晶片巨頭們,「瓜分」2800億元
台積電也等到了美國《晶片法案》補貼禮包,包括66億美元的直接贈款和50億美元的貸款及擔保,總計116億美元,距離其官員宣建廠過去近4年。
2020年5月15日,台積電官宣赴美建廠,首座晶圓代工廠落戶亞利桑那州,原計劃2021年動工並於2024年量產,採用當時最先進的5nm工藝,規劃月產能20000片晶圓,預計總投資120億美元。
受制於當地人才、配套資源等諸多因素,台積電在美國的量產計畫一再推延,目前預期的時間是2025年上半年,延期接近一年半。
雖然量產延期,但投資總額和建廠規模卻在不斷加碼——從最開始的120億美元,提升至二期的400億美元,到現在第三期擴大到650億美元,工廠則從1座增加至3座,對應的量產時間分別為2025年、2028年和2030年,而量產的工藝,則從最開始的5nm,增加到3nm、2nm。
這種規模量級的投入,與現任總裁魏哲家高喊的「(美國)掏空台積電,門都沒有」略有偏差,但他也表態過「把根留在台灣」的決心,合理的解釋是-到2030年,台積電1nm、1.4nm開始在台灣量產,也就是魏哲家口中的根。
「加錢」、「加碼」的可能不只台積電,也包括三星和英特爾。
2021年,三星宣布計畫在德州泰勒市建立10座半導體工廠,預計在2042年之前完工,總投資超過2,000億美元,涵蓋1,0000個新增就業機會。作為2,000億美元總投資的一部分,現在三星又計劃在當地再新建第二座晶圓廠以及一座封裝廠,累計投資將達到440億美元。
同樣也是2021年,英特爾官員宣在亞利桑那錢德勒市建立Fab 52和Fab 62兩座工廠,計劃量產20A(等效2nm)工藝,總投資200億美元,2024年完工。 2022年,英特爾再度宣布新增投資200億美元,在俄亥俄州哥倫布市新建兩座工廠,2025年開始量產Intel 10製程。
巨頭們分走大半個蛋糕
2022年,美國政府頒布《晶片法案》法案,提出了527億美元的補貼計劃,其中390億美元(約合人民幣2821億元)作為直接贈款,補貼給參與先進製造回流的企業。
補貼規模相當豐厚,但下發卻一再推遲,主要玩家的建廠計畫也相應有所延遲。
依原計劃,法案實施的2022年即發放190億美元,2023-2026年每年發放50億美元,但實施進度遠落後於計劃,到2023年下半年才向國防承包商BAE Systems發放第一筆3500萬美元的補貼。
現在回過頭來看,如果把補貼下發進度緩慢,建廠落地節奏不順,以及頭部晶圓廠都先後加碼投資結合起來看,合理的解釋只有一個——美國商務部和英特爾、台積電們在互相博弈,以爭取到自己的利益最大化。
站在美國政府的角度,建廠資金投入規模足夠大,工藝要足夠先進,能夠兼顧到當地就業政策甚至是對少數群體的支持;站在晶圓廠的角度來說,補貼應足夠的豐厚,也要綜合考慮市場環境,客戶需求。
到目前為止,台積電、英特爾等頭部企業基本上都拿到了相應的補貼禮包,三星也應該很快就會領取到相應額度,外界預期其直接贈款部分最低將達到60億美元。
以此計算,總計390億美元的直接贈款,已發放完220億美元額度,僅台積電、英特爾和三星三家,就佔據了390億美元直接贈款的50%以上。
如果沒有所謂的《晶片法案》2.0版本進行資金補充,那麼接下來每年都會從剩餘的資金池中下發一部分。
這裡也要注意一個概念,現階段下發的全部都是額度,不代表最終企業的入帳。具體的下發規則,要根據企業與美國商務部簽署的協議來執行,而這份協議則是未公開部分。不過,《晶片法案》原文明確提及了贈款的一些禁用場景,例如股票回購,也要求獲得贈款額度的企業提供資金使用情況報告。
翻譯過來就是──這筆錢規定你是用來投資蓋廠的,別瞎花。如果發現有違規行為,美國商務部有權收回。
「瓜分」還是被「碾壓」?
