2023成都積分入學(xué)什么時(shí)候開始申請(qǐng)
2023-01-31
臺(tái)積電的煩惱
更新時(shí)間：2022-07-28 21:35:35作者：未知
來源：遠(yuǎn)川研究所
6月30日，三星官方宣布3nm制程量產(chǎn)。
隨著芯片代工制程推進(jìn)，英特爾剛在14nm擠完牙膏，臺(tái)聯(lián)電和格芯干脆放棄了10nm以下制程，中芯國際由于禁令問題，短期追趕無望，三星和臺(tái)積電已然成為全村的希望。
不過仔細(xì)觀察兩個(gè)頭號(hào)玩家，看技術(shù)同屬第一梯隊(duì)，看收入實(shí)則相去甚遠(yuǎn)。
在代表先進(jìn)制程的5-10nm工藝上，臺(tái)積電一個(gè)人拿走了全行業(yè)近九成的營收，三星則是先失去了蘋果這個(gè)大客戶，又因?yàn)?nm良率問題嚇跑了高通和英偉達(dá)，期間還因?yàn)槿毡緮喙┕饪棠z，打亂了生產(chǎn)節(jié)奏。
因此在臺(tái)積電宣布“下半年量產(chǎn)3nm”的情況下，三星趕在上半年最后一天“PPT首發(fā)”，更像是一次會(huì)計(jì)學(xué)的勝利，意在穩(wěn)住潛在客戶。
另一個(gè)例子是，臺(tái)積電在3nm制程沿用了成熟的FinFET工藝，三星則非常激進(jìn)的采用了紙面參數(shù)更好、但良率提升更慢的GAA工藝，頗有放手一搏的意味。
三星流年不利，臺(tái)積電的處境就好嗎？恐怕也未必。
01 砍單：先進(jìn)制程的冬天
芯片代工是一個(gè)捆綁在摩爾定律車輪上滾滾向前的游戲。
所謂摩爾定律，即“集成電路上可容納的元器件的數(shù)量每隔18至24個(gè)月就會(huì)增加一倍（相應(yīng)的芯片制程也會(huì)不斷縮?。?/strong>。芯片代工的本質(zhì)，就是趕在對(duì)手之前達(dá)到摩爾定律的工藝節(jié)點(diǎn)，在對(duì)手追上自己之前賺個(gè)差價(jià)。
但這個(gè)差價(jià)實(shí)在是太過豐厚了，舉例而言，臺(tái)積電3nm量產(chǎn)在即，中芯國際目前還停留在14nm，營收占比也很小。前者去年的凈利潤是后者的10倍，市值是后者的26.5倍。
站在卡脖子的位置上，眾星捧月的臺(tái)積電還能賺很長時(shí)間的差價(jià)。但另一方面，芯片代工廠和消費(fèi)電子公司，其實(shí)是唇齒相依的關(guān)系。
一座12寸晶圓廠造價(jià)高達(dá)30億美元，臺(tái)積電每年買設(shè)備、建產(chǎn)線的資本開支高達(dá)數(shù)百億美元。為這些成本買單的，其實(shí)是蘋果、英偉達(dá)、AMD這些頂級(jí)芯片設(shè)計(jì)公司的訂單，也是iPhone、RTX顯卡和Ryzen處理器龐大的出貨量。
換句話說，臺(tái)積電再厲害，終究是個(gè)乙方。所以，當(dāng)下游的終端廠商開始過苦日子，作為上游的臺(tái)積電，日子也不會(huì)好到哪去。
這也是今年的消費(fèi)電子市場正在發(fā)生的事：砍單。
6月底，臺(tái)積電三大客戶蘋果、AMD、英偉達(dá)幾乎同時(shí)砍單。蘋果直接把iPhone 14的首批出貨量砍了10%，英偉達(dá)和AMD則因?yàn)镻C市場疲軟“要求調(diào)整訂單”。
要知道，去年臺(tái)積電568億美元營收中，26％來自蘋果，砍單對(duì)臺(tái)積電影響很大。
種種跡象表明，消費(fèi)電子市場將面臨整體性的衰退。
三星官宣3nm當(dāng)天，存儲(chǔ)芯片龍頭美光公布財(cái)報(bào)，對(duì)第四財(cái)季的預(yù)測堪稱災(zāi)難，68-76億美元的收入遠(yuǎn)低于91.4億美元的分析師預(yù)期，原因則是“PC和手機(jī)需求疲軟”——Gartner 預(yù)計(jì)，今年全球手機(jī)出貨量會(huì)下滑 7%，PC下滑9.5%。
