台积电赴美建厂,华为上海建厂:芯片制造走向何方?

王新喜

王新喜

· 11月14日

台积电的成功本身也给一众IT科技企业上了一课。

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台积电赴美建厂,华为上海建厂:芯片制造走向何方?

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图片来源@视觉中国

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文丨热点微评(ID:redianweiping ),作者丨王新喜

早前,英国金融时报称,华为正计划在上海建造不使用美国技术的芯片制造工厂,该厂将从低端的45纳米起步。华为计划在2021年底之前制造用于“物联网”设备的28纳米芯片,在2022年底之前生产用于5G电信设备的20纳米芯片。

与此同时,台积电赴美建厂,按照台积电的规划,该新厂预计将于2021年动工,2024年开始量产5nm制程芯片。当前台积电计划招聘良率提升工程师、制程整合工程师等数十个工种。

此外,三星在芯片制造领域也动作频频,三星、高通的5nm芯片也将分别在接下来的两个月如期面世。三星当前也在寻求打入中国制造商的供应链,计划与中国手机厂商保持更紧密的合作关系。目前,三星 Exynos 980和880两款信号的手机芯片已经被vivo采纳。

我们知道,国内公司在芯片生产各个环节上,在设计和封测能力上并不逊色,但在制造能力上存在短板,当然,全球也仅仅三星和台积电具备5nm芯片量产制造的能力。市场走到今天,芯片制造领域的竞争,在今天要超过以往时代。

台积电的成功,是技术优先思维的成功

芯片制造这一战场,台积电毋庸置疑是最大赢家,而且是所有进入这一市场领域的玩家无法绕过的最大对手。

根据台积电公布的2019年年报显示其在晶圆代工领域远超竞争对手三星、格罗方德等厂商,占据市场半壁江山。集邦咨询旗下拓墣产业研究院发布的2020年Q1全球晶圆代工厂营收排名中,台积电排第一位,市场份额为54.1%。

台积电的发展历程其实一直是有着时代的机遇在,并且一直在顺势而为。

早在上世纪80年代,美国半导体将产业转移到日本,以缩减成本。当时,美国科技巨头想的是如何省去生产设备等大额的固定资产投资,放弃这些利润较低的生产、测试、封装等工序,专注于利润最高的设计工作。

芯片制造与设计的分离趋势开始呈现。而台积电创始人张忠谋彼时就意识到,众多芯片设计公司不可能像IBM、德州仪器一样拥有全产业链的设计、生产能力。

在彼时,台积电乘着美国半导体产业转移的趋势吸收了一系列美国的技术。在创业初期,有赖于飞利浦的技术支持下,以3.0um与2.5um切入市场。后来台积电吸收了第一个大客户英特尔的技术,英特尔不但转让了制造工艺技术,还提供生产资金,扶植台积电。此外,台积电还从IBM获得了生产工艺的授权。

让美国的这些老牌科技巨头没有想到的是,台积电在生产制造这一领域在快速的超越它们,是典型的师夷长技以制夷,青出于蓝而胜于蓝。

比如说,在1999-2009这十年,台积电通过高强度的资本和研发投入,在工艺上超越了英特尔生产工艺,早前台积电在铜制工艺上实现突破,终结了IBM的代工技术霸权,此外,还在湿刻法技术上实现重大突破,击败行业龙头尼康。

后来随着智能手机的兴起,台积电拿下了诸多行业顶尖的客户——华为海思、苹果、高通,在技术上不断精进,曾经为尽快推出10纳米,推出“夜鹰计划”,研发人员三班倒投入先进制程开发工作。

值得一提的是,台积电的资本开支规模一直保持着对业内的遥遥领先,在1992年至2017年,台积电每年研究费用从5百万美元快速增长至27亿美元。比如2017年资本开支分别是联电和中芯的7.6和4.7倍,不断扩大产能上的差距。相比之下,联电和中芯国际的研究费用开支一直为处于停滞不前的状态。

