台積電和ASML，共進退_風聞

​作者簡介：

湯之上隆先生為日本精密加工研究所所長，曾長期在日本製造業的生產第一線從事半導體研發工作，2000年獲得京都大學工學博士學位，之後一直從事和半導體行業有關的教學、研究、顧問及新聞工作者等工作，曾撰寫《日本“半導體”的失敗》、《“電機、半導體”潰敗的教訓》、《失去的製造業：日本製造業的敗北》等著作。

近日，ASML停止向中國出售深紫外線光刻機引發討論。ASML和台積電都是芯片製造領域的龍頭企業，而這兩家企業在近期美國的“邀請”下陸續進行了站隊。

兩家企業形成了長期的技術合作產業鏈，台積電採用ASML尖端設備實現技術突破，ASML也得到來自台積電的技術反饋。**ASML和台積電如何共同掌握先進芯片的命運？**日前，日本半導體行業研究專家湯之上隆針對他們的財報作了分析，並探討了日本半導體設備製造商的競爭力。

以下是編譯原文《台積電和ASML，通過共同進化變得強大》。

01

台積電全球半導體銷售

位居世界第一

美國研究公司Gartner發佈了2022年全球半導體銷售排名前十名的初步數據（圖1）。根據排名，繼2021年之後連續第二年排名第一的是韓國三星電子（Samsung），第二名是在微型化方面跌跌撞撞的美國英特爾（Intel），第三名是韓國SK海力士（SK Hynix）。

圖1 2022年全球半導體銷售額排名前10名

來源：Gartner（2023年1月17日）公佈數據

日本企業繼2021年之後，2022年也沒有一家入圍。此外，排名前十位的常客美國英偉達（NVIDIA）名列榜首，而蘋果（Apple）則以自己的方式設計iPhone處理器，排名第十。

在這裏，Gartner的排名中不包括代工廠。另一方面，其他研究公司，如IC Insights，也將代工廠納入其排名中。我寧願採用IC Insights的方法，因為我想知道台積電這個中國台灣代工廠的排名。

因此，我們看了台積電2022年第四季度（Q4）的業績公告，這個公告在2023年1月12日發佈。我們發現，台積電在2022年全年的銷售額為758.8億美元，超過了Gartner排名第一的三星電子的銷售額（655.85億美元）。

在2022年全球半導體銷售排名中，台積電首次位居世界第一。因此，我們繪製了1年以來主要半導體製造商的銷售額變化圖（圖2）。

圖2 主要半導體製造商的銷售趨勢

來源：Gartner、IC Insights、IHS、電子期刊《半導體數據手冊》中的數據、媒體技術提供的數據、各公司的IR數據等。

02

台積電的銷售額

在三年內增加了一倍多

在以往的全球半導體銷售排名中，英特爾自1992年以來一直佔據着第一的位置。自2011年以來，英特爾排名第一，三星電子排名第二，台積電排名第三。因此，這三家公司被稱為“三巨頭”（儘管SK Hynix在2018年僅一次超過台積電，排名第三）。

自2016年以來，內存市場發展迅速（被稱為“超級週期”），三星電子在2018年超越英特爾，躍居榜首。然而，當2019年內存衰退來襲時，英特爾再次超過三星電子，重新奪回榜首位置。2021年，三星電子以微弱優勢領先英特爾，位居第一。

然後，在2022年，隨着新冠肺炎疫情的結束，個人電腦需求下降，內存價格暴跌，英特爾和三星的業績惡化，而快速增長的台積電（TSMC）則超越了這兩家公司，自1987年成立以來首次成為世界第一。

儘管如此，台積電的銷售額增長仍然驚人。2019年的銷售額為346.3億美元，僅僅三年後，2022年的銷售額猛增到758.8億美元，銷售額就猛增了約2.2倍。此外，營業利潤率高達49.5%。這意味着758.8億美元的收入中，大約一半是利潤。

