制程之爭臺積電是如何一步步崛起的？

在全球缺芯的背景下,臺積電再一次站上了風口浪尖。

根據TrendForce與東興證券研究所整理數據顯示,2019年全球純晶圓代工廠分地區(qū)市場份額,中國臺灣(臺積電+聯(lián)電+世界先進+方品)占據市場60%,中國大陸(中芯+華虹)占據市場6．0%,韓國(三星+東部高科)占據市場19．5%,而在芯片代工這個領域內,臺積電的霸主地位是否依舊無可爭議?

2021年4月,據臺積電公開消息,臺積電將要在南京擴產28nm芯片2萬片,這對于月產270萬片芯片的臺積電而言,不過九牛一毛?；叵?020年,臺積電斷供華為,不僅讓臺積電失去了中國的大部分市場,面對后續(xù)產能的覆蓋更是一個大問題,所有的動作對于臺積電來說都是機會。

大陸也已經擁有制作28nm芯片技術,但在全球缺芯的狀況下,上游材料才是大陸最為緊缺的。由于晶圓制造材料包含硅、掩膜版、光刻膠、電子氣體、CMP拋光材料、濕化學品、濺射靶材等。其中硅的占比最高,約占整個晶圓制造材料的三分之一,而恰恰日企壟斷市場硅片近50%的份額,臺積電與日企信越、SUMCO等硅片巨頭有長期的合作。顯而易見,臺積電在大陸市場的出現(xiàn),只為搶奪大陸低端市場。

最重要的問題在于,家喻戶曉的臺積電的背后又是怎么樣一步步成為2020年臺灣貢獻GDP50%的企業(yè)的?

一、臺積電崛起之路

臺灣體積電路制造股份有限公司于1987年正式成立臺灣,以下簡稱臺積電。在張忠謀決定建立臺積電開始,芯片市場早已崛起,臺積電并非芯片起家第一戶,但卻是純晶圓代工第一家,在當時并不過熱的中國市場,臺積電的出現(xiàn)為時不晚。

在初立的臺積電并不被市場看好的情況下,張忠謀毅然決定做世界最大的晶管體代工廠。面對早已占據市場的三星、英特爾、摩特羅拉等,期間不乏困難重重,訂單少已經成為最正常不過的現(xiàn)象。

屢屢碰壁中,1988年張忠謀通過私人交情得到了英特爾的訂單的同時也獲得第一項專利進而成立北美子公司,這才讓臺積電從絕望中重新振作起來。緊接著1990年首次獲得國際級半導體企業(yè)的質量認可,訂單從這時起得到了穩(wěn)步上升,

其次,臺積電的穩(wěn)定發(fā)展也離不開80年代臺灣的急需發(fā)展,得天獨厚的天時成為了臺積電發(fā)展最好的根基。

根據往年數據,臺積電從2005年至2015年毛利率就高于同行,2011年28nm晶圓技術得到突破,早于三星一年,格羅方德兩年,華聯(lián)電子三年,中芯國劇四年。直到后來的10nm、7nm、5/6nm的技術突破都超前于三星、格羅、華聯(lián)、中芯,一舉"反客為主"。這些技術的領先,大部分源于臺積電擁有專業(yè)團隊以及在其歷史生產過程中開發(fā)的數十項工藝技術所獲得。

加上汽車MCU供應商對臺積電16nm、28nm、40/45nm、65nm、110/130nm依賴程度高,形成了臺積電在晶圓代工市場占有率逐漸擴大,設備需求也同時增加,作為行業(yè)霸主,對上下游保持強勢的議價能力。

"血戰(zhàn)"三十年,占據全球晶圓代工產的52%,臺積電獨占霸主地位。是鷸蚌相爭還是突破自身在晶圓代工"駐地生根"?

