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台积电的烦恼

2021-01-12
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当下的半导体界,最值钱的非晶圆代工产能莫属了。而作为行业龙头,台积电的产能,特别是先进制程的,几乎呈现被“疯抢”的状态,这也成为了该公司幸福的烦恼。就在不久前,台积电宣布取消未来一段时间内12英寸晶圆代工的优惠政策,这对于台积电来说,是比较罕见的决定。以往,对于该代工龙头的主要客户,台积电一般会给出3%-5%的优惠,以回报大客户对其先进制程的支持。

在产能如此紧张的状况下,一些大客户还在加单,这使得台积电的产能“雪上加霜”。昨天,据外媒报道,英特尔先进制程芯片外包计划有新动向:英特尔与台积电、三星洽谈,讨论将其部分最先进的芯片交由这两家公司代工生产。

过去一年,英特尔已有部分测试晶圆项目在台积电展开,包括今年上半年预计推出采用6nm制程的GPU,以及预估今年下半年量产并应用在移动平台、采用5nm制程的Atom处理器。有机构预估,今年大约有5%应用在笔电的英特尔处理器将交由台积电代工生产。另外,若英特尔与台积电达成3nm制程处理器代工协议,则不排除今年台积电的资本支出将再上调。

无独有偶,另一家芯片大厂联发科也在不断加大在台积电的下单量,昨天,有台湾地区媒体报道,包括OPPO、vivo、小米等中国手机厂全力冲刺出货,以抢夺华为市场份额,已扩大对联发科采购5G手机芯片,从华为独立出去的新荣耀也会采用联发科5G手机芯片。这样,预估联发科在2021上半年5G手机芯片出货量将达到8000~9000万套,是该公司2020全年出货量的1.6~1.8倍。这些芯片中的大部分都会交给台积电生产。

联发科2020年发布的天玑1000系列、800/820系列、700/720系列、400系列等5G手机芯片,均采用台积电7nm量产中,研发代号为MT6893的新一代旗舰级天玑1200系列,第一季度采用台积电6nm投片。据估算,联发科2021年第一季度的7nm、6nm投片量将提升至11万片,有望挤下高通成为台积电第三大客户。

另一家不断加大台积电下单力度的是AMD,受惠于新冠肺炎疫情带动宅经济商机大爆发,索尼和微软新款游戏机卖到缺货,这些给AMD的CPU和GPU提供了广阔的市场空间,其Zen 3架构处理器及RDNA 2架构GPU供不应求,因此,AMD大幅提高了对台积电7nm制程的投片量,今年第一季度7nm投片量有望达到12万片,成为仅次于苹果的台积电第二大客户。

不够用的5nm和7nm产能


在台积电已经量产的制程工艺中,5nm和7nm是最先进的,也是产能最为紧张的,特别是5nm,自去年9月不能再给华为海思代工生产5nm制程芯片之后,几大芯片厂商迅速填补了5nm产能的空缺,主要包括苹果、高通、AMD、Nvidia、联发科和英特尔。

其中,苹果对5nm制程的需求最为强烈,除了原本的A14、A14 X应用处理器之外,用于MacBook的M1处理器也开始投片。预估苹果今年第一季度可获得台积电4万~4.5万片的5nm制程产能。除苹果外,高通SDM875+芯片投入台积电5nm制程的时间比预期快,联发科的D2000也在去年第四季度开始在台积电5nm产线投片。

7nm制程方面,最具爆发力的便是AMD了。从2020下半年开始,该公司开始出现缺货现象,Ryzen 4000型APU的情况尤为明显。在被问及AMD的产能与供应情况时,其CEO Lisa Su(苏妈)表示:“我已经在之前说过了,在此再强调一遍,7nm供应非常紧张,我们仍然在紧密地和台积电合作,以确保我们能够满足客户们的需求。但产能非常紧张。”AMD在旗下7nm芯片批量上市一年多后,仍然受到产能问题的困扰,即便苹果这种超级大客户的订单已全面转为5nm,其腾出的7nm产能仍然无法满足所有客户。

为了在英特尔7nm芯片进展延迟的情况下更快占领处理器市场,AMD将加大对台积电N7/N7+制程下单量,预计2021全年N7/N7+芯片的订单增加到20万片,与今年相比约增加一倍,有望明年成为台积电7nm芯片的最大客户。

此外,英特尔和特斯拉也将加大在台积电7nm制程产线的投片力度。因此,对于台积电来说,2021年的7nm产能恐怕有将是一件令其“头疼”的事情了。

3nm遇瓶颈?


