近期,晶圓代工市場又掀起了一波小高潮,尤以純晶圓代工三強臺積電、聯(lián)電和格芯最為突出,特別是在營收方面,非常亮眼。
臺積電方面,最新財報顯示,該公司4月合并營收達1725.61億元新臺幣,與去年同期的1113.15億元相比增長55.0%,改寫單月營收歷史新紀錄。今年前四個月累計營收6636.37億元新臺幣,與去年同期的4737.25億元相比增長40.1%,表現(xiàn)優(yōu)于預期。臺積電表示,今年第二季度,預計智能手機的季節(jié)性因素將影響部分增長幅度,但HPC運算及車用電子相關應用的市場需求將持續(xù)支持其業(yè)績增長。
聯(lián)電方面,4月營收同比增長39.16%,創(chuàng)單月營收新高,今年1-4月,共營收862.19億元新臺幣,同比增長35.82%。該公司預計今年第二季度圓晶出貨量將增加4%-5%,產品平均售價上升3%-4%,有望推動該季度營收增長4%-9%。
格芯的業(yè)績表現(xiàn)同樣優(yōu)異,今年第一季度營收達到史上最高的19.4億美元,毛利率增至破紀錄的25.3%。該公司預估第二季度營收將介于19.55-19.85億美元之間。財報顯示,格芯第一季度車用芯片營收年增170%,年增幅居所有產品線之冠。
以上這些業(yè)績表現(xiàn),進一步凸顯出晶圓代工產能的緊俏,特別是這些業(yè)內頂流企業(yè)的產能,更是被各家IC設計企業(yè)瘋搶。
在這樣的背景下,業(yè)界再次傳出了臺積電漲價的消息,該公司很可能從明年1月起進一步提升晶圓代工價格,據悉,成熟制程將上漲8~9%,先進制程漲約5%。之所以如此,一方面是因為資本支出和成本增加的壓力,再有就是明年的晶圓代工市場大概率依然處于供不應求的狀態(tài),可以通過價格杠桿,對客戶進行一定程度的篩選。
去年,臺積電就宣布2022年全面調漲晶圓代工價格,包括16nm及更先進制程平均價格調漲8~10%,28nm及更成熟制程平均漲幅約達15%。另外,包括聯(lián)電、力積電、世界先進等晶圓代工廠,也在今年第一季度針對部份到期并重新簽訂的長約,以及供給吃緊的成熟制程再度漲價,價格漲幅為5~10%。
相比于其它晶圓代工廠漲價,臺積電在這方面是最為謹慎的,由于其處于行業(yè)霸主地位,有牽一發(fā)而動全身的影響力,該公司很少漲價,當然,這種情況存在的前提是臺積電的價格在業(yè)界是最高的,這是基于其最先進的制程工藝和封裝技術。因此,一旦臺積電宣布漲價,都會是業(yè)界最大的新聞,也是產業(yè)風向標。
要擁有這樣的影響力,必須在芯片制造工藝技術方面具備明顯的領先優(yōu)勢,且市占率也要具有統(tǒng)治力。目前,在先進制程方面,能夠與臺積電掰一掰手腕的也只有三星了,但三星一直處于追趕狀態(tài);市占率方面,臺積電已經拿到了近55%的市場份額,遙遙領先于其它廠商。在這些基礎上,臺積電的毛利率已經達到54%。
無敵的先進制程
在推出10nm制程之后,臺積電在先進制程領域就是無敵般的存在。10nm之后,該公司在業(yè)界率先量產了7nm制程芯片,目前,臺積電已經生產了超過10億顆7nm芯片,該公司還率先推出了使用EUV技術的7nm+工藝。在7nm基礎上,推出了6nm工藝,這個平臺的一個主要特點是與7nm工藝平臺兼容,這樣,客戶很容易把7nm設計移植到6nm。
2021年6月,臺積電在一次技術論壇上首次發(fā)表了6nm RF(N6RF)制程,相較于前一代的16nm射頻技術,N6RF晶體管的效能提升超過16%。臺積電表示,N6RF制程針對6GHz以下及毫米波段的5G射頻收發(fā)器提供大幅降低的功耗與面積,同時兼顧消費者所需的效能、功能與電池壽命,還強化支持WiFi 6/6e的效能與功耗效率。
