遠川研究所：台積電的煩惱
【文/遠川研究所】
6月30日，三星官方宣佈3nm製程量產。
隨着芯片代工製程推進，英特爾剛在14nm擠完牙膏，台聯電和格芯乾脆放棄了10nm以下製程，中芯國際由於禁令問題，短期追趕無望，三星和台積電已然成為全村的希望。
不過仔細觀察兩個頭號玩家，看技術同屬第一梯隊，看收入實則相去甚遠。
在代表先進製程的5-10nm工藝上，台積電一個人拿走了全行業近九成的營收，三星則是先失去了蘋果這個大客户，又因為5nm良率問題嚇跑了高通和英偉達，期間還因為日本斷供光刻膠，打亂了生產節奏。
因此在台積電宣佈“下半年量產3nm”的情況下，三星趕在上半年最後一天“PPT首發”，更像是一次會計學的勝利，意在穩住潛在客户。
另一個例子是，台積電在3nm製程沿用了成熟的FinFET工藝，三星則非常激進地採用了紙面參數更好、但良率提升更慢的GAA工藝，頗有放手一搏的意味。
三星流年不利，台積電的處境就好嗎？恐怕也未必。
01.砍單：先進製程的冬天
芯片代工是一個捆綁在摩爾定律車輪上滾滾向前的遊戲。
所謂摩爾定律，即“集成電路上可容納的元器件的數量每隔18至24個月就會增加一倍（相應的芯片製程也會不斷縮小）”。芯片代工的本質，就是趕在對手之前達到摩爾定律的工藝節點，在對手追上自己之前賺個差價。
但這個差價實在是太過豐厚了，舉例而言，台積電3nm量產在即，中芯國際目前還停留在14nm，營收佔比也很小。前者去年的淨利潤是後者的10倍，市值是後者的26.5倍。
站在卡脖子的位置上，眾星捧月的台積電還能賺很長時間的差價。但另一方面，芯片代工廠和消費電子公司，其實是唇齒相依的關係。
一座12寸晶圓廠造價高達30億美元，台積電每年買設備、建產線的資本開支高達數百億美元。為這些成本買單的，其實是蘋果、英偉達、AMD這些頂級芯片設計公司的訂單，也是iPhone、RTX顯卡和Ryzen處理器龐大的出貨量。
換句話説，台積電再厲害，終究是個乙方。所以，當下遊的終端廠商開始過苦日子，作為上游的台積電，日子也不會好到哪去。
這也是今年的消費電子市場正在發生的事：砍單。
6月底，台積電三大客户蘋果、AMD、英偉達幾乎同時砍單。蘋果直接把iPhone 14的首批出貨量砍了10%，英偉達和AMD則因為PC市場疲軟“要求調整訂單”。
要知道，去年台積電568億美元營收中，26％來自蘋果，砍單對台積電影響很大。
種種跡象表明，消費電子市場將面臨整體性的衰退。
三星官宣3nm當天，存儲芯片龍頭美光公佈財報，對第四財季的預測堪稱災難，68-76億美元的收入遠低於91.4億美元的分析師預期，原因則是“PC和手機需求疲軟”——Gartner預計，今年全球手機出貨量會下滑 7%，PC下滑9.5%。
財報發佈後，作為半導體景氣度指標之一的費城半導體指數下跌4.6%，英偉達等芯片大廠全面下跌，順便帶崩了ASML、應用材料（Applied Materials）和台積電這些供應鏈公司。從公司市值看，台積電較年初已經跌沒了將近50%。
衰退的原因有很多，比如加密貨幣崩盤，比如消費者換機時間拉長，比如疫情帶動的PC出貨結束。但對台積電的影響都是一樣的：你們的貨賣不出去，怎麼給我報銷研發費用？
除了供應鏈管理大師蘋果，其他消費電子公司的存貨週轉天數都在增加
隨着代工工藝的進步，芯片生產的費用其實是越來越高的：一座8英寸的晶圓廠造價動輒15億美元，一般的企業咬咬牙還能頂上。一座新的12英寸晶圓廠，造價起碼30億美元起步。
但目前來看，手機和PC的需求不振已經傳導到了產業鏈上游。ASML在財報中披露，將EUV光刻機的出貨量從55台砍到了40台，雖然看上去沒多少，但考慮到光刻機的單價，直接把ASML的預期增長拉低了10%。