美國政府推出《晶片法案》的初衷是推動先進製造回流,參與者們則各自懷抱著在晶圓代工領域重振雄風的夢想。
台積電穩坐晶圓代工「世界第一」多年,英特爾和三星作為追趕者,也先後提出了「世界領先」的目標。英特爾的長遠目標是到2030年成為世界第二, 三星半導體更進一步,計劃在2030年成為該領域的世界第一。
根據Counterpoint提供的數據,截止到2023年Q4,按營收份額佔比,台積電憑藉61%的市場份額,牢牢佔據世界第一的位置,三星晶圓代工業務的營收份額佔14% ,位居第二,英特爾暫時歸屬在其它類當中。
理論上,三星晶圓代工業務需要吃掉台積電至少23.5%以上的份額,才有可能憑藉37.5%的份額,成為晶圓代工世界第一。
吃下台積電23.5%的份額,如果從理論變成現實,在接近客戶的市場蓋晶圓代工廠,提供產能是追趕者們邁出的第一步,然而建晶圓廠不是今天投資,明天就能獲得產能,這中間至少需要3-4年時間的轉換過程,而且至少是建立在有客戶訂單和市場回升的前提下。
加速建廠節奏才有追趕並超越世界第一的機會,但實際上我們看到的是,英特爾和三星的量產都向後順延了至少1年的時間,這就要給兩家2030目標打一個問號。
當然,台積電的量產雖然也相應延後了一年半時間,但建廠量產的節奏推進的卻是最快的,一些主要的設備都已經開始進場安裝調試。
領先者反而跑的更快,理由也很簡單——客戶太多了,需求也回升。
台積電基本的前十大客戶涵蓋了蘋果、輝達、AMD、聯發科、高通等一線半導體廠商,2023年度貢獻了其90%以上的營收,僅蘋果、輝達兩家就貢獻了超過250億美元的營收,佔比接近40%。
台積電今年以來的產能利用率大幅攀升,3nm的產能利用率達95%,4/5nm的產能利用率幾乎滿載。而在先進封裝方面,去年下半年就開始大幅增加CoWos的產能。
客戶和需求在加速台積電建廠擴產能的節奏,英特爾和三星則顯得更加慢熱,這種情況下,營收市場份額差距有可能被拉得越來越大,想要吃掉台積電的營收份額,更像是理想主義目標。
對於這兩個主要追趕者來說,實現晶片製造「遙遙領先」的理想,剩下不到6年的時間,「時間緊,任務重」。
跟著台積電“抄作業”
台積電不僅是被追趕者,也是不錯的「抄作業」對象。讓台積電先踩坑,是追趕者們建廠一再延後的另一個原因。
無論是美國生產成本大幅上漲問題,或是熟練工人與工會的博弈問題,又或者是配套供應商落地的問題,台積電對這些問題的解法,都有可能給英特爾和三星們提供有價值的方法論。
特別插一句,美國《國會山報》(the hill)刊登了《DEI殺死晶片法案》的文章,聲稱《晶片法案》引述了至少19條幫助少數群體的條款,過度強調「多樣性、公平性和包容性」(DEI,Diversity、Equity、Inclusion),以至於企業在用人上不得不照顧到這些群體,進而增加人力成本。
換句話說,美國並非提供不了晶圓製造所需的熟練工人,而是在少數族群中找不到。畢竟,過去三星和英特爾也在美國製造晶片,也沒有缺乏熟練工人的回饋。
除了讓台積電先踩坑,其製程、營收和客戶來源的組成,同樣有抄作業的空間。
● 依製程製程劃分,台積電28奈米以下先進製程的營收佔比在2023年Q4突破75%,其中3nm和5nm佔比更是達到50%;
● 依營收業務組成劃分,高效能運算和智慧型手機晶片貢獻了台積電2023年Q4的85%以上的營收;
● 依地區劃分,北美地區客戶對台積電貢獻的收入超過七成,達到72%。
三星和英特爾想要“遙遙領先”,路徑也很明確——聚焦5nm以下先進製程、聚焦高效能運算與智慧型手機晶片、聚焦北美地區。
還是以三星為例,其晶圓代工業務中,智慧型手機晶片板塊的份額超過一半,達到54%,高效能運算憑藉19%位居第二,存在過度依賴智慧型手機晶片的問題,如果要抄作業,按照當下的“風口”,高效能運算業務就需要重點突破。
BusinessKorea揭露了一份三星晶圓代工業務的路線圖,其目標是到2028年,實現營收組成調整,將智慧型手機晶片等行動業務營收貢獻下調到30%以下,高效能運算對營收的貢獻提升到32%,而外部客戶的數量則要翻倍。
矽谷巨頭的Plan B
對晶圓廠來說,沒有客戶就不存在產能利用率,就代表虧損,如果虧損,就沒必要擴產。
