[原创] 台积电的多重隐忧
2021-09-11
14:00:02
来源: 半导体行业观察
在那个波澜壮阔、风起云涌的时代，“英雄”和“恶魔”都是时代造就的产物，半导体浪潮成就了独一无二的台积电。
2020年至今，半导体行业正处于“超级循环周期”之中。台积电迎来史上最高光时刻，世界几乎一半的芯片都是由台积电制造，是竞争对手市场份额的数倍，高端制程芯片更是包揽了八成以上。
台积电二季度财报显示，不同工艺制程营收能力方面，5nm制程出货占整体销售额的18%，7nm制程出货占31%。仅7nm及以上的先进工艺，就占到公司营收的49%，台积电营收占到了全行业总营收的56%，可见先进工艺带来的利润有多么恐怖。
凭借其良好的工艺技术、客户关系和生态系统，以及巨大的研发资金投入，成就了如今台积电这一晶圆代工龙头地位。与此同时，台积电股价也节节攀高，前不久其市值更是超越腾讯，登顶亚洲市值王座。
再从工艺节点进程来看，台积电在2020年第二季度开始量产5nm芯片，计划在2022年下半年开始量产3nm芯片（近期有消息表示，台积电3nm制程工艺量产时间将推迟），目前也已经开始研发2nm芯片，量产可能会在2026年开始。
对比台积电与全球其他芯片代工厂目前的技术差距，台积电与其他竞争对手已经出现了代差，只有三星还在苦苦追赶。
晶圆代工厂工艺节点进展（图源：IC Insights）
台积电的实力或谋略，自不必多言，业内尽人皆知。但倘若细细品味，一片繁荣景象下，又似乎能隐约嗅到丝丝危机。或许，台积电的隐忧并非是在技术方面，更多是在技术之外，产业外追内堵，地缘政治因素等或将都是台积电需要警惕的隐患。
今年3月，美国人工智能国家安全委员会（NSCAI）公布的报告《National Security Commission on Artificial Intelligence》中指出，芯片将是未来人工智能产业最重要的基础，不只经济会因芯片产业受益，谁拥有最先进的芯片制造技术，谁就将在每个竞争领域都取得优势。
报告提到，“美国对进口芯片的依赖，特别是中国台湾（台积电），已是美国在经济和军事发展策略上的弱点，这使得美国‘供应链易受破坏’。因此，美国必须要保持在境内制造尖端芯片，技术要领先对手两个世代以上。”
透过大规模投资来扩大国内市场，让荷兰ASML或日本的半导体合作厂商愿意为了美国市场的商机，拒绝将关键设备和材料卖到中国，成为美国政府拿回半导体制造主导权的规划蓝图。
但是，美国如何才能突破台积电的领先优势？报告中提到，关键在于台积电擅长的2D电路线宽微缩的技术已达物理极限，目前台积电必须投入比过去高出数倍的成本，兴建巨型晶圆厂，却只能得到较过去更少的产能，摩尔定律失速使得边际效益愈来愈小。
当半导体在二维密度达到物理极限后，先进封装技术将成为极为关键的角色，换句话说，
未来比的不只是谁能把晶体管做得更小，而是谁能把更多层晶体管整合在同一颗IC里。
在此领域，美国企业或许比台积电更具领先优势，英特尔就曾在史丹佛大学发表过将100层晶圆整合在一颗IC 里的计划。
同时，报告建议，美国2022年应投资10亿美元进行先进封装技术的研究，5年内投入比过去多一倍的资金，约120亿美元，在最新的半导体技术上，如极紫外光（EUV）之后的半导体曝光显影、3D堆叠、碳纳米管、化合物半导体晶体管制造、自动化IC设计及低温运算等，都是美国未来的发展机会。
另一方面，据DigiTimes数据显示，苹果为台积电的第一大客户，2020年为台积电贡献了24%的收入，预期今年将超过25%。除了苹果之外，还包括AMD、博通、高通、英特尔、英伟达等美国芯片企业是台积电的前几大客户，合计为台积电贡献了超过六成的收入，DigiTimes预计这些美国芯片企业在台积电的营收占比将进一步提高。
瑞士信贷分析师Randy Abrams表示，如果科技公司不把产品零部件分派给不同厂商制作，很可能导致缺货风险增加，也会大幅降低科技公司对制造成本的谈判筹码。
对于晶圆厂也同理，如果绝大部分营收全部来自同一个国家，自然也会大幅加剧自身风险。如果说失去华为订单对台积电的影响相对有限，其他企业订单能迅速补上。但倘若失去上述前几大客户的代价想必台积电也承受不起。