過去一年多時間，半導體行業的景氣其實更多是以MCU芯片、IGBT芯片為代表的汽車芯片帶來的，對應着一季度銷量增長80%的新能源車市場。
但問題是，這些芯片並不需要先進製程。
02.倒車：成熟製程的崛起
台積電的另一個身份是當之無愧的MCU芯片代工霸主，佔據了全球70%的車規級MCU產能。
MCU（Microcontroller Unit）俗稱單片機，玩具、手機和家電裏都有它的身影。但MCU的主要應用在汽車，一輛汽車上，可能有上百個MCU分佈於各個零部件。
車用和工控等芯片長期緊俏，也創造了一個奇特的現象：晶圓廠開倒車，反攻成熟製程。
即便是台積電、三星和英特爾這樣的頂級玩家，也在成熟製程裏瘋狂擴產，更上游的光刻機，ASML不少訂單甚至是古老的DUV光刻機。
MCU對汽車生產無比重要，但對台積電來説，無論是MCU芯片，還是IGBT、射頻這類芯片，工藝大部分都還停留在2008年就開始量產的40nm，甚至更老的65nm。
雖然市場份額非常大，但汽車電子業務給台積電帶來的收入很少，只有5%左右的佔比。看利潤，可能就更低了。
從財報看，台積電的收入構成主要有三塊：
1.智能手機業務，主要是手機SoC的代工，蘋果、高通是大客户。
2.HPC業務，即高性能計算（High Performance Computing），比如AMD的CPU、英偉達的顯卡、蘋果的M1/M1 Max。
3.車用電子業務，既有MCU芯片、IGBT芯片，也有Mobileye的自動駕駛芯片，前兩者都是成熟製程。
過去幾年，手機的下游需求肉眼可見的飽和，HPC業務則因為PC出貨量下降、數字貨幣礦難、5G基建停滯出現滑坡。反倒是長期延續的汽車芯片短缺，創造了半導體的高景氣度。
比起先進製程按着三星打的所向披靡，成熟製程的代工台聯電能做、格芯能做、華虹和VIS也能做，競爭多了就沒什麼油水，典型的有份額無利潤。
汽車芯片的短缺，一開始有疫情影響，但本質還是供需的錯配。
汽車生產商大多奉行零庫存理念，即所有零部件只預留一個“安全庫存”，以提高整體週轉效率。疫情爆發後，車企因為銷量下滑減少了芯片訂單，代工廠就把產線安排給了其他芯片。但疫情緩解疊加新能源車市場爆發，消失的訂單又回來了。
車規芯片大多動輒一年的的認證週期，就算有產能也不能立刻排上；而長期缺貨又讓車企對零庫存產生懷疑，開始瘋狂備貨，造成了產能的擠兑。實際上，真實的需求並沒有增加太多。
從各個企業的營收看，2021年的主要增長也來自成熟製程的產能增加。這種氣勢如虹的營收增長難免讓人問一句：不會有人還沒上車吧？
中芯國際在北京、上海、深圳都有28nm工廠的建設計劃，瑞薩電子甚至把2014年就關閉的產線重新開張，生產車規級功率芯片。今年活得最舒服的，反而是格芯這類放棄先進製程研發，徹底躺平的代工廠。
論摩爾定律上的攻堅，台積電無人能敵，但放下身段去和中芯國際搶成熟製程的訂單，對台積電來説利潤實在太低了。
另外，手機和PC依然是半導體市場最主要的下游應用，合計佔比高達65%。汽車半導體雖然增長快，但基數太低，佔比只有8%左右。
這也是為什麼台積電不久前宣稱不再擴充40nm以上的產能，而是“呼籲”客户儘快升級到28nm。
03.極限：摩爾定律的數字遊戲
芯片代工是一個被錢堆出來的產業。台積電的研發支出在A股所有公司裏可以排第二名，是中芯國際的7.3倍，這還不算高昂的設備投資。
製程的優勢不單單體現在技術上——當台聯電和中芯國際這類追趕者量產7nm時，台積電的7nm產線折舊很可能都結束了，相當於零成本運營。
無論如何，芯片代工的競爭格局都取決於摩爾定律的穩步推進，但現在的問題是：創新的步伐越來越慢了。
