台积电的烦恼

作者刘锐

6月30日，三星正式宣布3nm工艺量产。

随着芯片代工工艺的进步，英特尔在14nm只是挤牙膏，联合技术和辛格干脆放弃了10nm以下的工艺。由于禁令，SMIC没有希望在短期内赶上，三星和TSMC成了全村的希望。

但仔细观察两位顶尖选手，可以看出技术属于第一梯队，收入其实相差很大。

在代表先进工艺的5-10nm工艺上，仅TSMC一家就拿走了整个行业近90%的营收，而三星先是失去了苹果这个大客户，又因为5nm良率问题吓跑了高通和英伟达。这期间因为日本停止供应光刻胶，生产节奏被打乱。

所以，当TSMC宣布“下半年量产3nm”的时候，三星赶在上半年的最后一天“PPT发布会”，更像是一场会计上的胜利，意在稳定潜在客户。

另一个例子是，TSMC在3nm工艺中遵循了成熟的FinFET工艺，而三星则积极采用了纸张参数更好的GAA工艺，但成品率提高较慢，这意味着要试一试。

三星日子不好过，TSMC处境好吗？恐怕不行。

01斩单:先进工艺的冬天

芯片代工是一场被束缚在摩尔定律的车轮上，滚滚向前的游戏。

所谓摩尔定律是指“一个集成电路中可以容纳的元件数量每18到24个月就会翻一番”。芯片代工的本质是先于对手到达摩尔定律的技术节点，在对手追上自己之前有所作为。

但是，这个差价太丰富了。比如TSMC 3nm量产指日可待，SMIC还在14nm，营收份额很小。去年，前者的净利润是后者的10倍，市值是后者的26.5倍。

站在卡脖子上，满天星斗捧着月亮的TSMC，依然可以赚取很长的时差。另一方面，芯片代工厂和消费电子公司其实唇齿相依。

12英寸晶圆厂的成本高达30亿美元，TSMC每年在设备和生产线上的资本支出高达数百亿美元。而为这些成本买单的，其实是苹果、英伟达、AMD等顶级芯片设计公司的订单，以及iPhone、RTX显卡、锐龙处理器的巨额出货量。

换句话说，无论TSMC多么强大，它终究是一个乙方。因此，当下游终端厂商开始过着艰难的日子时，作为上游的TSMC，日子也不会好过多少。

这也是今年消费电子市场正在发生的事情:砍单。

6月底，TSMC的三大客户苹果、AMD和Nvidia几乎同时削减了订单。苹果直接将iPhone 14的第一批出货量削减了10%，而英伟达和AMD则因为PC市场疲软而“要求调整订单”。

要知道，去年TSMC 568亿美元的营收中，有26%来自苹果，削减订单对TSMC影响很大。

种种迹象表明，消费电子市场将面临全面衰退。

在三星正式宣布3nm的当天，内存芯片龙头美光公布了财报，对第四财季的预测是一场灾难。68.76亿美元的营收远低于分析师预期的91.4亿美元，原因是“个人电脑和手机需求疲软”——Gartner预测今年全球手机出货量将下降7%，个人电脑下降9.5%。

财报发布后，作为半导体景气指标之一的费城半导体指数下跌4.6%，英伟达等芯片制造商全线下跌，拖垮了ASML、应用材料、TSMC等供应链公司。从公司市值来看，TSMC与年初相比已经损失了近50%。

衰退的原因有很多，比如加密货币的崩盘，消费者换手机的时间变长，疫情推动的PC出货量结束。但对TSMC的影响是一样的:如果你的商品卖不出去，你怎么给我报销研发费用？

除了供应链管理大师苹果，其他消费电子公司的库存周转天数都在增加。

随着代工技术的进步，芯片生产的成本其实越来越高:一个8英寸晶圆厂的成本动辄高达15亿美元，一般企业即使咬牙也买得起。一个新的12英寸晶圆厂将耗资至少30亿美元启动。

