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台积电加码先进制程,极限技术冒险是福还是祸?

2021-01-19 17:44:23 【东智精密】   来源: 刘旷     阅读

收获最佳财报:台积电的极限手艺冒险

配图来自Canva可画

现在来看,台积电全球晶圆代工霸主的职位似乎已经不行摇动。

十三年前,张仲谋在金融危急中复出,在28nm要害制程节点上,为台积电打好了崛起的基础。2015年,台积电16nm制程工艺量产乐成,而且在与三星14nm的对决战胜对方,之后的5年中台积电一起高歌猛进,与竞争者们拉开的差距越来越大。2020年在5nm竞赛中再次战胜三星,算是彻底奠基了台积电在先进制程晶圆代工领域不行战胜的市园地位。

而赢得了这些惊心动魄的手艺竞赛,固然也给台积电带来了丰盛的收益回报。克日,台积电公布停止12月30日的2020年第四序度财报,从财报体现来看,收入、利润的稳健增加,证实台积电的先进制程工艺,赢得了更为普遍的市场认可。

似乎也可以讲明,台积电又一次进入了由先进制程领先带来的手艺、资源双向良性循环。然而,事实真的像外貌看起来这样美妙吗?

收获十年来的最佳季报

综合业绩体现来看,台积电在新一季度收获了十年来的最佳季报。以美元计,台积电在2020年Q4的营收到达了126.8亿美元,同比增加22%。净利润达50.08亿美元,同比增加31.7%。营收、利润额纷纷缔造了新纪录。

更令投资者感应惊喜的是,其第四序度利润率体现异常亮眼。毛利率到达了54%,净利率更是到达了惊人的39.5%,同样缔造了新的历史纪录。同时,若是对比其他科技巨头的话,这个净利率水平,甚至远高于苹果的21%,吸金能力堪称恐怖。

台积电之以是能够在第四序度取得云云精彩的业绩,要害在于其16纳米及以下的先进制程工艺孝敬了62%的收入。究竟对台积电而言,相比成熟制程工艺,先进制程工艺的订价更高,利润空间也更大。

其中5nm的孝敬尤为突出,收入占比从第三季度的8%,直接飙升至第四序度的20%。现在台积电在5nm工艺节点上,实在并没有真正意义上的对手。全球规模内,现在掌握5nm制程工艺量产能力的除了台积电,就只有三星一家。而三星的量产规模只能到达台积电的1/5,产物的性能体现和成本价钱也不占优势。因而可以一定的是,台积电5nm在未来很长一段时间内仍可以在晶圆代工市场中大显神威。

从这个角度来看,追求在先进制程领先的基础上建设自己的焦点优势,台积电的这一逻辑并无不妥之处。可是,当先进制程工艺已经很是靠近物理极限时,台积电继续坚持进一步加大对先进制程的研发生产投入,实在已经酿成了一种冒险行为。

连续加码先进制程已成冒险

当前,芯片由先进制程带来的性能、功耗回报正在显著降低。近几个月,搭载5nm制程工艺SOC的智能手机陆续上市。从这些手机的现实体现来看,无论是台积电的5nm FinFET工艺,抑或三星的5nm LPE工艺,性能、功耗提升都未能知足市场预期。

台积电方面,快步推进的5nm,现实性能提升有些拉胯。以苹果A系列处置惩罚器为例,同样基于台积电7nm制程,A13处置惩罚器相比A12处置惩罚器CPU性能提升20%、GPU性能提升20%;而基于台积电5nm制程的A14相比A13,CPU 性能方面提升约莫在16.7%左右,GPU性能提升则约莫在8.3%左右。也就是说,在苹果A系列处置惩罚器上,5nm制程前进带来的前进,很可能还比不上苹果自己对处置惩罚器架构的优化升级。

虽然有一些媒体人士推测,这是由于5nm初期良品率不高,苹果A14屏障了一些焦点。但同样接纳台积电5nm工艺的麒麟9000,其功耗控制较之官方数据也存在较大差异。

三星方面,功耗翻车的问题比力突出。凭据着名数码博主极客湾Geekerwan对小米手机的实测,接纳三星5nm LPE工艺的骁龙888处置惩罚器和上代产物骁龙865处置惩罚器对比,单核功耗和多核功耗显着增添,能效体现上大幅下降。而且同样接纳5nm LPE工艺的Exynos 1080芯片,在能效体现上同样拉胯。

5nm先进制程工艺的现实体现普遍称不上令人满足,对于当前阶段使用5nm工艺的产物而言,其营销价值或许要远远凌驾先进制程自己的适用价值。

越发令人感应不安的是,在当前台积电5nm制程工艺的适用价值都很成问题的情形下,台积电还在连续加大对下一代制程节点3nm工艺的研发投入。在克日的财报集会上,台积电治理层宣布2021年企图将年度资源开支从2020年的170亿美元大幅提升到250亿至280亿美元,增幅将到达45%至63%,其中约80%将用于3nm工艺研发,这意味着,台积电今年将会有凌驾150亿美元的资源支出投向3nm工艺。

而凭据台积电此前宣布的企图,他们的3nm工艺,企图在今年风险试产,2022年大规模量产。也就是说,根据台积电的计划,明年在市场上我们就可以看到一些搭载台积电3nm工艺的产物。

这依然切合台积电近几年来的先进制程升级换代节奏,然而从产物的现实体现来看,高昂的价格并没能完善实现预期中的效果。换而言之,台积电现在很可能已经触遇到了资源投入和手艺实现之间的一个瓶颈,忽视这一瓶颈而又急切想要实现3nm先进制程工艺的台积电,实在已经陷入了一场极限手艺冒险。

极限手艺冒险,是福照旧祸?

之以是说台积电当前所面临的手艺冒险,有着很高的风险性,除了先进制程工艺回报已经显着降低外,还受到许多其他风险因素的影响,其中比力显着的有三点。

第一,成本还会进一步提高。这从台积电资源开支将在今年可能猛增45%至63%就能感受到。在装备成本方面,7nm以下的工艺离不开EUV光刻机,3nm工艺全线都要用上EUV光刻工艺,而且层数从5nm工艺的14层提升到20层,每增添一层都是庞大的成本。另外,台积电此前披露其3nm工艺仍将继续使用成熟的鳍式场效应(FinFET)晶体管,但一些须要的手艺升级仍不行制止的会使得成本进一步提升。

第二,生产耗能更高。耗电量大似乎应该归入成本提升的领域,但台积电的用电问题并不但纯只是电费提升那么简朴。早在2015年的时间,张忠谋就指出,困扰台积电生长的唯一要素就是缺电、停电。到2019年,台积电的耗电量猛增到143.3亿度,已往五年中国台湾增加的用电量,有三分之一都被台积电占用。台积电建设5nm、3nm的产线还会用到越来越多的EUV光刻机,而EUV的能源转换率只有0.02%左右,以是中国台湾的电力供应肩负不起台积电的进一步生长,已经成了很现实的问题。

第三,手艺难度升级。7nm以下先进制程工艺频仍的量子效应及类似的微尺度问题,实在很难被真正战胜,台积电和三星虽然通过一些有用的手艺手段缓解了这些问题。不外从两者的5nm工艺产物良率和详细的性能、功耗提升体现来看,负面影响依然存在,后续能优化到何种水平也存在疑问。

台积电一定已经做好了应对这些风险的相关预案,但不行否认的是,若是透过台积电亮眼的业绩体现,真正对其面临的这些风险有所熟悉。那么就很难不去担忧,台积电接下来的生长路径,真的会像大多数人想象的那样顺遂吗?

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