按照规划,台积电3nm将于2022年下半年量产。不过,最近有消息称,无论是台积电的FinFET,还是三星的GAA,这两家巨头在3nm制程工艺技术开发中都遇到了瓶颈。因此,台积电和三星将不得不推迟3nm工艺技术的开发进度。不过,这一消息没有得到官方证实。

有报道称,苹果已经在台积电的3nm制程工艺合同中占了很大一部分。这意味着苹果将成为台积电3nm工艺的首批大客户。如果3nm量产时间延长,则需要5nm芯片在市场上支撑更多时间。

三星搅局


作为最大的竞争对手,三星的晶圆代工业务就是以赶超台积电为目标的,虽然其市场率与台积电相比有很大差距,但其不断壮大业务规模的决心丝毫未减。

继台积电宣布赴美建5nm制程产线后,三星也于2020年底宣布在美国扩建晶圆厂。据日本媒体报道,三星将扩建其位于美国德州奥斯汀的晶圆厂,占地将扩大4成左右,准备引进最尖端的代工生产线。三星认为,其位于奥斯汀的工厂在争取美国科技公司订单方面发挥着至关重要的作用。

三星位于奥斯汀的工厂成立于1996年,是该公司在海外唯一的晶圆厂,为手机、平板电脑和其他电子设备生产内存和系统芯片,也为美国的芯片制造商提供代工服务。目前,该工厂主要生产14nm、28nm和32nm制程芯片,但该工厂尚未配备用于生产7nm或更先进制程芯片的EUV光刻设备。

据悉,三星将增加其在美国的产能,以遏制其竞争对手台积电。不过,三星在奥斯汀的产线相较于台积电在美国亚利桑那州筹建的5nm制程产线要落后几个代次,要想在美国本土与台积电争夺大客户,就必须在那里加大投资,以发展先进制程。目前,三星正在制定相应的投资计划。

另外,英特尔外包芯片订单有逐年增多的趋势,而承接这些订单的,非台积电和三星莫属,因此,在争夺英特尔订单方面,三星必将与台积电展开竞争。这使得这两大晶圆代工厂的竞争更加多元化了。

美国建厂的困扰


台积电在美国筹建的5nm制程晶圆厂,从目前的情况来看,正在稳步推进当中,包括正在网上招募数百名工程师,此外,去年年底有报道称,台积电美国亚利桑那州厂确定由企业策略办公室主管凯西迪(Rick Cassidy)出线主导负责,由凯西迪兼任子公司TSMC Arizona执行长暨总经理。

然而,在这之前的很长一段时期内,在美国建厂与否,一直是困扰台积电的一个难题,这其中有多种原因。目前,台积电仅在美国华盛顿州卡马斯市设有一座8英寸晶圆厂,制程工艺相对比较落后。

实际上,该公司的主要收入来源就是美国,其几大客户都是美国厂商,在这种情况下,在美国建先进制程晶圆厂似乎顺理成章,然而,由于美国本土人力成本很高,且产业环境和配套也不如中国台湾地区那么好。另外,美国政府没有给这些大企业在其本土建厂提供补贴的传统,这方面的竞争力显然不如中国大陆。

此次,台积电同意在美国新建5nm晶圆厂,也是经过再三谨慎思考的决定,且在保持推进节奏。台积电公告披露,2021年至2029年,该公司将在亚利桑那工厂项目上支出约120亿美元。而该公司2020年一年的资本支出预期,就达到160亿到170亿美元。因此,有分析师认为,这笔交易的预算暗示最终建厂的规模不会太大,这一计划的规模和所应用的科技,与台积电在中国大陆的投资相似,意味着它在中美之间寻求一种平衡。而要把握好这种平衡关系,显然是一件比较烧脑的事情。

该亚利桑那州5nm厂能否顺利建成并投产,在很大程度上要看美国政府所承诺的补贴到位情况。台积电董事长刘德音曾表示,是否赴美建厂,关键在于美国政府补贴,希望美国联邦政府与州政府能补贴台积电在台湾地区和亚利桑那州两地间设厂的运营成本差距。

另外,由于美国本土缺乏先进的封测厂,没有产业链上下游配套保障的话,制造出来的芯片如何实现封装,也是一个难题,如果再运到亚洲进行封测的话,成本将大幅提升。

因此,台积电在美国新建5nm厂的进度和发展还需要进一步观察。

结语


作为全球最炙手可热的晶圆代工龙头,台积电在无限风光之下,也存在诸多烦恼,这其中,包括幸福的烦恼(产能吃紧),也有来自主要竞争对手的干扰,还有各种复杂的地缘关系等。这些都在促使台积电向产业更高点进发。


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