动驾驶芯片，前二者都是成熟制程。
过来几年，手机的上游需要肉眼可见的饱和，HPC业务则由于PC出货量降落、数字货泉矿难、5G基建停滞泛起滑坡。反倒是长时间连续的汽车芯片充足，发明了半导体的高景气宇。
比起先进制程按着三星打的所向无敌，成熟制程的代工台联电能做、格芯能做、华虹和VIS也能做，竞争多了就没甚么油水，典型的有份额有利润。

汽车芯片的充足，一开始有疫情影响，但实质仍是供需的错配。
汽车出产商大多奉行零库存理念，即一切零部件只预留一个“平安库存”，以进步总体周转效力。疫情发作后，车企由于销量下滑增加了芯片定单，代工厂就把产线支配给了其余芯片。但疫情减缓叠加新动力车市场发作，隐没的定单又回来了。
车规芯片大多动辄一年的的认证周期，就算有产能也不克不及立刻排上；而长时间缺货又让车企对零库存发生疑心，开始疯狂备货，形成了产能的挤兑。实际上，真正的需要并无减少太多。
从各个企业的营收看，2021年的次要增长也来自成熟制程的产能减少。这类声势如虹的营收增长不免让人问一句：不会有人还没上车吧？

中芯国内在北京、上海、深圳都有28nm工厂的建立方案，瑞萨电子乃至把2014年就封闭的产线从新倒闭，出产车规级功率芯片。往年活的最舒服的，反而是格芯这种保持先进制程研发，完全躺平的代工厂。
论摩尔定律上的攻坚，台积电无人能敌，但放上身段去和中芯国内抢成熟制程的定单，对台积电来讲利润真实过低了。
此外，手机和PC仍然是半导体市场最次要的上游运用，算计占比高达65%。汽车半导体虽然增长快，但基数过低，占比只要8%摆布。
这也是为何台积电不久前声称再也不裁减40nm以上的产能，而是“呐喊”客户尽快降级到28nm。
03 极限：摩尔定律的数字游戏
芯片代工是一个被钱堆出来的产业。台积电的研发收入在A股一切公司里能够排第二名，是中芯国内的7.3倍，这还不算昂扬的装备投资。
制程的劣势不仅仅体当初技术上——当台联电和中芯国内这种追逐者量产7nm时，台积电的7nm产线折旧极可能都完结了，至关于零本钱经营。
无论如何，芯片代工的竞争格式都取决于摩尔定律的稳步推动，但当初的问题是：翻新的步调愈来愈慢了。
2016年，台积电和三星进入10nm攻坚的最初阶段，英特尔则因为研发进度后进，只能降级个架构持续对付用，本来的10nm变为了14nm+。2017年，台积电和三星的10nm量产，英特尔再度难产，14nm++横空出生。

当年3月，英特尔高管在官网上写了篇文章，暗示台积电和三星玩文字游戏，呐喊行业寻觅“一个全新的制水平量办法”，还在文章里挂了张图，讥刺友商没有根据摩尔定律的根本法迭代。

根据图里的布局，英特尔会在2018年推出正宗的10nm，不外最初的后果是，英特尔取出了魔改三代的14nm+++。
其实英特尔的说法并无错，大部份人印象中，制程纳米数越小，代表工艺越先进。但真正权衡芯片制程工艺的中心目标，其实上“逻辑晶体密度”——只要密度越高，产品才越先进。把英特尔拖到2019年才量产10nm和友商的7nm比较，这个中心目标实际上是差未几的。

所以以台积电的规范看，英特尔的10nm彻底能够叫7nm，就连台积电也抵赖，纳米数值曾经再也不代表真正的物理尺度，更像是营销层面的术语。
眼见老对手AMD依托台积电7nm工艺攻城略地，英特尔选择打不外就参加，把自家10nm命名为Intel 7，7nm命名为Intel 4。
对上游的终端厂商来讲，制程提高带来的红利愈来愈少了。
好比以前爆料的苹果A15芯片，同功耗单核机能只晋升了7%。CPU则用疯狂堆中心反抗边际效应削弱，GPU方面，制程提高换来的机能减少变少，厂家只能狂拉功耗换晋升，英伟达RTX 40系旗舰显卡功耗听说达到惊人的800W。
机能没有指数级减少，反倒是本钱指数级减少：3nm芯片设计费用动辄15亿美元，流片——即芯片试出产的费用也愈来愈高：小米试产16nm的磅礴S2时，一次流片 “只有”400万美元。如今5nm的流片本钱高达4725万美元。
总而言之，摩尔定律放缓带来的影响有两方面：一方面芯片设计的本钱愈来愈高，假如没有产品宏大的出货量做撑持，用得起的人会愈来愈少。
另外一方面，制程的红利愈来愈少，追逐者愈来愈多，客户再也不绝不犹疑的选台积电，英特尔为联发科代工的风闻就是很好的例子。
04 序幕：巨人的懊恼
台积电确实有诸多懊恼，但这类懊恼，实质上就像先穷人士纠结房子买在外滩仍是陆家嘴同样。
半导体是一个高度寰球化的行业，台积电则是一家被寰球顶级芯片产业链独特武装起来的公司。它具有很强的技术才能，但更症结的是，它专门做晶圆制作，跟AMD、英伟达、高通等十几家顶级半导体企业都是老敌人，利益不只不冲突，还高度统一。
正如台湾IT教父施振荣所说：台积电是世界的敌人，三星是世界的朋友。
为了减缓摩尔定律生效的影响，台积电开始把少量的资本开支从前段的制作转向后段封装。目前，2.5D/3D封装技术被以为是给摩尔定律续命的症结解药。
去年寰球2.5D/3D封装投资里，前七大半导体厂资本收入算计高达十一9.09亿美元，英特尔、台积电、日月光投控排名前三。
换句话说，台积电手里的牌还有得多。

而在对“硬科技”的追赶甚嚣尘上的中国大陆，市场始终期待摩尔定律泛起极限，这样无论是三星仍是格芯，无论是中芯国内仍是华虹，都有了追逐的但愿。
但话说回来，100米和100千米都是差距，骑自行车和开特斯拉都是追逐，在EUV光刻机断供、资本开支扩后等状况下，大陆代工业目前的现状，更像是骑着自行车拼命追逐100千米的差距。
更何况，大陆要泛起一家台积电公司，在目前的环境下，可能需求的不只是制作环节的工艺冲破，也需求资料、装备、EDA等等全产业链的冲破。
大雨倾盆之时，最初一个淹死的也是姚明。台积电的懊恼，最终是属于强者的懊恼。

参考材料
[1] 砍单砍单砍单，半导体真要“变天”了，海豚投研
[2] 晶圓代工產值連續十季創下新高，TrendForce
[3] 投资900亿日元瑞萨扩张功率半导体产能，中国电子报
[4] Samsung has won the 3nm chip race, but winning the war with TSMC is another matter，Techmonitor
[5] Global Chip Shortage’s Latest Worry: Too Few Chips for Chip-Making，WSJ
[6] tsmc readies five 3nm process technologies with finflex，anandtech
编纂：李墨天
视觉设计：疏睿
责任编纂：李墨天
制图：李墨天
钻研反对：杨健楷

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