二、中芯國際落后,英特爾錯失市場

1978年,英特爾生產出了著名的16位8086處理器,是所有IBM PC處理器的基礎。1981年,IBM生產的第一臺電腦使用英特爾的8086芯片,一戰(zhàn)成名。從此英特爾在8086芯片基礎上推出迭代版本80286、80386、80486,這也是當時"x86"系列把英特爾送上半導體行業(yè)一哥位置的開始。

如此不可一世的英特爾是怎樣被三星臺積電趕超進而跌落神壇的呢?

時間起源從21世紀說起,當時英特爾仍在中規(guī)中矩發(fā)展,從x86系列開始就專注于芯片的更新迭代,面對AMD的奮力追趕,英特爾依然坐穩(wěn)了半導體一哥的位置。事情發(fā)生轉變在2011年,不斷推陳出新的半導體市場發(fā)生了變化,移動設備、移動互聯(lián)網蓬勃發(fā)展,風靡在整個電腦市場的PC不再占據半導體的主導地位。對于手機領域而言,英特爾早已知道自己在選擇CISC就已經錯失移動市場。

所謂兵敗如山倒,根據數據中心顯示,英特爾的產品結構32．63%屬于物聯(lián)網,60．84%屬于PC與收購Mobileyeye業(yè)務,但所有產品實質上都是同一性質,英特爾對Mobileyeye的收購是想要從汽車領域介入移動端。從2021年4月15日臺積電發(fā)布了Q1季度財報來看,臺積電在移動領域總營收為3624．1億元新臺幣,凈利潤為1397億元新臺幣,權威預測臺積電最快2024年超越英特爾。但我們認為,在移動端,英特爾顯然不是臺積電的對手,英特爾想要在移動端以及下一個移動領域進行鋪張,在移動端擁有一席之地,從而避免被市場拋棄,還有更遠的路要走。

中芯國際2021年公布的數據顯示,市場份額僅僅只有5%。究其原因,這恰好是中芯國際在代工工藝技術上的缺失,提高對資本支出成為首要。禍不單行,根據了解,荷蘭光刻機巨頭ASML也拒絕向中國相關的企業(yè)出售光刻機。消息一公開,對中芯國際無疑是最致命的打擊。荷蘭ASML表示自己并不愿意失去中國市場,面對貿易摩擦,沒有任何企業(yè)可以獨善其身。在晶圓代工市場份額上,中芯國際已經落后于三星臺積電。在制程設備上,如果遲遲缺乏光刻機,那便會成為中芯后續(xù)在半導體市場份額上最降維的打擊。

三、三星臺積電芯片制程之爭

三星成立于1938年,當時的三星是主打食品出口,而三星正式建立晶圓廠接觸芯片是2005年,三星十分清楚市場對芯片的需求遠遠不止于此,因此,三星從2010年開始大量投入資金擴大產能,十年總投入932億美元,逐漸縮小了與臺積電的差距,相較于晶圓技術節(jié)點的突破,三星與臺積電也相對持平?；谌墙佑|芯片晚于臺積電,也為三星現(xiàn)落后于臺積電埋下了伏筆。那么臺積電在半導體上就一定方方面面舉世無雙嗎?

就現(xiàn)在而言,當下?lián)碛?nm晶圓技術的代工廠只有三星與臺積電。EUV光刻機又是制造晶圓最重要的設備,荷蘭ASML(阿斯麥)是唯一可以生產EUV光刻機的大廠,據網上公開消息,4月9日,臺積電已經從ASML下單訂購了至少13臺Twinscan NEX EUV光刻機。

而媒體報道,4月13日三星已決定不惜一切代價確保來自頭部廠商的半導體設備供應,這其中就包括荷蘭ASML的光刻機。接下來至關重要的,除了快速搶奪芯片空缺的中國市場還要面臨著趕超彼此的芯片制程工藝。

在半導體市場,于三星和臺積電,先進的芯片制程工藝意味著與上游IC設計商的合作以及芯片原材料設備商的談價優(yōu)勢。

今年是臺灣56年一遇的干旱,干旱最嚴重地區(qū)是臺積電大部分工廠的臺中市。從臺積電成立至今已經34年,半導體的制造對環(huán)境的影響開始顯現(xiàn)。但是在芯片工序制造過程中需要大量的淡水,而臺灣新竹又是臺積電作為量產先進晶圓的廠地。我們認為如若臺灣地區(qū)繼續(xù)干旱,對臺積電在臺灣新竹工廠的生產將造成威脅。