但目前手机和PC需求的低迷已经传导到产业链上游。ASML在其财务报告中披露，它将EUV口罩对齐器的出货量从55个减少到40个。虽然看起来不多，但考虑到光刻机的单价，它直接将ASML的预期增长降低了10%。

在过去的一年多时间里，半导体行业的繁荣其实更多的是以MCU芯片和IGBT芯片为代表的汽车芯片带来的，对应的是一季度销量增长80%的新能源汽车市场。

但问题是这些芯片不需要先进的制造工艺。

02逆转:成熟制造工艺的崛起

TSMC的另一个身份是当之无愧的MCU芯片代工霸主，占全球汽车级MCU产能的70%。

俗称MCU，玩具、手机、家电都有。而MCU主要用在汽车上，可能有上百个MCU分布在各个部位。

而汽车和工控的芯片长期短缺也造就了一个奇特的现象:晶圆厂倒退，反推成熟工艺。

甚至像TSMC、三星和英特尔这样的顶级公司也在疯狂地扩大他们在成熟过程中的产量。在光刻机的上游，ASML有很多订单，甚至是老DUV光刻机。

对汽车生产极其重要，但对TSMC来说，无论是MCU芯片、IGBT芯片、射频芯片等。，大部分工艺还在40nm，甚至65nm，2008年开始量产。

虽然市场份额很大，但汽车电子业务给TSMC带来的收入却很少，仅占5%左右。看利润，可能更低。

从财报来看，TSMC的收入由三个主要部分组成:

1.智能手机业务，主要是手机SoC的OEM，大客户是苹果和高通。

2.HPC业务，也就是高性能计算，比如AMD的CPU，NVIDIA的显卡，苹果的M1/M1 Max。

3.汽车电子业务，包括MCU芯片、IGBT芯片和Mobileye自动驾驶芯片。前两个是成熟的过程。

前几年手机下游需求肉眼饱和，而受PC出货量下滑、数字货币矿难、5G基础设施停滞等影响，HPC业务下滑。相反，汽车芯片的长期短缺造就了半导体的高度繁荣。

相对于三星所向披靡的先进制造工艺，台联电力、辛格、华虹、VIS等成熟制造工艺也能做到。如果有更多的竞争，就不会有什么油水，通常也不会有利润。

汽车芯片短缺一开始是受疫情影响，但本质是供需错配。

大多数汽车制造商都奉行零库存的理念，即所有零部件只保留一个“安全库存”，以提高整体周转效率。爆发后，车企因为销量下滑减少芯片订单，代工厂将生产线安排给其他芯片。但疫情缓解，新能源汽车市场爆发，消失的订单又回来了。

大部分规芯都是一年认证周期，即使有产能也不能马上上市；但长期的缺货让车企对零库存产生了怀疑，开始疯狂囤货，导致产能挤兑。实际上真正的需求并没有增加多少。

从各企业营收来看，2021年的主要增长也来自于成熟工艺产能的增加。这种波澜壮阔的营收增长不免让人发问:还会有人不上车吗？

SMIC计划在北京、上海和深圳建设28纳米工厂，瑞萨电子甚至重新开放了2014年关闭的生产线，生产汽车级功率芯片。今年活得最舒服的是辛格这样的代工厂，他们放弃了先进工艺的研发，完全躺平了。

按摩尔定律，TSMC是打不过的，但TSMC放下身段，从SMIC抢成熟工艺订单，那就太低了。

此外，手机和PC仍是半导体市场最重要的下游应用，占总量的65%。汽车虽然增长很快，但基数太低，只占8%左右。

这也是为什么不久前TSMC宣布不扩大40nm以上产能，而是“呼吁”客户尽快升级到28nm的原因。

03极限:摩尔定律的数字游戏

芯片代工是一个金钱堆砌的行业。TSMC的研发支出在所有a股公司中排名第二，是SMIC的7.3倍，这并不是高设备投资。

制造工艺的优势不仅仅是技术单一——当UTC、SMIC等追赶者量产7nm时，TSMC的7nm生产线折旧大概会全部结束，相当于零成本运营。

无论如何，芯片代工的竞争格局取决于摩尔定律的稳步推进，但现在的问题是创新的步伐越来越慢。

2016年，TSMC和三星进入了10nm攻击的最后阶段，而英特尔由于RD进度落后，不得不升级架构来凑合。原来的10nm变成了14nm+。2017年，TSMC和三星的10nm量产，英特尔再次难产，14nm++诞生。

