芯片|台积电的烦恼芯片|IT电子

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钛媒体注：本文来源于微信公众号远川研究所（ID：caijingyanjiu），作者 | 刘芮，编辑 | 李墨天，钛媒体经授权发布。

6月30日，三星官方宣布3nm制程量产。
随着芯片代工制程推进，英特尔刚在14nm挤完牙膏，台联电和格芯干脆放弃了10nm以下制程，中芯国际由于禁令问题，短期追赶无望，三星和台积电已然成为全村的希望。
不过仔细观察两个头号玩家，看技术同属第一梯队，看收入实则相去甚远。
在代表先进制程的5-10nm工艺上，台积电一个人拿走了全行业近九成的营收，三星则是先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，期间还因为日本断供光刻胶，打乱了生产节奏。

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因此在台积电宣布“下半年量产3nm”的情况下，三星赶在上半年最后一天“PPT首发” ，更像是一次会计学的胜利，意在稳住潜在客户。
另一个例子是，台积电在3nm制程沿用了成熟的FinFET工艺，三星则非常激进的采用了纸面参数更好、但良率提升更慢的GAA工艺，颇有放手一搏的意味。
三星流年不利，台积电的处境就好吗？恐怕也未必。
01、砍单：先进制程的冬天芯片代工是一个捆绑在摩尔定律车轮上滚滚向前的游戏。
所谓摩尔定律，即“集成电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍（相应的芯片制程也会不断缩小）” 。芯片代工的本质，就是赶在对手之前达到摩尔定律的工艺节点，在对手追上自己之前赚个差价。
但这个差价实在是太过丰厚了，举例而言，台积电3nm量产在即，中芯国际目前还停留在14nm ，营收占比也很小。前者去年的净利润是后者的10倍，市值是后者的26.5倍。
站在卡脖子的位置上，众星捧月的台积电还能赚很长时间的差价。但另一方面，芯片代工厂和消费电子公司，其实是唇齿相依的关系。
一座12寸晶圆厂造价高达30亿美元，台积电每年买设备、建产线的资本开支高达数百亿美元。为这些成本买单的，其实是苹果、英伟达、AMD这些顶级芯片设计公司的订单，也是iPhone、RTX显卡和Ryzen处理器庞大的出货量。

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换句话说，台积电再厉害，终究是个乙方。所以，当下游的终端厂商开始过苦日子，作为上游的台积电，日子也不会好到哪去。
这也是今年的消费电子市场正在发生的事：砍单。
6月底，台积电三大客户苹果、AMD、英伟达几乎同时砍单。苹果直接把iPhone 14的首批出货量砍了10% ，英伟达和AMD则因为PC市场疲软“要求调整订单” 。
要知道，去年台积电568亿美元营收中， 26％来自苹果，砍单对台积电影响很大。
种种迹象表明，消费电子市场将面临整体性的衰退。
三星官宣3nm当天，存储芯片龙头美光公布财报，对第四财季的预测堪称灾难， 68-76亿美元的收入远低于91.4亿美元的分析师预期，原因则是“PC和手机需求疲软”——Gartner 预计，今年全球手机出货量会下滑 7% ， PC下滑9.5% 。
财报发布后，作为半导体景气度指标之一的费城半导体指数下跌4.6% ，英伟达等芯片大厂全面下跌，顺便带崩了ASML、应用材料（Applied Materials）和台积电这些供应链公司。从公司市值看，台积电较年初已经跌没了将近50% 。
衰退的原因有很多，比如加密货币崩盘，比如消费者换机时间拉长，比如疫情带动的PC出货结束。但对台积电的影响都是一样的：你们的货卖不出去，怎么给我报销研发费用？