四、提高競爭壁壘 加強區(qū)位優(yōu)勢

臺積電位于臺灣新竹,并沒有完完全全沿海的優(yōu)勢。臺灣是一個36013．73平方千米的小島,缺乏煤礦石油,根據網絡信息,臺灣主要就是通過核電、火電、水電以及風力發(fā)電。對于制造晶圓而言,全年365天都需要電的維持,而芯片制造廠對供電穩(wěn)定性要求也極高,在保證供電充足,制造芯片需3000多道工序,每一步都需要消耗大量的電能,不受影響的情況還是不能夠完完全全保證的。在區(qū)位上,臺積電最大的對手無非就是自己。

進行產業(yè)布局,擺脫單一生產位置,一直都是臺積電想做也在努力突破的問題。建廠無非是縮近與設備合作商以及代工芯片客戶的距離,想要實現(xiàn)投入小于產出,必須解決建廠所需資金與昂高的勞動力。根據2020年公開消息稱,臺積電將投資120億美元在美國建廠,我們認為,臺積電的制造設備也都進口歐洲。

高通的總部在美國,高通的芯片代工也是臺積電,無論是技術交流還是商業(yè)往來都是最好不過的方式。雖然建廠在美國,但也同樣面臨著一個難題,那就是產業(yè)鏈。上海具備最完善的芯片產業(yè)鏈,特別是下游一流的封測技術,想要在北美擁有同樣完善的產業(yè)鏈,暫時需要等待。

加快晶圓技術節(jié)點

2019-2021年臺積電資本支出都在15-16美元之間,支出占比大于同行。隨著晶圓技術逐漸突破,晶圓代工市場占比增大,資本支出逐漸遞增也在意料之中。5nm、6nm晶圓的制作需要采購ASML的EUV光刻機,對比EUV光刻機2020年臺積電的采購量,2022年3nm的生產,EUV光刻機也需要增加。

目前臺積電的芯片制造設備大都來自于歐洲,分散與設備商的合作,減低風險。

2021年全球半導體設備市場有繼續(xù)增長的可能,國內晶圓體有望得到提高,設備采購逐漸轉向國產化可以成為選擇,中國大陸半導體設備市場在全球比重中也逐步提高,2018年保持在20%,2020年中國市場半導體設備銷售分別是35/46/56億美元,同比增速高于全球。如若中國市場丟失,在同行競爭力面前臺積電將失去得更多。

現(xiàn)在的中國經濟發(fā)展也將逐漸強大,在這個高潛力的市場里,無論是產品需求還是制造環(huán)境,都有著極大的機會。想要擁有更硬核更穩(wěn)固市場地位,一切都應"有備而來",不敢說移動設備是yyds,就像PC再強大也阻止不了移動電子的問世。但為后續(xù)移動設備的延伸,強勁的技術必不可少。雖然2011年至2021年,臺積電成功甩下中芯國際、華虹、三星以及華聯(lián)等。但面對半導體行業(yè)更容易快速更新?lián)Q代的手機、汽車、移動電子,臺積電更需要維持好接下來的每一個技術節(jié)點。

對于臺積電而言,繼續(xù)覆蓋市場才是后續(xù)發(fā)展的重潛力,雖然臺積電對代工市場的份額占比毋容置疑,但與更多高質量潛在的IC設計商和設備商合作仍然最為關鍵,無論是在建廠或收購方面都可以量化成本。在這之前,臺積電需要形成自己獨立的技術專利,眾所皆知,臺積電擁有專業(yè)的技術背景,這些專業(yè)的技術大都源于美國,臺積電現(xiàn)在要做的就是加強屬于自己的晶圓技術。就像自己的碗一定要端在自己的手里,擁有產品技術才能用有對自己更多的決定權。

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