越来越“可怕”的台积电
最新更新时间：2020-01-29
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台积电是一家既可敬又可怕的企业，可敬的是其突破性的芯片代工模式颠覆了半导体行业的游戏规则；可敬的是其成为晶圆代工界的黄埔军校，为代工界培育了大量的人才；可敬的是其对中国半导体产业所作出的贡献。但台积电也越来越可怕，可怕在其过去数十年的霸主地位，仅一家便吞下晶圆代工的半壁江山；可怕在其对先进工艺的追逐，7nm几乎独揽生意，5nm进入量产阶段，2nm已有谋划；可怕在其早早地对先进封装技术的未雨绸缪和远见，并不断取得突破。
十年磨一剑，不，半导体业可能要更久，半导体业没有弯道超车，有的只是在这个炽热和浮躁的大环境下的冷静和坚持。
过去十年不断攀升的市占率
台积电的专业芯片代工模式改写了半导体产业的游戏规则，长久以来，台积电一直处于晶圆代工界的老大，其市占率逐年攀升，过去十年台积电的市占率一度处于一半以上的态势，也因此格罗方德曾向欧盟和中国投诉台积电垄断。
2009年台积电的市占率为45%，正值金融危机之时，已经退休4年的张忠谋重回台积电，上任之后，张忠谋带领台积电全力冲刺当时最前沿的28nm制程芯片，这一年，台积电实现了40nm量产和28nm的开发，并且开始部署20nm的研发。
2010年台积电经历了强势复苏的一年，其所有晶圆代工厂满负荷运转，并实现了14%的产能提升。且40/45nm实现全面量产，28nm也开始和客户预约订单，2010年台积电的市占率上升为47%。
2011年全球半导体市场增长接近于零，对台积电来说是具有挑战的一年。但台积电市占率仍增长了2%，由2010年的47％上升到49％。这主要是由于，在台积电的技术优势下，全球主要IC领导厂商与台积电、联电的关系将更为紧密，助其全球晶圆代工市场地位日益稳固。除此之外，台积电在2011年下半年率先提供28nm制程的量产技术。
2013年，台积电28纳米出货量和收入快速增长，并且引入了FinFET晶体管结构，使得16纳米获得了更好的性能，除此之外，台积电还开始了10纳米工艺的研发。台积电的市占率为46％。
得益于28纳米技术的强劲需求以及客户对20纳米片上系统代工的快速接受和需求提升，2014年台积电创收和利润再次达到新纪录，其市占率一举跃升到53.7%。其16nm FinFET Plus于2014年12月按计划完成技术认证，7纳米技术进入了高级开发阶段。
2015年全球经济发展疲软阻碍了半导体的发展，但受益于先进工艺的发展，台积电20纳米订单增加了一倍，16纳米FinFET工艺也被成功引入，10纳米取得了良好的进展并且完成了技术认证，7纳米在产量和良率上都得到了提升。2015年台积电在晶圆代工市场的市占率上升到55%。
据 IC Insights 的统计资料显示，台积电在2016年以59%的市场占有率排第一，这主要是得益于台积电通过成为世界逻辑IC行业技术和能力的可信赖提供商，10纳米取得成功量产，7纳米完成了技术认证。
2017年台积电10纳米工艺订单激增，7nm量产，并抓住了移动设备、高性能计算、物联网和汽车半导体的机遇，不但在收入、净利润和每股收益上都实现了稳健的增长，还为台积电在未来几年建立了强劲的发展势头。2017 年台积电于全球晶圆代工市场的市占率高达 55.9%。
根据CINNO Research 产业研究统计的晶圆代工排名中，2018年积电的市占率为53.3%。据调研机构Trendforce指出，台积电2019年第四季在代工市场的市占率为52.7%，而且2019年11月，台积电市值一举超越三星的市值，达到约2620亿美元。