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除了供应链管理大师苹果，其他消费电子公司的存货周转天数都在增加
随着代工工艺的进步，芯片生产的费用其实是越来越高的：一座8英寸的晶圆厂造价动辄15亿美元，一般的企业咬咬牙还能顶上。一座新的12英寸晶圆厂，造价起码30亿美元起步。
但目前来看，手机和PC的需求不振已经传导到了产业链上游。ASML在财报中披露，将EUV光刻机的出货量从55台砍到了40台，虽然看上去没多少，但考虑到光刻机的单价，直接把ASML的预期增长拉低了10% 。
过去一年多时间，半导体行业的景气其实更多是以MCU芯片、IGBT芯片为代表的汽车芯片带来的，对应着一季度销量增长80%的新能源车市场。
但问题是，这些芯片并不需要先进制程。
02、倒车：成熟制程的崛起台积电的另一个身份是当之无愧的MCU芯片代工霸主，占据了全球70%的车规级MCU产能。
MCU（Microcontroller Unit）俗称单片机，玩具、手机和家电里都有它的身影。但MCU的主要应用在汽车，一辆汽车上，可能有上百个MCU分布于各个零部件。
车用和工控等芯片长期紧俏，也创造了一个奇特的现象：晶圆厂开倒车，反攻成熟制程。
即便是台积电、三星和英特尔这样的顶级玩家，也在成熟制程里疯狂扩产，更上游的光刻机， ASML不少订单甚至是古老的DUV光刻机。
MCU对汽车生产无比重要，但对台积电来说，无论是MCU芯片，还是IGBT、射频这类芯片，工艺大部分都还停留在2008年就开始量产的40nm ，甚至更老的65nm 。
虽然市场份额非常大，但汽车电子业务给台积电带来的收入很少，只有5%左右的占比。看利润，可能就更低了。
从财报看，台积电的收入构成主要有三块：
1.智能手机业务，主要是手机SoC的代工，苹果、高通是大客户。
2.HPC业务，即高性能计算（High Performance Computing），比如AMD的CPU、英伟达的显卡、苹果的M1/M1 Max 。
3.车用电子业务，既有MCU芯片、IGBT芯片，也有Mobileye的自动驾驶芯片，前两者都是成熟制程。
过去几年，手机的下游需求肉眼可见的饱和， HPC业务则因为PC出货量下降、数字货币矿难、5G基建停滞出现滑坡。反倒是长期延续的汽车芯片短缺，创造了半导体的高景气度。
比起先进制程按着三星打的所向披靡，成熟制程的代工台联电能做、格芯能做、华虹和VIS也能做，竞争多了就没什么油水，典型的有份额无利润。

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汽车芯片的短缺，一开始有疫情影响，但本质还是供需的错配。
汽车生产商大多奉行零库存理念，即所有零部件只预留一个“安全库存” ，以提高整体周转效率。疫情爆发后，车企因为销量下滑减少了芯片订单，代工厂就把产线安排给了其他芯片。但疫情缓解叠加新能源车市场爆发，消失的订单又回来了。
车规芯片大多动辄一年的的认证周期，就算有产能也不能立刻排上；而长期缺货又让车企对零库存产生怀疑，开始疯狂备货，造成了产能的挤兑。实际上，真实的需求并没有增加太多。
从各个企业的营收看， 2021年的主要增长也来自成熟制程的产能增加。这种气势如虹的营收增长难免让人问一句：不会有人还没上车吧？

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中芯国际在北京、上海、深圳都有28nm工厂的建设计划，瑞萨电子甚至把2014年就关闭的产线重新开张，生产车规级功率芯片。今年活的最舒服的，反而是格芯这类放弃先进制程研发，彻底躺平的代工厂。
论摩尔定律上的攻坚，台积电无人能敌，但放下身段去和中芯国际抢成熟制程的订单，对台积电来说利润实在太低了。
另外，手机和PC依然是半导体市场最主要的下游应用，合计占比高达65% 。汽车半导体虽然增长快，但基数太低，占比只有8%左右。
这也是为什么台积电不久前宣称不再扩充40nm以上的产能，而是“呼吁”客户尽快升级到28nm 。
03、极限：摩尔定律的数字游戏芯片代工是一个被钱堆出来的产业。台积电的研发支出在A股所有公司里可以排第二名，是中芯国际的7.3倍，这还不算高昂的设备投资。
制程的优势不单单体现在技术上——当台联电和中芯国际这类追赶者量产7nm时，台积电的7nm产线折旧很可能都结束了，相当于零成本运营。
无论如何，芯片代工的竞争格局都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了。
2016年，台积电和三星进入10nm攻坚的最后阶段，英特尔则由于研发进度落后，只能升级个架构继续凑合用，原本的10nm变成了14nm+ 。2017年，台积电和三星的10nm量产，英特尔再度难产， 14nm++横空出世。

