難以停歇的芯片制造“印鈔機(jī)”

來(lái)源：內(nèi)容編譯自nextplatform

不是每一個(gè)制程節(jié)點(diǎn)都能完美做出來(lái)，也不是每一個(gè)都能按時(shí)完成，但在過(guò)去的十五年里，世界上最大、技術(shù)最先進(jìn)的晶圓代工廠臺(tái)積電的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于任何一個(gè)其為數(shù)不多的同行，不斷推動(dòng)芯片制造極限，同時(shí)保持舊節(jié)點(diǎn)的一致和有利可圖的生產(chǎn)。
臺(tái)積電本身就是一臺(tái)賺錢機(jī)器。如果將其資本支出在三年內(nèi)翻一番，它的收入和利潤(rùn)將在五年內(nèi)翻一番，這是 Neuberger Berman 的高級(jí)投資分析師 Sebastian Hou 在與華爾街討論 2021 年第四季度財(cái)務(wù)業(yè)績(jī)時(shí)臺(tái)積電所做的電話會(huì)議中觀察到的。鑄造廠。
臺(tái)積電首席執(zhí)行官 CC Wei 和公司首席財(cái)務(wù)官 Wendell Huang 并不贊同將這種算法應(yīng)用于公司未來(lái)的業(yè)績(jī)——正如黃所說(shuō)，“事情沒(méi)有那么簡(jiǎn)單”，并補(bǔ)充說(shuō)復(fù)雜性芯片制造設(shè)備和芯片本身以及獲得設(shè)備的交貨時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，這可能會(huì)在資金投入和產(chǎn)生收入之間產(chǎn)生更多的時(shí)間差。
可以說(shuō)，臺(tái)積電在需求之前就進(jìn)行了投資，希望確保自己的芯片能夠被制造出來(lái)的公司越來(lái)越多地為他們的晶圓和封裝協(xié)議預(yù)付，這有助于臺(tái)積電在制造的同時(shí)保留更多的自有現(xiàn)金對(duì)代工產(chǎn)能的巨額投資。實(shí)際上，數(shù)學(xué)是令人信服的。2019 年，臺(tái)積電在資本支出上花費(fèi)了 149 億美元，而其收入 346 億美元，主要來(lái)自對(duì)先前節(jié)點(diǎn)的投資；2020 年，該代工廠在 2021 年花費(fèi)了 300 億美元，創(chuàng)造了 568 億美元的收入。資本支出是未來(lái)收入和潛在未來(lái)利潤(rùn)的領(lǐng)先指標(biāo)，臺(tái)積電高層管理成本，并可以繼續(xù)從他們蝕刻的每個(gè)晶圓中提取更多收入。以兩年前的資本支出為例，乘以不到 2 倍，你可以預(yù)測(cè)今年的收入。每年，由于芯片制造和封裝工藝的復(fù)雜性越來(lái)越高，你會(huì)從這個(gè)比例中減少一點(diǎn)。
真正的問(wèn)題是，芯片制造何時(shí)變得如此艱難，以至于資本支出與收入的比率越來(lái)越低，它真的能接近 1.0 嗎？這對(duì)收入和利潤(rùn)意味著什么？短期內(nèi)，臺(tái)積電在****有很多資金，有能力繼續(xù)投資晶圓廠和基礎(chǔ)研究，以幫助客戶使用其 N7、N5 和 N3 工藝及其變體制造芯片。所以我們現(xiàn)在可以輕松呼吸。
讓我們從頂線和底線開(kāi)始，然后了解臺(tái)積電在做什么，什么在推動(dòng)收入，哪些工藝節(jié)點(diǎn)正在推動(dòng)當(dāng)前的銷售，哪些工藝節(jié)點(diǎn)將推動(dòng)未來(lái)的銷售。

2021年第四季度，臺(tái)積電營(yíng)收增長(zhǎng)6.2%，為一年半以來(lái)首次實(shí)現(xiàn)個(gè)位數(shù)增長(zhǎng)，凈利潤(rùn)僅增長(zhǎng)7.2%至59.6億美元。每?jī)赡曜笥?，在新工藝上線的同時(shí)，對(duì)未來(lái)節(jié)點(diǎn)的大量投資，但我們懷疑收入和利潤(rùn)增長(zhǎng)放緩的另一個(gè)罪魁禍?zhǔn)资牵号_(tái)積電產(chǎn)能過(guò)剩并且無(wú)法以足夠快的速度增加容量以滿足需求。
雖然收入和利潤(rùn)在 2021 年第四季度為臺(tái)積電創(chuàng)造了新紀(jì)錄，但我們?cè)谶@些數(shù)字中看不到的是由于臺(tái)積電無(wú)法滿足其芯片設(shè)計(jì)師客戶的需求而留在桌面上的收入；我們無(wú)法輕易看到任何給定節(jié)點(diǎn)的制造能力與臺(tái)積電的制造能力之間的阻抗不匹配對(duì)下游的影響，但我們認(rèn)為，如果有更多的晶圓可用，Nvidia 和 AMD 等公司將產(chǎn)生比以往更多的收入正在做。緩解這一問(wèn)題的事實(shí)是，臺(tái)積電可以為其最先進(jìn)的工藝和芯片設(shè)計(jì)商/銷售商收取更多的費(fèi)用，反過(guò)來(lái)，他們可以為他們的設(shè)備收取溢價(jià)，收入和利潤(rùn)不斷上升和向右移動(dòng)。