下面，我們將研究台積電為什麼能取得這樣的增長。

03

台積電掌握的EUV技術

在前沿半導體中占主導地位

圖3顯示了台積電按技術節點劃分的季度銷售額。台積電長期運營其在某一先進技術節點設立的半導體工廠。因此，它全方位地生產從傳統的0.25微米及以上的半導體到最先進的5納米半導體，就像堆砌地層一樣。

圖 3 台積電按技術節點劃分的季度銷售額

來源：作者根據台積電的歷史運營數據編寫

台積電在2018年第三季度開始生產7nm尖端半導體。而在2019年，它將世界上第一台最先進的EUV（極紫外光）光刻設備應用於7nm+的量產，這是7nm的改良版。在7nm+中，以孔等圖案為中心，4-5層使用了EUV。此外，台積電在2020年第三季度推開始量產5nm，該產品也使用EUV進行互連。據悉，應用的EUV層數已增加到約15層。

EUV是一個非常難以掌握的曝光系統，我們聽説台積電在2018年練習了約100萬次曝光後，首次將EUV應用於孔型的量產。我們還被告知，即使在今天，每個EUV裝置也需要17-18名專門的工程師才能正常運行。

另一方面，正在努力追趕台積電的三星電子，由於其邏輯代工廠的規模較小，借用了一條巨大的DRAM生產線，每月練習EUV曝光達1萬次。然而，由於他們沒有能夠像台積電那樣進行大量的實踐，所以他們沒有掌握EUV技術，在生產規模和產量方面無法與台積電相比。另外，在2021年推出EUV的英特爾還沒有推出其第一款使用EUV的處理器，即“Intel 4”。

顯然，台積電在使用EUV的7nm以上的尖端半導體方面，尤其是5nm以上的尖端半導體方面，幾乎稱霸全球。因此，蘋果、高通、AMD、博通、英偉達和聯發科等無晶圓廠正在競爭台積電的7nm和5nm先進工藝（雖然處於最佳位置的是台積電最大的客户蘋果）。

換句話説，台積電的驚人增長是由其對EUV的掌握和尖端半導體的大規模生產所推動的。事實上，即使從季度銷售額來看，台積電在2019年第三季度之前從未超過100億美元，之後其銷售額激增，在2022年第三季度超過200億美元。

04

台積電競爭力的來源是EUV

台積電的競爭力，使其能夠主導全球尖端半導體的市場份額，並迅速提高其銷售額，其來源可以説是在於其EUV，每台EUV的成本約為200億日元。每個半導體製造商擁有多少台EUV？

圖4顯示了台積電、三星電子和英特爾所擁有的EUV的估計數量，台積電的EUV機羣每年增加25台，到2022年底估計將達到100台。另一方面，三星電子和英特爾預測在2022年底分別有35和15台。此外，SK海力士和美光（美國）被認為各擁有幾套設備。因此，台積電在擁有的EUV設備數量上也領先於其他公司。而且這一差距可能會逐年擴大。

台積電、三星電子和英特爾的EUV持有量（預測）

來源：作者的預測

然而，這些半導體製造商希望引入越來越多的EUV。例如，台積電每年有25台，但希望每年增加30-40台，而三星電子想追趕台積電，希望每年至少推出20台。

然而，EUV只能由荷蘭光刻設備製造商ASML生產。那麼ASML是從什麼時候開始出貨的呢？（圖5）

圖5 ASML的EUV出貨量

資料來源：作者根據ASML的財務報告和其他來源的數據編寫

ASML在2016年開始出貨量產（產品編號NXE：3300起）：2016年5台，2017年10台，2018年18台，2019年26台，2020年31台，2021年42台，2022年略少，有40台安裝在半導體製造商處 (雖然ASML在2022年出貨了54台EUV，這可能意味着有14台EUV還沒有投入使用）。

這裏令人驚訝的是，在2022年中期，EUV的訂單積壓（那些已經訂購但無法發貨的訂單）為56台。而我們被告知，在2022年中期，該訂單積壓超過了100台。因此，台積電、三星電子、英特爾、SK海力士和美光都要求ASML出貨越來越多的EUV，儘管它們每台都要花費200億日元。

