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台积电怎样成为全球最重要的半导体公司?

2022/5/5 10:44:00

4月14日,台积电发布第一季度按财报,净利润为69.9亿美元,同比增长45%,创下新高。

 

在三星身陷良率造假、3nm制程延期的风波之中的同时,产业链传出台积电3nm制程将于今年8月如期量产,无疑这将进一步巩固台积电在晶圆制造领域的领先地位。

 

近日,ASML在投资者会议上表示,半导体的需求依旧旺盛,但产能不足问题依旧存在,半导体制造设备的交货期已经增长到一年半甚至更久。

 

半导体市场供不应求将拉动半导体产品的价值升高,前景更是广阔,各大半导体公司也都在增加投资。IC Insights预计2022年半导体行业资本支出将增长24%,达到1904亿美元的历史新高。

  

可以看到,台积电在2022年计划的投资总额以420亿美元成为投资最高的半导体公司。有钱更要会用钱,台积电的420亿将会如何分配?巨额投资与台积电的领先地位关系孰先孰后呢?

 

技术为先,研发投资持续加大

 

面对每两年大幅提升半导体计算能力从而扩展摩尔定律的持续挑战。2021年,台积电持续投入研发,研发总支出占营收的7.9%,等于或超过许多领先高科技公司的研发投入。

 

台积电虽然是晶圆加工厂,但其研究的技术领域包括:逻辑电路方面,晶体管结构、高流动性管道、低维器件和材料;存储方面,随机存取存储器、PCRAM、铁电体、选择器;互连方面,片上互连、片外互联;以及人工智能。



随着台积电在研发方面的投入,让台积电的技术资源不断丰富。目前台积电在各类技术方面的IP组合包含超过40000个项目,比2020年增长14%。

 

台积电投资哪些公司?

 

除了在研发上投资,台积电也投资一些半导体公司,ICViews整理了其中非台积电子公司的半导体公司。



采钰科技股份有限公司(台积电占股72.83%)

 

采钰成立于2003年,主业为图像传感器组件服务,主要从事图像传感器后端工艺的生产和服务,包括彩色滤光片制造、晶圆级测试服务、晶圆级光学膜制造。

 

Systems on Silicon Manufacturing(台积电占股38.79%)

 

SSMC于 1998 年 12 月成立,是 NXP 和 TSMC 的合资企业。通过保持设备齐全的 SMIF 洁净室环境、100% 的设备自动化和经过验证的晶圆制造工艺,提供灵活且具有成本效益的半导体制造解决方案。


世界先进积体电路股份有限公司(台积电占股28.32%)

 

世界先进于1994年12月5日在新竹科学园区由张忠谋设立。自成立以来,公司在制程技术及生产效能上不断精进,并持续给客户提供最具成本效益的完整解决方案及高附加价值的服务,成为“特殊积体电路制造服务”的领导厂商。世界先进目前拥有五座八吋晶圆厂,分别位于中国台湾与新加坡。2021年平均月产能约24.1万片八吋晶圆。

 

精材科技(台积电占股41.01%)

 

精材科技成立于1998年,位于中国台湾中坜工业区,是第一家将3D堆叠晶圆级封装技术(3D WLCSP)商业化的公司。精机科技从事生产WAD级封装的CMOS图像传感元件,提供最佳的生产周期和极具竞争力的生产成本。由于产品集成度高,3D堆叠晶圆级封装技术可应用于各种不同的市场领域,如消费电子、通信、计算机、工业和汽车。产品应用包括:图像传感器、光学传感器、电源管理集成电路、电源分离元件、模拟集成电路、混合信号集成电路、机电一体化系统传感器和集成无源元件。精财科技从事创新的立体堆叠晶圆级封装制造服务,以诚信、创新、客户为导向作为公司的核心价值观。Sefinance Technology是世界领先的先进封装服务提供商之一。

 

创意电子(台积电占股34.84%)

 

创意电子是ASIC厂商。提供全面的ASIC设计服务,包括Spec-in和系统单芯片整合(SoC Integration)、实体设计(Physical Design)、先进封装技术(Advanced Packaging Technology)、量产服务以及世界顶尖的HBM和die-to-die互连IP。

 

创意电子领先服务于人工智能(AI)、高速运算(HPC)、5G /网络、固态硬盘(SSD)和工业领域等市场,致力于为客户提供最具竞争力的PPA(功耗、性能和面积),并以专业的方式确保质量和良率。

 

可以看到,台积电投资的公司主要在晶圆制造、CMOS领域。这也是台积电主要的业务范围。投资这些公司,可以让台积电在产能不足时,将部分业务分给“台积电系”企业,而不是竞争对手。