財(cái)報(bào)發(fā)布后，作為半導(dǎo)體景氣度指標(biāo)之一的費(fèi)城半導(dǎo)體指數(shù)下跌4.6%，英偉達(dá)等芯片大廠全面下跌，順便帶崩了ASML、應(yīng)用材料（Applied Materials）和臺(tái)積電這些供應(yīng)鏈公司。從公司市值看，臺(tái)積電較年初已經(jīng)跌沒了將近50%。
衰退的原因有很多，比如加密貨幣崩盤，比如消費(fèi)者換機(jī)時(shí)間拉長，比如疫情帶動(dòng)的PC出貨結(jié)束。但對(duì)臺(tái)積電的影響都是一樣的：你們的貨賣不出去，怎么給我報(bào)銷研發(fā)費(fèi)用？
除了供應(yīng)鏈管理大師蘋果，其他消費(fèi)電子公司的存貨周轉(zhuǎn)天數(shù)都在增加
隨著代工工藝的進(jìn)步，芯片生產(chǎn)的費(fèi)用其實(shí)是越來越高的：一座8英寸的晶圓廠造價(jià)動(dòng)輒15億美元，一般的企業(yè)咬咬牙還能頂上。一座新的12英寸晶圓廠，造價(jià)起碼30億美元起步。
但目前來看，手機(jī)和PC的需求不振已經(jīng)傳導(dǎo)到了產(chǎn)業(yè)鏈上游。ASML在財(cái)報(bào)中披露，將EUV光刻機(jī)的出貨量從55臺(tái)砍到了40臺(tái)，雖然看上去沒多少，但考慮到光刻機(jī)的單價(jià)，直接把ASML的預(yù)期增長拉低了10%。
過去一年多時(shí)間，半導(dǎo)體行業(yè)的景氣其實(shí)更多是以MCU芯片、IGBT芯片為代表的汽車芯片帶來的，對(duì)應(yīng)著一季度銷量增長80%的新能源車市場。
但問題是，這些芯片并不需要先進(jìn)制程。
02 倒車：成熟制程的崛起
臺(tái)積電的另一個(gè)身份是當(dāng)之無愧的MCU芯片代工霸主，占據(jù)了全球70%的車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)能。
MCU（Microcontroller Unit）俗稱單片機(jī)，玩具、手機(jī)和家電里都有它的身影。但MCU的主要應(yīng)用在汽車，一輛汽車上，可能有上百個(gè)MCU分布于各個(gè)零部件。
車用和工控等芯片長期緊俏，也創(chuàng)造了一個(gè)奇特的現(xiàn)象：晶圓廠開倒車，反攻成熟制程。
即便是臺(tái)積電、三星和英特爾這樣的頂級(jí)玩家，也在成熟制程里瘋狂擴(kuò)產(chǎn)，更上游的光刻機(jī)，ASML不少訂單甚至是古老的DUV光刻機(jī)。
MCU對(duì)汽車生產(chǎn)無比重要，但對(duì)臺(tái)積電來說，無論是MCU芯片，還是IGBT、射頻這類芯片，工藝大部分都還停留在2008年就開始量產(chǎn)的40nm，甚至更老的65nm。
雖然市場份額非常大，但汽車電子業(yè)務(wù)給臺(tái)積電帶來的收入很少，只有5%左右的占比?？蠢麧櫍赡芫透土?。
從財(cái)報(bào)看，臺(tái)積電的收入構(gòu)成主要有三塊：
1.智能手機(jī)業(yè)務(wù)，主要是手機(jī)SoC的代工，蘋果、高通是大客戶。
2.HPC業(yè)務(wù)，即高性能計(jì)算（High Performance Computing），比如AMD的CPU、英偉達(dá)的顯卡、蘋果的M1/M1 Max。
3.車用電子業(yè)務(wù)，既有MCU芯片、IGBT芯片，也有Mobileye的自動(dòng)駕駛芯片，前兩者都是成熟制程。
過去幾年，手機(jī)的下游需求肉眼可見的飽和，HPC業(yè)務(wù)則因?yàn)镻C出貨量下降、數(shù)字貨幣礦難、5G基建停滯出現(xiàn)滑坡。反倒是長期延續(xù)的汽車芯片短缺，創(chuàng)造了半導(dǎo)體的高景氣度。
比起先進(jìn)制程按著三星打的所向披靡，成熟制程的代工臺(tái)聯(lián)電能做、格芯能做、華虹和VIS也能做，競爭多了就沒什么油水，典型的有份額無利潤。
