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半导体行业的台积电“依赖症”

2022/3/7 18:28:00

最近,高通已将其4nm骁龙8 Gen 1的部分订单从三星转移到台积电4nm代工。高通转单的主要原因是由于三星代工的该芯片组良率仅为35%。基于此,外界认为高通不会将其下一代芯片交给三星3nm代工。

在先进制程的赛道中,联电和格芯早已宣布放弃10nm以下制程,中芯国际则碍于制裁的阻挡,与台积电差距也甚远。因此晶圆代工3nm的赛道目前只有台积电、三星、英特尔能够触及。而此前三星表示将会采用GAA技术,并且在2022年上半年量产,英特尔的Intel 18A(第二代5nm)需要等到2025年投产,3nm制程目前来看遥遥无期。

因此,当三星的良率出现问题,全球能够代工3nm的晶圆厂只剩下一家——台积电。

2月份,凭借先进制程的优势,台积电方再次传来拿下苹果5G全部射频(RF)芯片订单的消息。根据供应链消息人士透露,光是台积电接收的预付款就有1500亿新台币(约合人民币346.35亿元)。

我们不禁开始思考,当全球的先进制程产能全部依托台积电,将会发生什么?

难以触及的先进制程

台积电2018年推出了7nm工艺,2020年推出了5nm工艺。目前正在探索4nm及3nm工艺。

先进制程的探索需要绝对的创新。单在5nm的研发上,台积电就推出过N5P、N5、N4P等版本,N4P是其5nm家族第三个主要增强版本,性能比原先的N5提升了11%。

在更加先进的3nm制程上,台积电同样在一次又一次的失败中尝试推进,多次修正3nm蓝图。

台积电对3nm的布局早在2016年就开始了。2016年台积电宣布想要建造一个5nm-3nm的晶圆制造厂。即使如台积电这样的实力大厂,也是经过6年的研发后,预计2022年才会量产3nm。

并且在3nm正式量产的消息宣布前,台积电还多次传来消息称3nm进程延期。例如,去年9月,台积电就确认了由于其3nm工艺量产延迟约3-4个月,导致iPhone下一代处理器无法采用台积电的3nm工艺。

在2020年台积电推出其N3 3nm工艺的细节,台积电的3nm相比上一代的5nm工艺,在逻辑密度上提升了1.7倍,性能提升了11%,同等性能下功耗可降低25-30%。

在今年一季度的业绩发布会上,台积电总裁魏哲家表示,3nm制程开发符合预期,将于下半年量产。这无疑给业界吃了一颗定心丸。优秀的良品率加上按期量产,在三星被爆出良率问题后,3nm制程上再无能与台积电对打的竞争者。

3nm的高地上,台积电傲视群雄。

根据Trend Force的数据显示,台积电全球晶圆代工市占率达53.1%,比前一季增加0.2个百分点,三星则下滑0.2个百分点,至17.1%。因此台积电不仅巩固了晶圆代工龙头地位,也在拉大和三星之间的差距。


从台积电的财报中,先进制程(7nm和更先进制程)晶圆占据了总营收的半数,5nm制程晶圆出货量占据了总晶圆营收的19%;7nm制程晶圆出货量占据了总晶圆营收的31%。

值得注意的是,在财报中台积电的毛利润已经达到52.7%。

被迫丢失的定价权

在全球芯片短缺的潮流中,晶圆代工厂已经开始了一轮又一轮的涨价。

去年八月,韩国晶圆代工厂商Key Foundry和三星已通知客户,计划将代工价格提高15%至20%,台积电也表示在2022年将晶圆代工价格上调10%-20%。

3nm的研究成本与扩产成本极高。

3nm制程的研究逼近物理极限,台积电3nm芯片晶体管密度甚至达到2.5亿每平方毫米,因此3nm的相关研究非常烧钱。IBS数据显示,3nm工艺开发将耗40亿-50亿美元,新建一条3nm产线的产本约为150-200亿美元。

而除了研究投入外,面对各大厂商争抢造芯产能的情况,各大晶圆厂都选择扩产。在2022年,全球芯片制造商的资本支出预计合计将达到1460亿美元,比疫情爆发前的水平高出约50%,是五年前水平的两倍。

作为代工巨头的台积电其投资必然不会落下,台积电启动了在美国亚利桑那州,中国南京,中国台湾高雄等地的建厂和扩产计划。台积电资本支出预计超过300亿美元,三年内支出更是高达1000亿美元。并且台积电宣布到2025年将砸入440亿美元用于研发,这其中八成将用于先进制程。

巨额的研发成本、扩产成本必然不会是晶圆代工厂独立承担,这一部分价格也会自然地转移给客户。

因此,今年涨价的消息此起彼伏,究其背后也是晶圆厂投入资本的转接。但当全球的先进制程都需要依托台积电时,除去单纯的涨价,还会有一些微妙的变化。

为了保证自家产品能够在市场竞争中脱颖而出,只有更先进的制程才能带来更好的性能。因此AMD、苹果、高通、英伟达等数十家半导体巨头都在抢占台积电产能。

据传英伟达不惜耗费巨资抢夺台积电的5nm产能,确保「Ada Lovelace」GPU 能有充分供给,以用于次世代GeForce RTX 40 系列显卡。由于AMD和英伟达的次世代芯片都使用5nm制程,为了捍卫产能英伟达不惜预付数十亿美元给台积电。

这是时候厂商只有砸钱才能保住产能。

对于与台积电长时间合作的苹果、联发科、AMD等长期合作伙伴,不需要太多预付金就能稳定产能。而对于英伟达这样的客户,想要获得5nm产能订单,需要提前支付高额预付款。

为了确保台积电的5nm产能,这次英伟达的预付金额高于以往,据传2021年第3季英伟达支付了16.4亿美元,2021年第1季还会付款17.9亿美元,整笔长期订单的预付款高达69亿美元。

因此,对于fabless厂商来说,当先进制程依托于一家时,需要承担的不止是不断上涨的晶圆代工价格,还有需要提前支付的巨额保证金的压力。

我们能摆脱台积电“依赖症”吗?

顶尖、唯一、垄断,集这几个词于一身的台积电先进制程,让我们不禁想问,台积电会是下一个ASML吗?

美国和欧洲先后由政府出面向台积电求援,希望台积电在产能上对汽车业予以照顾;美欧均对台积电本地设厂开出极高的优惠条件。

当全球半导体都患上台积电“依赖症”,半导体产业的未来的发展就像是躲在画布后的皮影戏,看似无形却朝着有形的方向前进。



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