 

提前布局市场需求

 

台积电2022 Q1的财报显示,高性能计算相关业务收入增长26%,占Q1收入的41%,超越智能手机成为第一大收入来源;智能手机相关业务收入较前一季度增长1%,占全部收入40%。

 

除了HPC业务大幅度增长,汽车业务也迎来了26%的涨幅,台积电表示,汽车制造商在短缺一年多后对汽车芯片的需求也保持稳定。

 

台积电表示这HPC和汽车领域很可能成为台积电今年及以后收入的最大贡献者。

 

而台积电的研究方向已经早就倾向于这两个领域,台积电2021年年报显示台积电的研究已经面向 AI 和 HPC 应用的新兴高密度、非易失性存储设备和硬件加速器。

 

可以看到,台积电能够保持行业领先离不开对关键技术的掌控。 通过对趋势的预判,提前布局,从起点上就保证了优势。

 

目前台积电正在攻克3nm和2nm高级CMOS逻辑节点、新存储器和低R互连等领域,台积电的3DIC先进封装研发部门正在开发子系统集成方面的创新,以进一步增强先进的CMOS逻辑应用。

 

此外,在新技术方面台积电着重RF和3D智能传感器,瞄准5G和智能物联网应用。而这或许可以成为其他半导体公司的参考。

 

除了砸钱,台积电还靠什么?

 

台积电发展初期,技术节点落后,但良率却非常高。因此通过成为晶圆代工厂,台积电避开弱点,强化了优势,因为代工厂不需要设计、只需制造。“人畜无害”的台积电,作为中立的角色,收获了最多的客户,也逐渐建立了自己的地位。

 

作为纯代工厂,台积电能够稳定发展就是因为不涉及设计业务,不会与自己的客户产生竞争。与之相反,虽然英特尔在努力发展IDM2.0计划,也加入了RISC-V联盟以展示自己的开放。但也正因为英特尔本身在设计业务也有着相当资深的积累,难免与一些客户出现竞争关系。

 

为了与客户更好的合作,台积电设置了开放式创新平台计划。该计划是一个全面的设计技术基础设施,涵盖所有关键 IC 实施领域,包括EDA联盟、设计中心联盟、云端联盟等,以减少设计障碍并提高首次硅片成功率。开放式创新平台利用台积电的 IP、设计实施和可制造性设计 (DFM) 能力、工艺技术和后端服务,促进半导体设计界及其生态系统合作伙伴快速实施创新。

 

开放式创新平台由台积电发起和支持的生态系统接口和协作组件,它们可以更有效地推动整个供应链的创新,进而推动创造和分享新的收入和利润。台积电的主动精度保证 (AAA) 计划是开放式创新平台的关键,可提供生态系统接口和协作组件所需的精度和质量。

 

截止 2021 年,台积电通过与生态系统合作伙伴合作,向客户提供了 38000 多个技术文件和 2600 多个工艺设计套件,从 0.5 微米到 3 纳米。

 

除了与客户合作,台积电也很看重与各研究机构以及领先高校的合作。台积电与美国SRC、比利时IMEC等多家世界级研究机构保持紧密合作。公司还继续扩大与世界领先大学的研究合作,以实现两大目标:推动半导体技术的进步和培养未来的人才。

 

正是这样的平台,可以让台积电第一时间了解到客户的需求,调整技术方向。而与研究机构的合作让台积电有能力在技术上快速满足客户的需求。这样的循环之下,台积电与客户、研究机构之间的联系越来越紧密。

 

台积电在3nm制程上的一马当先,就是这种合作价值的最佳体现。


可以从台积电的战略中借鉴什么?

 

张忠谋认为“人”是台积电最宝贵的财富”。但透过台积电的产业联盟可以发现,台积电的人既是内部的人也是产业链上的伙伴。

 

半导体的发展,不能只靠一家公司。通过投资建筑属于自己的生态圈,入股合作伙伴或者客户,台积电有许多经验值得我们借鉴。

 

台积电的经营中,最重要的一点就是开放合作。这种开放是面向学术界、产业同行、客户的开放,也正是这种开放,让台积电建立了极其有价值的平台。

 

这点对于尚在发展中的国内半导体产业极其重要。当国产半导体发展出健全的生态,产业下游可以及时向上一环节同步行业趋势、技术需求,那么上游环节就可以提前布局,让技术成果第一时间落地,少走弯路。

 

中国作为半导体最大的消费市场,能给国产半导体带来的比想象中更多。


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