05

台積電和ASML

正在 “共同進化”

當我們回過頭來看ASML的EUV出貨量時，我們注意到該公司的財務報告顯示銷售額快速增長。ASML在曝光系統方面的全球市場份額占主導地位，約為95%。在其曝光系統中，最昂貴的EUV從一開始就賣得很火，所以銷量飆升也不足為奇。

因此，我把台積電和ASML的銷售額畫在一張圖上（圖6）。正如作者所料，兩家公司的銷售數字完全同步。

圖6 台積電和ASML的銷售額（共同發展）

資料來源：作者根據ASML的財務報告和其他來源的數據編寫

仔細觀察可以發現，ASML的銷售額激增是從2016年開始的，當時它開始批量生產EUV：從2016年的68億歐元，到6年後的2022年，銷售額增加了兩倍多，達到212億歐元。

另一方面，台積電從2019年開始，當EUV應用於7納米以上的量產時，銷售額將迅速增加；銷售額從2019年的346.3億美元增加到2022年的758.8億美元，增長2.2倍。

在生物學中，“共同進化"一詞被用來描述多個密切相關的物種相互影響的進化。例如，一隻蝴蝶為開花植物的花蜜授粉，而不是吸食橈足類開花植物的花蜜。在這種情況下，蝴蝶和被子植物可以説是處於一種 “共同進化 “的關係。

同樣，ASML提供EUV，台積電使用EUV來大規模生產先進的半導體。而台積電和ASML都看到，隨着與EUV相關的業務遍地開花，他們的銷售額迅速增加。換言之，台積電和ASML正在 “共同進化”。

06

過去"共同進化"和

“共同倒退"的例子

作者在過去的半導體行業中發現了共同進化的例子。這是10多年前，即2010年8月18日，以 “與設備製造商’共同進化’的日本半導體"為題投稿。

如圖7所示，日本半導體行業主要使用日本曝光設備製造商尼康和佳能提供的曝光設備生產最先進的DRAM，並在1988年佔據了世界半導體市場52%的份額。與日本半導體工業在全球市場份額的增加相一致，日本製造設備工業的份額也在增加，在1990年達到世界市場的48%。換句話説，日本的半導體和製造設備行業已經 “共同進化"了。

圖7：日本半導體和設備行業的銷售份額（共同發展和共同倒退）

資料來源：作者根據Gartner和IC指導手冊的數據編寫

然而，日本的半導體和製造設備行業隨後都失去了市場份額。日本的DRAM製造商被三星電子等韓國製造商趕出了市場，除了爾必達（Elpida）一家，其他的都在2000年左右退出了市場。日本的製造設備製造商，如尼康和佳能，在其業務中最優先考慮日本的DRAM製造商，所以當日本衰落時，他們也遵循同樣的道路。這種現象被作者命名為 “共同倒退”。

由於爾必達在2012年的破產，日本不再有單一的DRAM製造商。在曝光系統領域，尼康和佳能在20世紀90年代分別佔有50%和30%的全球市場份額，但到2021年，它們已分別降至2.4%和3.0%（圖8）。

圖8：各公司光刻設備出貨量和市場份額（-2021年）

資料來源：作者根據野村證券的數據編制

07

把恐龍帶回日本？

日本的半導體產業，包括DRAM，以及尼康和佳能等曝光設備製造商，都在競爭中被淘汰。這種情況讓人想起了2.3億年前出現在地球上的恐龍，它們站在生物界食物鏈的頂端，但在6600萬年前的進化過程中滅絕了。

然而，最近很多人都在大聲疾呼 “日本半導體產業復興的最後機會”。然而，在我看來，這就像試圖強迫在史前時代滅絕的恐龍在現代復活，就像電影《侏羅紀公園》中那樣。

來源：內容由芯世相（ID：xinpianlaosiji）編譯自「JBpress」，作者：湯之上隆