在芯片产业全球化的时代，台积电是整个产业皇冠上的明珠。大家根据产业比较优势来进行生产，相信了市场的力量，所以这个芯片代工产业发展的非常顺利，台积电也因此赚得盆满钵满。然而，在不稳定的国际贸易环境下，美国可以随时在芯片制造设备领域卡住台积电的脖子。
当前，半导体制造受到各国重视，企业层面不论台积电、三星、英特尔还是格芯，都在大力进行扩产；另一方面该产业受到地缘政治影响，企业产能布局受到综合因素影响，未来晶圆代工的市场格局和产能布局都在变化之中。
今年3月，英特尔新CEO帕特·基辛格宣布了英特尔“IDM 2.0”的发展战略，宣告英特尔将正式进入代工服务领域，为此，英特尔组建了一个全新的独立业务部门——英特尔代工服务事业部（IFS）。
前不久，在全球芯片荒之际，英特尔宣布将斥资200亿美元，在美国亚利桑那州新建两家芯片工厂。英特尔跨入代工服务，这一战略将直接与台积电、三星展开竞争。但路透社报道指出，即便英特尔即将与台积电和三星展开竞争，它也计划成为这两家公司的更大客户，让它们为英特尔生产名为“tiles”的芯片部件，以提高某些芯片的成本效益。
基辛格预计，全球芯片短缺将持续至少两年，这大致相当于建立新的制造工厂所需的时间。他还透露，全球晶圆代工市场将在2025年达到1000亿美元，该公司将代工一系列芯片，包括基于ARM架构的芯片。
基辛格指出，
英特尔的代工计划已经得到了业界的热忱支持，亚马逊、谷歌、微软和高通等公司均有可能是其晶圆代工业务的客户。
微软首席执行官萨蒂亚·纳德拉还在现场与基辛格进行连线，以表示对英特尔的支持。据透露，英特尔目前已与大约100家客户进行了交谈，正在讨论代工机会。
基辛格在接受英国BBC专访时直言：“英特尔在不断向欧美政府推销分散供应链，增加供应链安全性的想法。除了今年在美国兴建两个厂，2022 年还有在欧洲和美国兴建新厂的计划。”
也有业内资深人士表示，在当前现状下，客户一定会考虑分散供应链，这次英特尔宣布推出晶圆代工服务，高通马上表示有兴趣，而各国用于国防等关键领域的芯片生产也一定会分散生产地点。
英特尔也持续向台积电最大的客户苹果招手，在台积电产能不足的情况下，苹果会不会重启分散供应链计划，对台积电也至关重要。
此外，英特尔还计划收购格芯，若传闻最终落地，格芯则将直接带来关键的代工业务，与英特尔强化晶圆代工的野心不谋而合。
上个月，在Intel Accelerated大会上，英特尔分享了公司在工艺上的路线图，同时还谈到了公司在封装、晶圆代工，甚至还有公司在EUV工艺上的规划。
英特尔宣布进军晶圆代工以及其他一系列动作布局，尽管短期内技术难以和台积电相提并论，但任谁都无法忽视这家半导体巨头重返战场。
自从美国把芯片当做武器以来，全球各地为了防范产业风险，纷纷自主建立芯片工厂。经历车用芯片荒对欧盟经济的冲击后，欧盟多国更是研议，砸钱重返芯片制造领域。笔者在
《欧洲半导体要实现自主可控？》
一文中曾介绍过欧洲在芯片制造领域的动态与布局。
国际半导体产业协会（SEMI）在6月发布的最新一季全球晶圆厂预测报告指出，未来两年全球将新建29座晶圆厂，各地区对晶圆制造的重视力度可见一斑。
各地政府都盯着中国台湾的半导体产业，盯紧台积电。台积电股价屡创新高，市值狠甩其它半导体龙头之际，所有的专家和媒体报道都聚焦在台积电制程发展顺利，未来几年在技术和市占率上将持续保持领先。
然而，很少有人提及，当台积电成为地缘政治的必争之地时，各国政府已开始积极思考该如何出招，夺回半导体制造的主导权。
同时，台积电在国外建厂投入巨大。《经济日报》曾报道，台积电在美国亚利桑那的厂区将是现有南科厂区的两倍大，未来计划在当地兴建6个厂，成为一座超大晶圆厂。但台积电在当地设厂遇上成本高昂的问题，和中国台湾相比，建设费用就高达6倍。这些阻力同样影响到了台积电的供应商，供应商也透露，要跟着台积电赴美生产，成本一定比中国台湾贵数倍。
根据调研机构IC Insights的研究报告指出，未来几年先进制程市场将掀起一场激烈的竞争，晶圆代工市场将会面临定价压力。因此，在高成本投入以及各地兴建晶圆厂的情况下，台积电能否维持高毛利率或将成为新的问题。