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当年3月，英特尔高管在官网上写了篇文章，暗示台积电和三星玩文字游戏，呼吁行业寻找“一个全新的制程度量方法” ，还在文章里挂了张图，讽刺友商没有按照摩尔定律的基本法迭代。

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按照图里的规划，英特尔会在2018年推出正宗的10nm ，不过最后的结果是，英特尔掏出了魔改三代的14nm+++ 。
其实英特尔的说法并没有错，大部分人印象中，制程纳米数越小，代表工艺越先进。但真正衡量芯片制程工艺的核心指标，其实上“逻辑晶体密度”——只有密度越高，产品才越先进。把英特尔拖到2019年才量产10nm和友商的7nm对比，这个核心指标其实是差不多的。

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所以以台积电的标准看，英特尔的10nm完全可以叫7nm ，就连台积电也承认，纳米数值已经不再代表真实的物理尺度，更像是营销层面的术语。
眼见老对手AMD依靠台积电7nm工艺攻城略地，英特尔选择打不过就加入，把自家10nm命名为Intel 7 ， 7nm命名为Intel 4 。
对下游的终端厂商来说，制程进步带来的红利越来越少了。
比如之前爆料的苹果A15芯片，同功耗单核性能只提升了7% 。CPU则用疯狂堆核心对抗边际效应减弱， GPU方面，制程进步换来的性能增加变少，厂家只能狂拉功耗换提升，英伟达RTX 40系旗舰显卡功耗据说达到惊人的800W 。
性能没有指数级增加，反倒是成本指数级增加：3nm芯片设计费用动辄15亿美元，流片——即芯片试生产的费用也越来越高：小米试产16nm的澎湃S2时，一次流片“只要”400万美元。如今5nm的流片成本高达4725万美元。
总而言之，摩尔定律放缓带来的影响有两方面：一方面芯片设计的成本越来越高，如果没有产品庞大的出货量做支撑，用得起的人会越来越少。
另一方面，制程的红利越来越少，追赶者越来越多，客户不再毫不犹豫的选台积电，英特尔为联发科代工的传闻就是很好的例子。
04、尾声：巨人的烦恼台积电的确有诸多烦恼，但这种烦恼，本质上就像先富人士纠结房子买在外滩还是陆家嘴一样。
半导体是一个高度全球化的行业，台积电则是一家被全球顶级芯片产业链共同武装起来的公司。它拥有很强的技术能力，但更关键的是，它专门做晶圆制造，跟AMD、英伟达、高通等十几家顶级半导体企业都是老朋友，利益不仅不冲突，还高度一致。
正如台湾IT教父施振荣所说：台积电是世界的朋友，三星是世界的敌人。
为了缓解摩尔定律失效的影响，台积电开始把大量的资本开支从前段的制造转向后段封装。目前， 2.5D/3D封装技术被认为是给摩尔定律续命的关键解药。
去年全球2.5D/3D封装投资里，前七大半导体厂资本支出合计高达119.09亿美元，英特尔、台积电、日月光投控排名前三。
换句话说，台积电手里的牌还有很多。

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而在对“硬科技”的追逐甚嚣尘上的中国大陆，市场一直期待摩尔定律出现极限，这样无论是三星还是格芯，无论是中芯国际还是华虹，都有了追赶的希望。
【芯片|台积电的烦恼】但话说回来， 100米和100公里都是差距，骑自行车和开特斯拉都是追赶，在EUV光刻机断供、资本开支扩后等情况下，大陆代工业目前的现状，更像是骑着自行车拼命追赶100公里的差距。
更何况，大陆要出现一家台积电公司，在目前的环境下，可能需要的不仅是制造环节的工艺突破，也需要材料、设备、EDA等等全产业链的突破。
大雨倾盆之时，最后一个淹死的也是姚明。台积电的烦恼，终究是属于强者的烦恼。
参考资料：
[1] 砍单砍单砍单，半导体真要“变天”了，海豚投研
[2] 晶圓代工產值連續十季創下新高， TrendForce
[3] 投资900亿日元瑞萨扩大功率半导体产能，中国电子报
[4] Samsung has won the 3nm chip race, but winning the war with TSMC is another matter ， Techmonitor
[5] Global Chip Shortage’s Latest Worry: Too Few Chips for Chip-Making ， WSJ
[6] tsmc readies five 3nm process technologies with finflex ， anandtech