兩年前，臺(tái)積電提出三年計(jì)劃，斥資 1 億美元擴(kuò)大芯片和封裝產(chǎn)能，進(jìn)行初步研發(fā)，將 7 納米 N7 和 5 納米 N5 工藝推向市場(chǎng)，但此時(shí)，隨著世界上存在很大的不確定性，臺(tái)積電只是在談?wù)?2022 年的資本支出在 400 億至 440 億美元之間。與英特爾不同的是，臺(tái)積電實(shí)際上有足夠的現(xiàn)金和投資來(lái)進(jìn)行代工投資。

公平地說(shuō)，如上圖所示，在大衰退之后，臺(tái)積電正在盡可能快地花費(fèi)它，這也是用于數(shù)據(jù)中心計(jì)算的 GPU 加速器、用于游戲的 GPU 和高支出網(wǎng)絡(luò)的浪潮所有這些結(jié)合在一起，形成了 CPU、GPU、FPGA 和網(wǎng)絡(luò) ASIC 芯片的強(qiáng)大制造商。這就是臺(tái)積電在過(guò)去三年的財(cái)務(wù)報(bào)告中所稱的“HPC”業(yè)務(wù)，并將其追溯到 2018 年。
臺(tái)積電的業(yè)務(wù)主要由其為智能手機(jī)制造的芯片主導(dǎo)，該芯片在 2021 年第四季度的銷售額為 69.2 億美元，占總銷售額的 44%，但 HPC 部門以 58.2 億美元的收入緊隨其后。期，占收入的 37%。蝕刻智能手機(jī)芯片的收入在 2021 年第四季度下降了 8.4%，好于典型的季節(jié)性下降，而 HPC 領(lǐng)域的銷售額增長(zhǎng)了 26.7%，這主要是由于對(duì)高端 CPU 和 GPU 的高需求。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字消費(fèi)電子、汽車和其他領(lǐng)域的芯片大雜燴本季度銷售額為 29.9 億美元，同比增長(zhǎng) 12.1%。
大多數(shù)代工廠都有在 200 毫米（8 英寸）和 300 毫米（12 英寸）晶圓上蝕刻芯片的混合機(jī)器，近年來(lái)，臺(tái)積電已經(jīng)討論了 12 英寸晶圓等效物，以使其設(shè)備的晶圓尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，以讓華爾街了解其季度晶圓出貨量。直到 2012 年，臺(tái)積電都在談?wù)?8 英寸晶圓當(dāng)量，我們已將 2005 年至 2012 年的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 12 英寸晶圓當(dāng)量以對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。正如您所料，通過(guò)代工廠抽出的晶圓數(shù)量與收入之間存在非常緊密的關(guān)系。
在過(guò)去三年中，甚至在冠狀病毒大流行開(kāi)始之前，臺(tái)積電的收入增長(zhǎng)略快于晶圓出貨量，這表明臺(tái)積電可以收取溢價(jià)，尤其是其最先進(jìn)的工藝，目前在地球上幾乎是首屈一指的。
第四季度，臺(tái)積電出貨了創(chuàng)紀(jì)錄的 373 萬(wàn)片晶圓，平均每 12 英寸晶圓產(chǎn)生 4,225 美元。這是臺(tái)積電有史以來(lái)每片晶圓平均收入的第二高，而最高的是一年前，它的收入為 1482 萬(wàn)美元，出貨 325 萬(wàn)片晶圓，平均每片晶圓 4566 美元。
另一個(gè)起作用的因素是，芯片設(shè)計(jì)師/銷售商正在囤積庫(kù)存并為此付費(fèi)，以幫助緩解供應(yīng)鏈問(wèn)題，這些問(wèn)題阻礙了數(shù)據(jù)中心部門以及其他將半導(dǎo)體嵌入產(chǎn)品的地方。（這意味著一切，真的。）
“進(jìn)入 2022 年，鑒于行業(yè)持續(xù)需要確保供應(yīng)安全，我們預(yù)計(jì)供應(yīng)鏈將維持高于歷史季節(jié)性水平的庫(kù)存水平，”魏在與華爾街的電話會(huì)議上解釋道?！半m然短期的失衡可能會(huì)或可能不會(huì)持續(xù)，但我們繼續(xù)觀察到長(zhǎng)期半導(dǎo)體需求的結(jié)構(gòu)性增長(zhǎng)，這得益于 5G 和 HPC 相關(guān)應(yīng)用的行業(yè)大趨勢(shì)。我們還觀察到許多終端設(shè)備中的硅含量較高，包括汽車、個(gè)人電腦、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)。因此，我們預(yù)計(jì)我們的產(chǎn)能將在 2022 年保持緊張，因?yàn)槲覀兿嘈盼覀兊募夹g(shù)領(lǐng)先地位將使臺(tái)積電能夠抓住對(duì)我們先進(jìn)和專業(yè)技術(shù)的強(qiáng)勁需求?！?/span>