汽車芯片的短缺，一開始有疫情影響，但本質(zhì)還是供需的錯(cuò)配。
汽車生產(chǎn)商大多奉行零庫存理念，即所有零部件只預(yù)留一個(gè)“安全庫存”，以提高整體周轉(zhuǎn)效率。疫情爆發(fā)后，車企因?yàn)殇N量下滑減少了芯片訂單，代工廠就把產(chǎn)線安排給了其他芯片。但疫情緩解疊加新能源車市場爆發(fā)，消失的訂單又回來了。
車規(guī)芯片大多動(dòng)輒一年的的認(rèn)證周期，就算有產(chǎn)能也不能立刻排上；而長期缺貨又讓車企對(duì)零庫存產(chǎn)生懷疑，開始瘋狂備貨，造成了產(chǎn)能的擠兌。實(shí)際上，真實(shí)的需求并沒有增加太多。
從各個(gè)企業(yè)的營收看，2021年的主要增長也來自成熟制程的產(chǎn)能增加。這種氣勢如虹的營收增長難免讓人問一句：不會(huì)有人還沒上車吧？
中芯國際在北京、上海、深圳都有28nm工廠的建設(shè)計(jì)劃，瑞薩電子甚至把2014年就關(guān)閉的產(chǎn)線重新開張，生產(chǎn)車規(guī)級(jí)功率芯片。今年活的最舒服的，反而是格芯這類放棄先進(jìn)制程研發(fā)，徹底躺平的代工廠。
論摩爾定律上的攻堅(jiān)，臺(tái)積電無人能敵，但放下身段去和中芯國際搶成熟制程的訂單，對(duì)臺(tái)積電來說利潤實(shí)在太低了。
另外，手機(jī)和PC依然是半導(dǎo)體市場最主要的下游應(yīng)用，合計(jì)占比高達(dá)65%。汽車半導(dǎo)體雖然增長快，但基數(shù)太低，占比只有8%左右。
這也是為什么臺(tái)積電不久前宣稱不再擴(kuò)充40nm以上的產(chǎn)能，而是“呼吁”客戶盡快升級(jí)到28nm。
03 極限：摩爾定律的數(shù)字游戲
芯片代工是一個(gè)被錢堆出來的產(chǎn)業(yè)。臺(tái)積電的研發(fā)支出在A股所有公司里可以排第二名，是中芯國際的7.3倍，這還不算高昂的設(shè)備投資。
制程的優(yōu)勢不單單體現(xiàn)在技術(shù)上——當(dāng)臺(tái)聯(lián)電和中芯國際這類追趕者量產(chǎn)7nm時(shí)，臺(tái)積電的7nm產(chǎn)線折舊很可能都結(jié)束了，相當(dāng)于零成本運(yùn)營。
無論如何，芯片代工的競爭格局都取決于摩爾定律的穩(wěn)步推進(jìn)，但現(xiàn)在的問題是：創(chuàng)新的步伐越來越慢了。
2016年，臺(tái)積電和三星進(jìn)入10nm攻堅(jiān)的最后階段，英特爾則由于研發(fā)進(jìn)度落后，只能升級(jí)個(gè)架構(gòu)繼續(xù)湊合用，原本的10nm變成了14nm+。2017年，臺(tái)積電和三星的10nm量產(chǎn)，英特爾再度難產(chǎn)，14nm++橫空出世。
當(dāng)年3月，英特爾高管在官網(wǎng)上寫了篇文章，暗示臺(tái)積電和三星玩文字游戲，呼吁行業(yè)尋找“一個(gè)全新的制程度量方法”，還在文章里掛了張圖，諷刺友商沒有按照摩爾定律的基本法迭代。
按照?qǐng)D里的規(guī)劃，英特爾會(huì)在2018年推出正宗的10nm，不過最后的結(jié)果是，英特爾掏出了魔改三代的14nm+++。
其實(shí)英特爾的說法并沒有錯(cuò)，大部分人印象中，制程納米數(shù)越小，代表工藝越先進(jìn)。但真正衡量芯片制程工藝的核心指標(biāo)，其實(shí)上“邏輯晶體密度”——只有密度越高，產(chǎn)品才越先進(jìn)。把英特爾拖到2019年才量產(chǎn)10nm和友商的7nm對(duì)比，這個(gè)核心指標(biāo)其實(shí)是差不多的。