三星晶圓代工業務雖然位居世界第二,主要客戶還是三星旗下的晶片設計團隊,也包括輝達的部分封裝業務,3nm的首發客戶甚至沒有提及名稱,其他則包括一些知名度相對較低的企業,大客戶如蘋果、高通早已轉向台積電懷抱,Google、特斯拉、AMD也還停留在傳聞階段。
儘管缺乏代表性的大客戶,三星的先進製程的產能利用率還在提升,去年下半年外媒報道稱,其5nm、7nm的產能利用率已經達到90%,而官方此前也對外宣布,2023年度訂單量創歷史新高。
AMD被認為是最有可能轉單三星的客戶之一,但蘇姿豐在活動上則反問提問者“你相信韓媒嗎”,這看上去更像是打太極,而不是闢謠,畢竟說這話的場合位於台灣的活動上,強調和當地供應商的合作順理成章。但從矽谷的供應鏈大師們的立場來看,在台積電的先進產能被蘋果、輝達近乎包圓的情況下,沒有Plan B反而不合理。
相較之下,英特爾在大客戶方面已經開始有起色,此前已經官宣了利用18A工藝給微軟代工的150億美元大單,其他客戶還包括亞馬遜,聯發科等,不過由於代工業務起步較慢,英特爾整體的盤子更小,其營收份額還被劃在全球晶圓廠排行的「其他」類當中。
英特爾缺乏外部代工經驗,反過來又是三星的強項,包括為蘋果、高通代工行動處理器,儘管從結果來看不太理想。
更重要的是,三星擁有英特爾所沒有的撬動代工訂單的「槓桿」產品——HBM存儲,包括最新的12層堆疊的第五代HBM3e產品,目前已經開始提供樣品,這是目前AI算力晶片繞不過的關鍵,包括輝達、AMD都在排隊等產能,這支隊伍甚至排到了2025年。
如果說輝達憑藉H100、B200這些產品卡了算力需求的脖子,那麼HBM的產能,則卡住了輝達們的脖子。
公開資料顯示,輝達幾乎買空了SK海力士的產能,最新的B200 GPU,搭載了8顆HBM3e晶片。
借助關鍵的「槓桿」產品,透過產品換訂單,這種捆綁策略也比較常見。例如掌握算力分配權的輝達,當客戶採購H100系列晶片,都會捆綁其他產品,例如L40系列,甚至是網卡、交換器等,而三星當年拿下蘋果處理器代工業務,其NAND快閃記憶體的供貨能力也成為撬動代工訂單的重要槓桿。
良率是晶圓廠生命線
擁有像輝達
、AMD這樣的巨頭客戶具有更明顯的指向意義,前提是搞定關鍵的良率。
三星是世界上第一家在3nm導入GAA架構的晶圓代工廠,英特爾則已經曬出可1.4nm(14A)製程的路線圖,前者多次在良率上栽跟頭,導致丟掉蘋果、高通的訂單,3nm甚至被傳出了「良率為0」的訊息,而英特爾雖然「4年5個製程節點」的計畫很宏偉,但缺少量產的驗證。
從蘋果這樣的顧客角度出發,最核心的訴求一定是在可預期的良率下,生產出性能符合標準的產品。但搞定良率這件事,從來都不是一帆風順,台積電也是如此。
研究機構Arete Research高級分析師布雷特辛普森曾在報告中指出,採用FinFET架構的台積電3nm製程的蘋果A17晶片,初期良率在55%左右,每個季度良率可以提高5%左右。如果該數據準確,台積電3nm目前的良率應該接近70%。
看點不僅在於每季5%的提升,還在於從55%到70%良率中間的成本,這部分台積電大方的選擇了為蘋果兜底。
所以說,台積電成功不僅體現在製程製程上,也在於和客戶的協同,其支援服務覆蓋設計、生產、測試等諸多環節,單就蘋果A8這顆晶片,台積電就配備了一支100人規模的One Team支援團隊,等於幫助客戶在設計、研發環節降本增效。
而蘋果在台積電的駐廠工廠師更是達到了千人的規模,也正是這種需求和產出,或者說設計、研發與生產的協同,成為台積電高良率的保證。如果三星、英特爾要“抄作業”,這裡應該要劃個重點。
良率是顧客的產品需求,也是晶圓代工廠的生命線。
業界普遍認為,晶圓代工的良率達到85%,甚至是90%才能達到損益平衡。台積電的3nm正逐步接近這個指標,但三星3nm的良率只徘徊在30%-60%之間,距離損益平衡線還很遙遠。
身為追趕者,搶先推出更先進製程、架構的產品,進而吸引追求「摩爾定律」的客戶,是一件合理的事。不過,搶跑也要承擔良率不佳帶來的「翻車」風險。
當然也有一種不考慮良率的特殊情況──先進設備和供應鏈遭遇卡脖子,不得不借助舊款設備,透過特殊的技術製程生產先進製程晶片,例如利用DUV多重曝光來生產7nm、5nm晶片,在這種情況下,有產出的意義要遠高於良率這個話題。(芯師爺)