也因为如此,从14nm、10nm、7nm再到5nm,台积电的不断精进,成就了其自身的行业霸主地位。

当前,能够生产14nm以下芯片的厂商,仅有台积电、三星以及英特尔等厂商,而5nm芯片,仅有台积电和三星。

但台积电目前已经突破3nm和2nm方面的制程技术,消息指出它将在2021年试产3nm的芯片,2022年量产3nm的芯片,并有望在2024年量产2nm的芯片。台积电已经成为了全球规模最大并且拥有着最先进的芯片代工制程工艺的芯片代工厂商。

说到底,台积电成功的背后,是技术优先思维的成功,这也与台积电创始人张忠谋的前瞻性战略眼光息息相关,他准确的看到芯片设计与制造垂直分工的时代大势已来,因此开创晶圆代工模式,突破了原有的游戏规则。

而要在芯片代工制造这一领域做深,必然需要从企业内部持续投入,张忠谋也很早便意识到技术和生产工艺的领先是科技制造业企业的核心竞争优势,一手通过过持续的高额资本投资,一手从外部吸收先进技术,通过内外部融合,推动技术和生产的持续领先,最终打造出了较深的壁垒护城河。

未来的市场变数依然存在

但未来的市场走势,是不是一定是台积电一家独大的趋势一直延续下去呢,在笔者看来,台积电在未来数年保持芯片制造领域的领头羊地位依然是大概率事件,但未来台积电未来面临的竞争形势已变,行业依然将呈现出诸多变数。

在过去,尽管美国众多科技巨头一直是GPU和微处理器等新芯片产品开发上的领头羊。但是,当今美国正在芯片制造与圆晶厂建厂速度层面失去优势。

以英特尔、格罗方德为首的美国芯片代工厂商在工艺技术方面已被台积电和三星甩下,而芯片制造商在美国建造新晶圆厂的速度也低于其亚洲竞争对手。

美国科技行业用台积电这枚棋子去将华为一军,但是美国的科技行业希望其自身本土厂商能够在芯片制造这一领域能有所作为,美国科技领域也在暗暗布局新的战略,以防止其本土厂商在半导体制造领域持续落后于人。

当前,美国科技产业已有新的计划,即它正在试图通过建立芯片联盟、在本土建立圆晶厂、老牌厂商升级工艺的打法来应对竞争。台积电赴美建厂,也是基于美国的这方面战略诉求——在美国建立一个新的高端工艺晶圆厂。

当前,因美国针对华为的禁令,致使日韩也有了危机感,均在布局自建芯片产业链。邀请台积电赴美建厂,或许意味着美国科技巨头自身也慌了,亟待在本土就解决芯片制造的短板。

在芯片制造领域的一系列变局,对台积电而言,不是好事。对于美国的科技巨头高通苹果而言,台积电也是一个即依赖,也要防备的供应商。

因为在今天的5G市场份额中,从高通X50、X55芯片,到苹果A14芯片,无一例外都是由台积电代工生产。目前,台积电已经赢得了全球5G芯片90%的订单,垄断局面已经非常明显。

美国科技巨头一方面需要依赖台积电的制造技术,一方面也在防着台积电议价权过高。随着台积电的发展,高通苹果等巨头可能会考虑反过来再度扶持三星或者其他厂商来制衡台积电一家独大。

随着台积电势力愈加壮大,也给予了三星极大的压力,要知道,在制造在A11芯片之前,三星曾是苹果的主要芯片供应商之一,但是由于彼时的三星在手机市场太过强大,是苹果的主要竞争对手。

当时的苹果担心自己的芯片制造代工这一环节如果被三星掣肘,因此,苹果有意识的开始扶持台积电,这在当时也恰恰拯救了处于危机中的台积电。

过去三星与台积电同为苹果供应商,两者在苹果供应链中,也大致处于势均力敌态势,后来随着苹果愈加倾向于扶持台积电,两者开始呈现出差距。

但在今天,情况又有不同,三星对苹果的手机业务不再构成强有力的威胁,台积电一家独大无可替代的趋势越来越强,三星也在谋求更多的订单,苹果与三星合作的可能性再度变大。

因为苹果一向是双供应商策略,一旦某家厂商在该领域呈现出一家独大的趋势之时,苹果就开始转而扶持新的供应商,给原有厂商施加压力、防止一家独大之余,也将议价权牢牢掌控在自己手里,比如为了制衡富士康,苹果扶持了立讯精密,富士康在手机代工领域一家独大的局面正在被打破。