台积电市值显著走高，主要与全球半导体生态系统的变化有密切关系，随着手机时代的到来，高性能及高节能的应用处理器(AP) 越显重要，故台积电的高端晶圆制造技术与量产能力，将能帮助台积电在市场内取得大量订单。台积电市值走高还归因于格芯宣布放弃进军7 纳米制程，而从格芯流出的高阶晶片订单，也令台积电更为扩大在晶圆代工市场之影响力。
在今年年初召开的法人说明会上，台积电总裁魏哲家预测，受惠于5G和人工智能晶片应用快速成长，台积电营收有望在2020年第一季度达到102亿-103亿美元，创出新高；全年增幅则会优于产业平均值，同样来到历史最高点。
先进工艺的垄断
台积电创业初期，在飞利浦的技术支持下，是以3.0um与2.5um切入市场，在当时落后Intel 2个世代。在1999-2009这十年，台积电通过高强度的资本和研发投入，工艺突飞猛进，逐渐赶超英特尔。后来随着智能手机的兴起，台积电拥抱行业最优质的客户，与华为海思、苹果、高通、苹果等客户共同成长，不断触底摩尔定律的极限，突破14nm、7nm、5nm等技术节点，也因此在先进工艺上长期处于垄断地位。
在先进制程的战争中，28nm可以说是台积电甩开其他晶圆厂的一大制胜武器，其28nm制程从2011年开始量产，领先竞争对手3-5年。为了充分发挥技术优势，台积电非常注重迅速扩张先进产能，也正因为如此，帮助台积电在每一个先进制程节点都能快速抢占客户资源、扩大先发优势，2012年，台积电在28nm制程工艺芯片市场的占有率接近100%。
放眼整个晶圆代工行业，目前主要还剩下台积电、三星、英特尔、联电、格罗方德和中芯国际这几个头部企业，再加上联电、GlobalFoundries等主要竞争对手相继宣布放弃12nm以上节点研发，英特尔10nm工艺久久未出，台积电在先进工艺上的垄断地位更加巩固。
而台积电却在先进工艺的路上愈战愈勇，28nm制程攻克之后，台积电的先进制程发展迅速。2014年台积电启动“夜鹰计划”，全力奋战10nm，研发人员实施24小时三班轮值不停休，从而大大提升了研发效率，到2016年底，台积电的10nm开始量产，2017年10纳米开始爬坡。
在7nm工艺上，只有台积电和三星两家能做到，但台积电在市场份额上占据绝对优势。2019年台积电Q3季度财报会显示，台积电的先进工艺产能爆发，苹果、华为、AMD等客户都相继推出了新一代7nm芯片，包括麒麟990系列、A14及锐龙3000、RX 5700系列等，所以台积电在7nm的订单上可谓一家独大，而且7nm产能早已供不应求，交付期都从2个月延长到了6个月。
在先进工艺的追逐战中，EUV光刻机是关键的一环，而在三星、台积电和英特尔三家中，台积电的EUV布局当属领先。Arete Research高级分析师Jim Fontanelli也表示，台积电在EUV领域处于领先地位，无论是所用的工具还是订购的工具，生产的商用EUV晶圆的数量，还是将EUV集成到他们未来的路线图中。据悉，今年台积电的7nm（包括EUV）晶圆产能大概在10-11万片/月。三星7nm LPP（EUV）工艺的晶圆产能大概在1万张/月，只有台积电的1/10左右。
2019年10月，根据台积电联席CEO魏哲家此前公布的数据，公司的5nm工艺已经完成研发，目前正在风险试产，量产时间也提前到了今年Q1季度。目前可以确定会用5nm工艺的就有苹果、华为海思，这两家是最早首发的。后续AMD的Zen4处理器、高通的骁龙875、赛灵思的新一代FPGA也有望用上台积电的5nm工艺。
5nm之后，其3nm新厂可望于明年动工，更为厉害的是，2nm工艺的研发也已经开启，预期4年后就可以投放到市场上。更先进的工艺上，台积电也走在了前列。