按照图中的计划，英特尔将在2018年推出正品10nm，但最终，英特尔在《幻变》中拿出了第三代的14n m++。

其实英特尔的说法没有错。大多数人的印象是，工艺的纳米数越小，工艺越先进。但真正衡量芯片制造工艺的核心指标，其实是“逻辑晶体密度”——只有密度越高，产品才会越先进。英特尔量产10nm的核心指标其实和友商7nm到2019年差不多。

因此，按照TSMC的标准，英特尔的10纳米可以称为7纳米。甚至TSMC也承认，纳米值不再代表真实的物理尺度，而更像是一个营销术语。

看到老对手AMD依靠TSMC的7nm技术攻城略地，英特尔在打不过的情况下选择了加入，并将自己的10nm命名为Intel 7和7nm Intel 4。

对于下游终端厂商来说，工艺进步带来的红利越来越少。

比如之前爆料的苹果A15芯片，在同样功耗的情况下，单核性能只提升了7%。另一方面，CPU用疯狂堆核来抵消边际效应，GPU方面因为工艺进步带来的性能提升变少，厂商只能疯狂拉功耗进行升级。英伟达RTX 40系列旗舰显卡的功耗据说达到了惊人的800W。

性能没有指数级增长，成本却是指数级增长:3nm芯片的设计成本动辄15亿美元，流片即芯片的试产成本也越来越高:当小米尝试生产16nm澎湃S2，一个流式芯片“只需要”400万美元。如今，5nm流片的成本高达4725万美元。

总而言之，摩尔定律的放缓有两个影响:一方面，芯片设计的成本越来越高，如果没有庞大的产品出货量来支撑，越来越少的人买得起。

另一方面，制造环节的红利越来越少，追赶者越来越多，客户不再义无反顾地选择TSMC。英特尔为联发科工作的传闻就是一个很好的例子。

04结局:巨人的麻烦

TSMC确实有很多麻烦，但这种麻烦本质上就像第一批有钱人在外滩或陆家嘴努力买房一样。

半导体是一个高度全球化的产业，而TSMC是一个由世界顶级芯片产业链共同武装的公司。它拥有强大的技术能力，但更重要的是，它专注于晶圆制造。它是AMD、英伟达、高通等十几家顶级半导体公司的老朋友，利益不仅不冲突，而且高度一致。

正如台湾IT教父史所说:是世界的朋友，三星是世界的敌人。

为了减轻摩尔定律失效的影响，TSMC开始将大量资本支出从前端制造转移到后端包装。目前，2.5D/3D封装技术被认为是更新摩尔定律的关键解毒剂。

在去年全球2.5D/3D封装投资中，前七大半导体工厂的总资本支出高达119.09亿美元，英特尔、TSMC和太阳月亮位列前三。

换句话说，TSMC手里还有很多牌。

在追求“硬技术”甚嚣尘上的中国大陆，市场一直在期待摩尔定律的极限，让三星和辛格、SMIC和华虹都有赶超的希望。

不过话说回来，100米和100公里都是差距。骑自行车和开特斯拉都在追赶。在EUV光刻机切断供应、扩大资本支出的情况下，大陆产业的现状更像是骑着自行车追赶100公里的差距。

更何况，内地出现一家TSMC公司，在目前的环境下，可能需要的不仅仅是制造环节的技术突破，还需要材料、设备、EDA等整个产业链的突破。

下倾盆大雨的时候，姚明是最后一个淹死的。毕竟，TSMC的麻烦是强者的麻烦。