密谋五年，台积电扳倒英特尔的三大绝招
2020-11-18
14:00:49
来源: 半导体行业观察
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7月24日，一场远在美国的法说会，宣告台积电在高速运算时代的大机会正式到来。这一天，英特尔执行长史旺（Bob Swan）透露两个重要的讯息：「我们7纳米的处理器生产时程，会比原先预期的晚6个月。」他接着解释，为了维持「英特尔产品在市场上的领导地位，将会在自家晶圆厂之外，采用其他晶圆代工厂产能生产先进产品」。法说会后，英特尔27日立即开除从高通挖角来的首席工程师。
27日，这个消息让台积电的股价如触电般狂飙，台积电股价从每股386元跳上424元，直接涨停锁死。同一时间，一直追赶英特尔的美国处理器大厂AMD（超微）股价涨幅更为惊人；7月23日，AMD股价为59.5美元，到7月30日，AMD股价站上78.2美元，7天内市值暴涨3成。
为什么会这样？以营收计算，英特尔依然是全球半导体龙头。英特尔去年营收高达2兆元台币（下同），是台积电的2倍；获利约6900亿元，比台积电高出2500亿元。英特尔依然是全球处理器之王，去年在终端和资料中心事业的营业额，则达1兆8000亿元。
然而，英特尔执行长这一次的发言，被投资法人视为台积电制程能力超越英特尔的明确讯号。英特尔先进制程进度一再出问题，10纳米制程原本预计2016年推出，却到2019年才问世；今年初，英特尔财务长更公开承认，10纳米的产能表现不如预期，无法大幅贡献获利。
反观，台积电先进制程不断推进。尽管外界不断质疑摩尔定律已到尽头，新制程愈来愈难做，但在今年7月16日，台积电总裁魏哲家在法说会上却明确表示：「今年下半年5纳米制程将强劲成长，全年将贡献8%的业绩。4纳米为5纳米世代制程技术延伸，预计2022年量产；3纳米制程开发符合进度，将于2022年下半年量产。」
大摩最新报告更指出，从去年底，台积电推出7纳米「强效版」制程后，台积电在制造能力上已开始超越英特尔，在同样面积里，能生产出更多电晶体。台积电的7纳米性能相当于英特尔的10纳米，但当2022年英特尔7纳米量产时，台积电已进入3纳米时代。英国《金融时报》评论：「这标志着英特尔长期领导地位的结束。」
最直接的证据是英特尔竞争对手的市占率数字。过去，AMD市场表现落后英特尔，2018年1月AMD一股只值11美元；但这一年，AMD委托台积电制造CPU和绘图芯片后，AMD不断用效能挑战英特尔，市占率节节高升，市值更在2年内翻升8倍！
台积电和英特尔的市值走势也是如此。2000年时，PC是高科技世界的中心，当时，英特尔的市值可以买下6家台积电；但2001年台积电和ARM（安谋）合作，发展制造超省电处理器的能力，紧紧抓住手机芯片的制造商机，英特尔在手机芯片市场一直难以发展。现在台积电的制程已足以生产最先进的处理器芯片，跨进最重要的云端、处理器、AI等高性能运算市场，有机会让台积电再创高峰。
仅是英特尔，去年靠终端产品和资料中心，就做了1兆8000亿元台币的生意，毛利率也和台积电相当；如果英特尔扩大对台积电释单，即使只释出5%，恐怕都是百亿元起跳的大订单。
台积电原本做的是运算能力较慢的手机芯片，为何能让最顶尖的两家处理器公司，都找台积电制造高效能芯片？其实，背后是台积电一项长达数年的秘密布局。
2016年5月，刘德音在台积电技术论坛上指出，未来台积电将致力发展4个新产品平台，包括行动运算、高效能运算、汽车电子和物联网平台。「这是台积电看到未来成长最快的市场区块。」刘德音明确指出，高效能运算的需求，到2020年就会爆发。说实话，当时没人把刘德音的预测当一回事。
4个新产品平台将发酵，刘德音靠3项秘密武器冲上颠峰
一位业界人士观察，台积电当时已经推算出两件事：第1，沿着台积电制程演进的速度推断，到2019~2020年实力足以进入处理器市场；第2，AI等趋势出现，高效能运算芯片是高价又有规模的大市场。
「这几年，处理器市场百花齐放，」这位业界人士解释，过去的处理器是「一颗芯片处理所有事」，但AI出现后，「有专门处理语音的翻译芯片，专门做人脸辨识的影像识别芯片」。同一时间，高科技公司也都想发展自己的AI芯片或处理器，谷歌有自己的AI芯片，苹果今年也宣布推出Apple Silicon，要把苹果电脑里的英特尔处理器换掉。英伟达更因为发展AI芯片，4年内股价从22美元翻涨到420美元。
中国大陆也想发展自己的处理器，最有名的当属华为旗下海思。去年，海思就推出7纳米鲲鹏伺服器芯片；如今即使海思被禁，中国还有飞腾信息等公司，持续投资中国自有的处理器芯片。
锁定高效能运算市场，刘德音过去几年培养出3项秘密武器，从省电的手机处理器跨入高效能芯片的大市场。