在日前台积电召开的法人说明会上，CFO黄仁昭介绍到，对于2020年全年资本支出情况，台积电给出了150亿-160亿美元的预期，继2019年全年支出达到历史新高后，再破记录。在2020年的全部支出中，约80%将用于3nm、5nm与7nm等先进制程技术上，其余仅10%则用于包括先进封装与光罩，另外的10%则是用于特殊级制程技术上。他还指出，从细分业务来看，5nm、7nm等先进制程则或将成为台积电最强有力的增长动能。
高级封装上的进击
早些年，苹果iPhone处理器一直是三星独揽。但从A11开始，台积却接连独拿两代iPhone处理器订单，关键之一，就是台积电开发的全新封装技术InFO，它能让芯片与芯片之间直接连结，减少厚度，给电池或其他零件腾出宝贵的手机空间。此举也成为高级封装技术走向大规模商用的标志性事件。
高级封装技术在最近几年热度不断攀升，已经成为高性能芯片的必选项，也被视作延续摩尔定律生命周期的关键。过去，晶圆代工与封装厂基本都是各司其职，但随着终端对芯片要求的提升，一方面，处理器所存在的“内存墙”问题大大限制了处理器的性能，另一方面，随着高性能处理器的架构越来越复杂，晶体管数越来越多，再加上先进半导体工艺的价格昂贵，处理器良率提升速度差强人意。
为了解决这些问题，先进封装开始走上风口，而台积电很早就看到了这个需求。2011年的台积电第三季法说会上，张忠谋就宣布台积电要进军封装领域，其第一个产品，叫做CoWoS（Chip on Wafer on Substrate），就是是将逻辑芯片和DRAM放在矽中介层（interposer）上面，然后封装在基板上。
两、三年后余振华领导的整合连结与封装部门顺利开发出CoWoS技术，而到了量产之后，真正下单的主要客户只有赛灵思一家，可以看出，在彼时这种技术还不能完全被一众厂商接受，主要原因是价格太高。后来台积电开发价格略微低的先进封装技术，性能比CoWoS略差一些。这也就是后来首度用在iPhone 7与7Plus的InFO封装技术。
台积电的两大先进封装COWOS和InFO，这两年在市场上也取得了很大的优势，除了CoWoS和InFO这两大2.5D IC封装技术外，台积电在3D IC封装上还有SoIC 及 WoW。其SoIC 及 WoW 等3D IC先进封装也陆续试产成功。
2018年台积电已完成搭载7纳米逻辑IC及第二代高频宽记忆体（HBM 2）的 CoWoS 封装量产，并借由高制造良率、更大硅中介层与封装尺寸能力的增强、以及功能丰富的矽中介层，例如内含嵌入式电容器的矽中介层，使得台积电在 CoWoS 技术上的领先地位得以更加强化。
2019年10月，台积电在美国举办的开放创新平台论坛上，与ARM公司共同发布了业界首款采用CoWoS封装并获得硅晶验证的7纳米芯粒(Chiplet)系统。台积电技术发展副总经理侯永清表示，台积电的CoWoS先进封装技术及LIPINCON互连界面能协助客户将大尺寸的多核心设计分散到较小的小芯片组，以提供更优异良率与经济效益。
因看好未来 5G、人工智能、高效能运算（HPC）等新应用，而且芯片设计走向异质整合及系统化设计，台积电不断扩大先进封装技术研发，去年台积电顺利试产 7nm系统整合芯片（SoIC）及 16 纳米晶圆堆叠晶圆（WoW）等 3D IC 封装制程，预期 2021 年之后进入量产。
不得不说，原先不起眼的封装技术，现在俨然成为台积甩开三星、英特尔的主要差异点。在商业的推广上，台积电更是不遗余力地推广高级封装领域开放生态，包括封装技术、互联接口标准以及相关的IP，希望能给客户带来更多价值。
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