2020年,臺積電實現(xiàn)了5nm(N5)的量產,與7nm相比,新工藝的速度提升了15%,功耗降低了30%,而邏輯密度則是前者的1.8倍。在良率方面,新工藝的進展也非常順利。與此同時,該公司還推出了增強版的N5P工藝制程,晶體管的速度提升了5%,功耗降低了10%,這給HPC帶來了很好的發(fā)展機會。
此外,臺積電還基于N5平臺推出了N4工藝,其速度、功耗和密度都有了改善。其最大優(yōu)勢同樣是與N5的兼容,使用5nm工藝設計的產品能夠輕易地轉移到4nm平臺上。這也能保證臺積電客戶的每一代投資,都能獲得更好的效益。N4在2021年第四季度試產,在2022年實現(xiàn)規(guī)模量產。
目前,臺積電正在為3nm制程工藝量產做著準備,在這代工藝上,該公司會繼續(xù)采用FinFET。與5nm相比,臺積電3nm的速度將提升10%到15%,功耗將提升25%~30%,邏輯密度將是前者的1.7倍。
近日,臺積電召開了2022年Q1情況說明會,總裁魏哲家表示,預估3nm將于今年下半年出貨,2023年大規(guī)模量產。魏哲家稱3nm營收貢獻會是下一個大的成長節(jié)點,等同5nm、7nm家族。而N3E制程將在3nm量產一年之后投產,目前研發(fā)進度超出預期,可能提前投產。
2019年,臺積電率先開始了2nm(N2)制程技術的研發(fā)工作。相應的技術開發(fā)中心和工廠主要設在中國臺灣的新竹,規(guī)劃了4個超大型晶圓廠,主要用于2nm及更先進制程的研發(fā)和生產。
臺積電2019年成立了2nm專案研發(fā)團隊,尋找可行路徑進行開發(fā)。在考量成本、設備相容、技術成熟及效能表現(xiàn)等多項條件之后,決定采用以環(huán)繞柵極(Gate-all-around,GAA)制程為基礎的MBCFET架構,解決FinFET因制程微縮產生電流控制漏電的物理極限問題。MBCFET和FinFET有相同的理念,不同之處在于GAA的柵極對溝道的四面包裹,源極和漏極不再和基底接觸。
本周,魏哲家證實,目前臺積電N2制程研發(fā)已走上正軌,晶體管結構和工藝進度都達到預期。預計臺積電將在2024年末做好N2制程風險生產的準備,并在2025年末進入大批量生產,2026年,首批2nm芯片將正式投入市場。
近期,有消息傳出,由于3nm研發(fā)工作已經完成,即將量產,臺積電決定讓3nm研發(fā)團隊轉戰(zhàn)1.4 nm制程工藝開發(fā),定于今年6月開啟研發(fā)工作,投入確認技術規(guī)格的第一階段(TV0)開發(fā)工作。
成熟制程業(yè)界第一
不僅先進制程處于領先地位,臺積電在成熟制程工藝(節(jié)點≥40nm)領域同樣占據市場領導地位,如下圖所示。
圖1、成熟制程工藝市占率,臺積電排第一(來源:Counterpoint Research)
具體來看,以2022年第一季度為例,如下圖所示,40nm/45nm營收約占臺積電總營收的8%,65nm占5%,90nm占2%,0.11μm/0.13μm占3%,0.15μm/0.18μm占6%,0.25μm及以上占1%。這樣,臺積電在該季度成熟制程的合并營收占總營收的25%,還是很可觀的數(shù)字。
圖2、臺積電2022年第一季度各制程營收占比
從歷史發(fā)展來看,臺積電于2004年開始從以0.11μm+制程為主的低端晶圓制造過渡到以40nm-90nm的更先進制程工藝為主的晶圓制造,并于2011年底開始從以中低端為主的晶圓制造過渡到以28nm及更先進制程工藝為主的晶圓制造。
在射頻方面,為了滿足客戶對于5G網絡高速、低延遲、以及大量物聯(lián)網應用需求,臺積電提供了16nm及28nm射頻元件,通過提升截止頻率與最大震蕩頻率來支持射頻收發(fā)器設計,采用40nm特殊制程強化擊穿電壓,在來自導通電阻與斷電容的乘積降低的相同效益下,支持射頻切換器設計的應用。