Wei 補(bǔ)充說(shuō)，HPC 領(lǐng)域——請(qǐng)記住，這并不意味著 HPC 仿真和建模，而是數(shù)據(jù)中心 CPU、GPU、NPU、FPGA、交換機(jī)和適配器 ASIC，以及用于計(jì)算的定制 ASIC——“將是臺(tái)積電長(zhǎng)期發(fā)展的最強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力。長(zhǎng)期增長(zhǎng)”，該公司預(yù)計(jì)它將成為其增量增長(zhǎng)的最大貢獻(xiàn)者，因?yàn)樗雇磥?lái)幾年。2021 年第四季度，7 納米和 5 納米工藝合計(jì)占晶圓收入的 50%，比去年同期增長(zhǎng) 9 個(gè)百分點(diǎn)。
展望 2022 年第一季度，臺(tái)積電預(yù)計(jì)銷售額將在 166 億美元至 172 億美元之間，這將是另一個(gè)紀(jì)錄，與 2021 年第一季度相比，在該范圍的中點(diǎn)處增長(zhǎng) 7.4%。魏只是一般性地談到了公司的預(yù)測(cè)2022年全年，不考慮臺(tái)積電不生產(chǎn)的內(nèi)存，芯片市場(chǎng)預(yù)計(jì)增長(zhǎng)9%，整體代工市場(chǎng)預(yù)計(jì)增長(zhǎng)近20%，臺(tái)積電將成為其行業(yè)同行以美元計(jì)算，增長(zhǎng)在 20% 的中高水平。
Wei 談到了當(dāng)前和未來(lái)工藝節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，緩解了去年夏初讓芯片設(shè)計(jì)師/銷售商心悸的 3 納米 N3 工藝（會(huì)有一些）的一些擔(dān)憂。（有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱The Chip Has Hit The Fan。）讓我們從 5 納米（這是一個(gè)非常籠統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)）N5 系列工藝開(kāi)始。
N5 在三年前開(kāi)始加速發(fā)展，是該公司歷史上最成功的節(jié)點(diǎn)之一，被智能手機(jī)芯片、臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器 CPU、臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器 GPU 以及數(shù)據(jù)中心的其他設(shè)備廣泛采用。臺(tái)積電調(diào)整了 N5 工藝以創(chuàng)建 N4P 和 N4X 變體。Wei 表示，N4P 工藝與最初的 N5 相比，晶體管性能提高了 11%，功率效率提高了 22%，晶體管密度提高了 6%。使用 N4P 的芯片的首次流片將于 2022 年下半年開(kāi)始。之后是 N4X，這是針對(duì)“工作負(fù)載密集型 HPC 應(yīng)用程序”的進(jìn)一步優(yōu)化，這意味著高性能 CPU、GPU 和交換機(jī) ASIC，我們假設(shè)。與任何給定過(guò)程中的服務(wù)器晶體管一樣，
上面提到的 N3 工藝將使用像 N7 和 N5 工藝那樣的 FinFET 3D 晶體管技術(shù)，并將晶體管特征縮小到相當(dāng)于 3 納米。N3 的生產(chǎn)將于 2022 年下半年開(kāi)始，用于 HPC 和智能手機(jī)應(yīng)用程序，并且“開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行中”，Wei 補(bǔ)充說(shuō)，該公司預(yù)計(jì)初始 N3 的流片數(shù)量將超過(guò)發(fā)生在最初的 N5 上。（這意味著英特爾將使用它，與早期的 N5 不同） N3E，它是具有更高性能的增強(qiáng)型 N3 節(jié)點(diǎn)，更好的電源效率和更高的良率有望在 2023 年下半年實(shí)現(xiàn)。臺(tái)積電預(yù)計(jì) N5 和 N3 節(jié)點(diǎn)將“大而持久”。這很有趣，我們根本無(wú)法想象從 N2 節(jié)點(diǎn)到 N1 和 N0 節(jié)點(diǎn)。
臺(tái)積電 2022 年將花費(fèi) 400 億至 440 億美元的資本支出，其中 70% 至 80% 將用于 N7、N5、N3 和 N2 節(jié)點(diǎn)的設(shè)備，另外 10% 將用于高級(jí)封裝技術(shù)研發(fā)，10% 到 20% 將用于“專業(yè)技術(shù)”，這些最新技術(shù)細(xì)節(jié)還不得而知。