所以以臺(tái)積電的標(biāo)準(zhǔn)看，英特爾的10nm完全可以叫7nm，就連臺(tái)積電也承認(rèn)，納米數(shù)值已經(jīng)不再代表真實(shí)的物理尺度，更像是營銷層面的術(shù)語。
眼見老對(duì)手AMD依靠臺(tái)積電7nm工藝攻城略地，英特爾選擇打不過就加入，把自家10nm命名為Intel 7，7nm命名為Intel 4。
對(duì)下游的終端廠商來說，制程進(jìn)步帶來的紅利越來越少了。
比如之前爆料的蘋果A15芯片，同功耗單核性能只提升了7%。CPU則用瘋狂堆核心對(duì)抗邊際效應(yīng)減弱，GPU方面，制程進(jìn)步換來的性能增加變少，廠家只能狂拉功耗換提升，英偉達(dá)RTX 40系旗艦顯卡功耗據(jù)說達(dá)到驚人的800W。
性能沒有指數(shù)級(jí)增加，反倒是成本指數(shù)級(jí)增加：3nm芯片設(shè)計(jì)費(fèi)用動(dòng)輒15億美元，流片——即芯片試生產(chǎn)的費(fèi)用也越來越高： 小米試產(chǎn)16nm的澎湃S2時(shí)，一次流片 “只要”400萬美元 。 如今5nm的流片成本高達(dá)4725萬美元。
總而言之，摩爾定律放緩帶來的影響有兩方面：一方面芯片設(shè)計(jì)的成本越來越高，如果沒有產(chǎn)品龐大的出貨量做支撐，用得起的人會(huì)越來越少。
另一方面，制程的紅利越來越少，追趕者越來越多，客戶不再毫不猶豫的選臺(tái)積電，英特爾為聯(lián)發(fā)科代工的傳聞就是很好的例子。
04 尾聲：巨人的煩惱
臺(tái)積電的確有諸多煩惱，但這種煩惱，本質(zhì)上就像先富人士糾結(jié)房子買在外灘還是陸家嘴一樣。
半導(dǎo)體是一個(gè)高度全球化的行業(yè)，臺(tái)積電則是一家被全球頂級(jí)芯片產(chǎn)業(yè)鏈共同武裝起來的公司。它擁有很強(qiáng)的技術(shù)能力，但更關(guān)鍵的是，它專門做晶圓制造，跟AMD、英偉達(dá)、高通等十幾家頂級(jí)半導(dǎo)體企業(yè)都是老朋友，利益不僅不沖突，還高度一致。
正如臺(tái)灣IT教父施振榮所說：臺(tái)積電是世界的朋友，三星是世界的敵人。
為了緩解摩爾定律失效的影響，臺(tái)積電開始把大量的資本開支從前段的制造轉(zhuǎn)向后段封裝。目前，2.5D/3D封裝技術(shù)被認(rèn)為是給摩爾定律續(xù)命的關(guān)鍵解藥。
去年全球2.5D/3D封裝投資里，前七大半導(dǎo)體廠資本支出合計(jì)高達(dá)119.09億美元，英特爾、臺(tái)積電、日月光投控排名前三。
換句話說，臺(tái)積電手里的牌還有很多。
而在對(duì)“硬科技”的追逐甚囂塵上的中國大陸，市場一直期待摩爾定律出現(xiàn)極限，這樣無論是三星還是格芯，無論是中芯國際還是華虹，都有了追趕的希望。
但話說回來，100米和100公里都是差距，騎自行車和開特斯拉都是追趕，在EUV光刻機(jī)斷供、資本開支擴(kuò)后等情況下，大陸代工業(yè)目前的現(xiàn)狀，更像是騎著自行車拼命追趕100公里的差距。
更何況，大陸要出現(xiàn)一家臺(tái)積電公司，在目前的環(huán)境下，可能需要的不僅是制造環(huán)節(jié)的工藝突破，也需要材料、設(shè)備、EDA等等全產(chǎn)業(yè)鏈的突破。
大雨傾盆之時(shí)，最后一個(gè)淹死的也是姚明。臺(tái)積電的煩惱，終究是屬于強(qiáng)者的煩惱。
參考資料
[1] 砍單砍單砍單，半導(dǎo)體真要“變天”了，海豚投研
[2] 晶圓代工產(chǎn)值連續(xù)十季創(chuàng)下新高，TrendForce
[3] 投資900億日元 瑞薩擴(kuò)大功率半導(dǎo)體產(chǎn)能，中國電子報(bào)
[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
編輯：李墨天
視覺設(shè)計(jì)：疏睿
責(zé)任編輯：李墨天
制圖：李墨天
研究支持：楊健楷