2016年，台積電和三星進入10nm攻堅的最後階段，英特爾則由於研發進度落後，只能升級個架構繼續湊合用，原本的10nm變成了14nm+。2017年，台積電和三星的10nm量產，英特爾再度難產，14nm++橫空出世。
當年3月，英特爾高管在官網上寫了篇文章，暗示台積電和三星玩文字遊戲，呼籲行業尋找“一個全新的製程度量方法”，還在文章裏掛了張圖，諷刺友商沒有按照摩爾定律的基本法迭代。
按照圖裏的規劃，英特爾會在2018年推出正宗的10nm，不過最後的結果是，英特爾掏出了魔改三代的14nm+++。
其實英特爾的説法並沒有錯，大部分人印象中，製程納米數越小，代表工藝越先進。但真正衡量芯片製程工藝的核心指標，其實上“邏輯晶體密度”——只有密度越高，產品才越先進。把英特爾拖到2019年才量產10nm和友商的7nm對比，這個核心指標其實是差不多的。
所以以台積電的標準看，英特爾的10nm完全可以叫7nm，就連台積電也承認，納米數值已經不再代表真實的物理尺度，更像是營銷層面的術語。
眼見老對手AMD依靠台積電7nm工藝攻城略地，英特爾選擇打不過就加入，把自家10nm命名為Intel 7，7nm命名為Intel 4。
對下游的終端廠商來説，製程進步帶來的紅利越來越少了。
比如之前爆料的蘋果A15芯片，同功耗單核性能只提升了7%。CPU則用瘋狂堆核心對抗邊際效應減弱，GPU方面，製程進步換來的性能增加變少，廠家只能狂拉功耗換提升，英偉達RTX 40系旗艦顯卡功耗據説達到驚人的800W。
性能沒有指數級增加，反倒是成本指數級增加：3nm芯片設計費用動輒15億美元，流片——即芯片試生產的費用也越來越高：小米試產16nm的澎湃S2時，一次流片“只要”400萬美元。如今5nm的流片成本高達4725萬美元。
總而言之，摩爾定律放緩帶來的影響有兩方面：一方面芯片設計的成本越來越高，如果沒有產品龐大的出貨量做支撐，用得起的人會越來越少。
另一方面，製程的紅利越來越少，追趕者越來越多，客户不再毫不猶豫地選台積電，英特爾為聯發科代工的傳聞就是很好的例子。
04.尾聲：巨人的煩惱
台積電的確有諸多煩惱，但這種煩惱，本質上就像先富人士糾結房子買在外灘還是陸家嘴一樣。
半導體是一個高度全球化的行業，台積電則是一家被全球頂級芯片產業鏈共同武裝起來的公司。它擁有很強的技術能力，但更關鍵的是，它專門做晶圓製造，跟AMD、英偉達、高通等十幾家頂級半導體企業都是老朋友，利益不僅不衝突，還高度一致。
正如台灣IT教父施振榮所説：台積電是世界的朋友，三星是世界的敵人。
為了緩解摩爾定律失效的影響，台積電開始把大量的資本開支從前段的製造轉向後段封裝。目前，2.5D/3D封裝技術被認為是給摩爾定律續命的關鍵解藥。
去年全球2.5D/3D封裝投資裏，前七大半導體廠資本支出合計高達119.09億美元，英特爾、台積電、日月光投控排名前三。
換句話説，台積電手裏的牌還有很多。
而在對“硬科技”的追逐甚囂塵上的中國大陸，市場一直期待摩爾定律出現極限，這樣無論是三星還是格芯，無論是中芯國際還是華虹，都有了追趕的希望。
但話説回來，100米和100公里都是差距，騎自行車和開特斯拉都是追趕，在EUV光刻機斷供、資本開支擴後等情況下，大陸代工業目前的現狀，更像是騎着自行車拼命追趕100公里的差距。
更何況，大陸要出現一家台積電公司，在目前的環境下，可能需要的不僅是製造環節的工藝突破，也需要材料、設備、EDA等等全產業鏈的突破。
大雨傾盆之時，最後一個淹死的也是姚明。台積電的煩惱，終究是屬於強者的煩惱。
（本文首發於微信公眾號“遠川研究所”，觀察者網已獲授權轉載。）