「台积电从2012年开始，就培养自己的处理器团队。」一位业界人士观察，刘德音过去对研发着力甚深，在他支持下，台积电培养出全台湾数一数二的设计团队，「人数约有2 、3千人，而且这些人流动性不高，许多人一待就是10几年」。
台积电有能力设计出世界一流的IC参考设计，但这些设计，都留在自家供客户选择使用，不跟客户竞争。业界人士观察：「台积电做这么多年的晶圆代工，光是电源管理用的IP，就有非常多的选择。」这些设计早已经过台积电内部千百次的试炼，只要客户点头，马上就能上线生产。「三星IP不够多，要什么没什么，很多都必须外购。」他分析，IP正是台积电看不见的秘密武器。
业界人士透露，台积电拿下AMD订单的关键，就与一个处理器专用的设计有关，「以前AMD的单一核心，与英特尔相比，效能始终无法超越」。过去要设计多核处理器是非常复杂的技术，但台积电团队设计出一种全新的设计，「让芯片上资料交换的速度能达到全世界最快，而且只送不卖！」有了这个设计之后， AMD可以在短时间内把处理器核心从4核发展成8核，甚至64核。「这个过程里，祥硕的团队也有贡献。」他透露。
从此，AMD改变策略，核心数愈多，与竞争对手的性价比拉得愈高。同时，由于台积电能在同样面积里创造出更大的运算能力，AMD开始猛攻高阶市场。「AMD为了让台积电能顺利代工，也与台积电签下授权协议。」过去台积电曾为英特尔生产X86手机处理器，但跟AMD的合作，才让台积电正式跨入高性能X86架构PC和伺服器处理器市场。
「生产1颗处理器，从设计开始，大约需要一年半时间。」他观察，从刘德音2016年端出高效运算平台后，「台积电派了一组人与AMD一起设计处理器」，2018年，AMD把所有处理器订单都交给台积电生产。他研判，这次英特尔CEO宣布委外制造，台积电团队应已与英特尔开始合作。
业界人士观察，AMD和台积电合作，今年下半年会端出杀手级的产品，「没有意外的话，今年下半年AMD会推出第一颗3D封装IC」。过去，英特尔在伺服器市场的市占率超过95%，但现在已有人预测，未来AMD和英特尔在伺服器市场的市占率，将达到3:7。
这几年，外界多把焦点放在台积电微缩制程的发展上，但是先进封装才是台积电另一个重要的武器。以前一片主机板上，处理器要处理资料，必须透过主机板上的线路，到记忆体里拿资料，不管处理器跑得再快，主机板上资料传输的速度，最快也只有每秒十G；处理器跑得再快，没有资料，也只能空转。
关键2：先进封装技术业界人士：效能提升「会非常恐怖！」
但是，台积电先进封装技术，能把记忆体和处理器放进同一颗芯片里。台积电负责先进封装专家曾在论坛上表示，在同一颗芯片里，记忆体和处理器之间资料交换的速度，传输速度可以增加10倍以上。业界人士观察，AMD要推出的新处理器，就会把记忆体和处理器包进同一颗芯片，「效能提升会非常恐怖！」
他说，台积电与弘塑等设备商合作开发3D封装用的新材料，在芯片上层再叠一层芯片，中间用特制的纳米双晶铜材料贯穿。「再过3年，台积电就有能力把PC主机板上的芯片，Type C、HDMI相关的芯片都放进来。」他分析，一旦解决散热的问题，未来一块芯片，就能完成现在一台PC才能做的工作。
另一个值得注意的是，台积电原本擅长生产的ARM处理器，被认为运算效能无法与英特尔竞争，但这几年，台积电和ARM合作后，已经可以和英特尔匹敌。
美国媒体观察，台积电代工生产的苹果手机处理器芯片就是采用ARM的技术，「A10就比前一代效能增加4成」，接下来，从A10到A14，每一代效能都稳定成长。根据《MacWorld》的报导，台积电今年用五纳米打造的A14处理器，效能已经足以取代部分笔电处理器。
「ARM早已称霸手机，只剩下PC和伺服器的市场还没吃下来。」业界人士观察，ARM和台积电联手研发新技术，台积电透过微缩制程增加运算能力，ARM透过修改指令集，增加运算效率。今年，日本的富岳电脑就是用ARM芯片，拿下全球超级电脑运算力第一的宝座。
对苹果来说，iPhone芯片效能达到PC水平后，苹果就可以用自己设计的处理器取代英特尔处理器，不但成本更便宜，还能用同一套作业系统和服务，通吃PC和手机，苹果的营收跟着水涨船高。
这也能解释，为什么台积电在刘德音出任董事长之后，不断加大资本支出，推动新厂建设案，总投资规模超过1兆元台币。因为今年底Apple Silicon订单将涌进，AMD也会追加订单，明年到后年还有英特尔的高阶订单需求，这些芯片要的全是最先进的制程，台积电的投资手笔，反映对接下来的需求相当乐观。
现在，是台积电在云端和高效能运算商机爆发的前夕，投资人要关注台积电是否真能按照时程推进制造技术，拉开与英特尔的差距；如果一一实现，台积电将成为全世界处理器制造之王。现在，外资对台积电的目标价，几乎全是4字头起跳，最高喊到530元；高效能芯片时代，台积电的未来会很不一样。
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