芯片的竞争放长来看，将不只是技术本身的争夺，而是综合资源和能力的比拼。
如今，中国大陆也越来越重视集成电路产业的发展，在资金、时间、人才、政策等方面不断加码，让全球半导体产业逐渐转向大陆。
近日，来自中芯国际的一则消息更是吸引了整个业界的眼球，中芯国际和中国（上海）自由贸易试验区临港新片区管理委员会签署了合作框架协议，计划投资约88.7亿美元，共同成立合资公司，规划建设产能为10万片/月的12英寸晶圆代工生产线项目，聚焦于提供28nm及以上技术节点的晶圆厂。
实际上，不只是中芯国际，在最近一年多时间内，包括大陆本土企业，以及中国台湾地区、国外企业纷纷在大陆新建晶圆厂。不可否认的是，随着晶圆代工可选项的增多，台积电的可替代性正在被加强。
作为全球唯二能做到5nm制程以下的半导体晶圆代工厂，可见未来双方将在3nm制程上展开全方位竞争。
当前，三星在旗下3nm制程的宣传上，一直把全环绕栅极架构（Gate-All-Around FET，GAA）作为主要优势和卖点。据了解，这种技术相比传统的FinFET技术来说，晶体管排列得更加紧密，在性能方面能够提升约30%，而功耗方面还能降低约50%。GAA架构的晶体管能够提供比FinFET更好的静电特性，可满足某些栅极宽度的需求，整体来说提升还是比较大的。
对于GAA架构，台积电称将在2nm节点引入GAA技术，现阶段台积电仍然将采用FinFET架构。三星表示，采用GAA的3nm制程技术性能要优于台积电。
对于三星领先台积电一步的差异化发展路线，有观点认为，台积电的晶圆代工经过几十年的沉淀，几乎在每个技术节点上都采用了最稳健的方案，在处于行业优势地位下，台积电并不需要走三星相对激进的路线，而短期内这种优势还将继续保持。
各方言论都有各自的道理，笔者在
《GAA晶体管时代即将开启？》
中也介绍过架构技术的未来走势，以及三星和台积电在岔路口的不同选择。未来究竟如何，大概还需等到台积电与三星3nm量产后的表现。
另一方面，随着半导体技术未来的发展趋势，正在走向逻辑与存储的异质整合技术，要有能力同时整合逻辑和存储两个技术，才能掌握主流半导体产业的成长脚步。
众所周知，三星在存储芯片市场可谓一言九鼎，握有最大筹码。
台积电虽然称霸全球逻辑制程领域，但与存储技术之间似乎是井水不犯河水，尽管两三年前台积电多次强调存储技术，
且表示不排除收购一家内存芯片公司的可能。
但时至今日，台积电也只是在存储领域与爱普、力晶等公司尝试合作开发了逻辑与存储芯片，再无更多的消息传出。
纵观历史和当下，做存储器的都是IDM，没有Foundry，即使有，也只是昙花一现，以失败收尾。作为全球Foundry霸主，台积电如果进入存储器业务，在某种程度上也是补上了这块“短板”，但情况并非如此。有观点认为，由于做存储器的普遍是IDM业态，无论其并购哪家存储企业，短期内恐怕难以成为台积电的主流业务板块，估计还是以原有的、相对独立的IDM状态运营。但如果仅仅是这样，那么台积电进入存储业务的意义似乎就没那么大了。
因此，在存储技术上的缺席，可能会给台积电未来的发展埋下隐患。
同时，三星在扩产方面也表现积极，三星曾宣布在未来10年，将投资约1170亿美元用于晶圆厂的扩建，包括在韩国京畿道平泽市建造一座全新的晶圆厂。不过随着形势的变化，以及韩国政府的扶持和推动，三星表示到2030年，其投资总额由1170亿美元提高到1515亿美元。
近日有国外媒体报道，美国德克萨斯州泰勒市已被确定为三星新晶圆代工厂所在地。尽管消息被三星官方否认，但可以预期的是，在芯片制造的赛道上，三星正在投入巨大的精力向台积电发起“进攻”。
综合来看，
三星的率先转型和存储优势以及在晶圆厂的大量投资，或将给未来的竞争格局增添几分不确定性。
在上述产业布局和野心背后，不难看出，晶圆制造已成为当今全球地缘政治的必争之地。或许半导体晶圆代工格局短时间内仍很难改变，但台积电盛世背后，要警惕危机尚存。
在那个波澜壮阔、风起云涌的时代，英雄和恶魔都是时代造就的产物，半导体浪潮成就了独一无二的台积电。
如今，台积电风头正盛，风潮再起，时代的风或漾起新的潮流。
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