獨特的封裝技術
過去十年,臺積電已經推出五代不同的基板上芯片封裝工藝,且涵蓋了消費級與服務器芯片領域。
近些年,先進制程工藝對封裝技術提出了更高要求,同時,先進封裝技術也可以彌補制程工藝的不足。因此,臺積電不斷在3D封裝技術方面加大投入。
2021年,在一次線上技術研討會上,臺積電披露了3DFabric系統(tǒng)整合解決方案,并將持續(xù)擴展由三維硅堆棧及先進封裝技術組成的3DFabric。
針對高性能計算應用,臺積電于2021年提供更大的光罩尺寸,以支持整合型扇出封裝基板(InFO_oS)和CoWoS封裝方案,運用范圍更大的布局規(guī)劃來整合Chiplet die及高帶寬內存。
2021年,在HotChips33 年度會議期間,臺積電介紹了其最先進的封裝技術路線圖,并且展示了為下一代Chiplet架構和內存設計做好準備的最新一代 CoWoS 解決方案。該公司最新的第5代CoWoS封裝技術,有望將晶體管數(shù)量增至第3代封裝解決方案的20倍。
圖3、臺積電CoWoS封裝技術發(fā)展路線圖
未來,臺積電還將升級到第6代CoWoS 封裝工藝,其特點是能夠集成更多的Chiplet die和 DRAM。
針對移動應用,臺積電推出了InFO_B解決方案,將移動處理器整合在輕薄精巧的封裝之中,提供強化的性能和功耗效率,并且支持移動設備芯片制造廠商封裝時所需的DRAM堆棧。
除了中國臺灣大本營,臺積電還將先進封裝業(yè)務拓展到了日本,日本經產省表示,臺積電將在日本茨城縣筑波市設立研發(fā)據點,總經費約370億日元,日本政府將出資總經費約5成予以支持。據悉,擁有領先封裝技術的日本企業(yè)Ibiden、半導體裝置廠商芝浦機械(Shibaura Machine )等與半導體有關的約20家日本企業(yè)有望參與研發(fā),重點就是Chiplet和3D封裝技術。
高水平管理
除了先進技術這個“硬件”,企業(yè)管理這個“軟件”也至關重要,它會直接或間接影響企業(yè)的競爭力。
臺積電在晶圓代工業(yè)能確立霸主地位,關鍵就是具有領先行業(yè)的技術和良率,因此,對于這種技術高度密集,且對技術依賴程度很高的行業(yè),做好信息保密工作至關重要。臺積電在防止秘密信息外泄方面有其獨到見解。在該公司,技術開發(fā)由數(shù)十組工程師共同進行,還需要相關供貨商密切合作,即使挖走部分工程師,想把臺積電的know-h(huán)ow都學到手,幾無可能。
在員工和產業(yè)鏈管理方面,臺積電同樣聞名業(yè)界。
首先,該公司極度重視穩(wěn)定生產及生產效率,一位經手多個晶圓廠建廠案例的建造商高管表示,臺積電要求他們必須嚴格遵守建廠進程,甚至要提前完工。臺積電對于供貨商在質量和危機管理方面的要求極高,只要做過臺積電的生意,就能獲得業(yè)界的信任。一位臺積電前員工透露,公司非常重視與客戶的信任關系,對于材料供貨商的要求也很嚴格。
其次,根據前員工的說法,臺積電內部每次開會,一開始與會者就要匯報前一次會議交辦的未解決事項,也就是AR(action required,待完成任務或行動要求)。如果產線設備出狀況,負責部門一天得開好幾次會,而且每次開會時,供貨商都必須提出解決方法。
再有,臺積電極度重視面對面溝通。該公司會把移動電話配給供貨商的工程師,即使是在半夜,只要產線有任何緊急狀況,供貨商工程師接電話后必須在兩小時內趕到臺積電產線,以確保能盡快恢復正常生產。
正是因為在制程工藝、封裝技術、人才、企業(yè)管理等方面具備明顯優(yōu)勢和先進理念,才使得臺積電在全球晶圓代工業(yè)內獨占鰲頭,具有極大的影響力和示范作用。