随着当前台积电一家独大的势头愈加明显,议价权越来越高,苹果反过来再培育三星或者扶持新的芯片制造商制衡台积电的可能性就变大了。

事实上当前已经显示出相关迹象,日前苹果发布了ARM版MacBook,然而苹果却正与三星洽谈,希望三星消化一部分M1处理器。虽然说台积电的5nm产能触顶是一部分原因,但同时也透露出苹果有扶持三星制衡台积电的意图。

当前三星也开始在中国寻求合作的机会,如果能与中国大陆的手机厂商建立稳定的供货与合作关系,在芯片制造领域实力不容小觑的三星在与台积电的竞争中有机会扳回一手。

因此,从芯片制造领域来看,台积电的成功,是源于过去一系列时代机遇与利好加诸于它身上,加之台积电自身一直保持着稳定的进步与创新,在一个相对良好的国际市场竞争大环境下,推着它得以安稳的壮大。

但如今国际市场各方竞争暗潮汹涌,多方势力涌入,从美国到中国大陆、韩国、日本等,各方均对芯片制造领域有了更大的野心与诉求,台积电面临的竞争压力也要更大。

从国内来看,芯片设计和制造行业投资火热。据SIA和BCG称,中国晶圆厂产能的份额将从2000年的3%跃升至 2020年的15%。早前余承东也表示,华为过去没有涉足芯片制造,所以麒麟9000因美国制裁可能成为绝版。

当下华为上海建芯片厂,也看得出其未来想解决这一短板决心很大。但与此同时,我们也要清醒的看到,台积电已经领先太多,日前清华大学教授魏少军谈到,中国28nm芯片产业链在1-2年内才能走向成熟,这意味着中国大陆芯片制造领域还有很长的路要走。

在未来几年甚至10年内,中国台湾的台积电稳坐芯片制造代工霸主之位的可能性依然很大,但各方暗潮涌动,市场变数依然存在,竞争压力要远超过往了。

芯片制造的未来与台积电成功带来的启示

纵观目前的晶圆体工厂,只有三星在技术方面能够与台积电匹敌,无论是美国的格罗方德,还是国内的中芯国际与之依然相差甚远。但对于台积电在美国的大客户而言,他们在也思考如何去制衡台积电。

台积电技术虽强,也得依赖这些大客户的订单产生源源不断的利润,它也担心供应商因为警惕自己而培植新兴势力,这是台积电的风险之处。

台积电应邀赴美建厂,可能也是考虑到这一层的利益绑定关系。

从未来的技术发展走势来看,芯片业界已经接受了晶体管尺寸接近下限的现实,摩尔定律的效应也将在未来显现,美国半导体工业协会曾发表一份报告,这份报告宣称,到2021年,硅晶体管尺寸的缩小将不再是一件经济可行的事情。取而代之的是,芯片将以另一种方式发生变化.

这需要找到一种新材料比如石墨烯、碳纳米管、碳化硅、氮化镓等代替硅,并通过全新物理机制实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件,推动半导体产业的革新,那么原有的晶圆加工厂商其原有的垄断格局就将打破。

而国内则提出了利用碳纳米管来取代硅的方案,如果碳基芯片能够取代硅芯片,那么晶圆的生产工艺就不一样了这就是另外一套玩法,不过从目前来看,这条路还是相当漫长。从当前来看,光刻机与硅芯片依然是绕不开的一道坎。

台积电的成功本身也给一众IT科技企业上了一课。

因为相对芯片设计,芯片制造的难度远在其上,任正非近期指出:“中国大陆芯片制造的问题主要出在制造设备、基础工业以及化学制剂上。芯片制造的每一台设备、每一项材料都非常尖端、非常难做,没有高端的有经验的专家是做不出来的。”

因此,对于厂商而言,要懂得顺势而为,善于利用行业已有利于并将技术创新放在第一位,提升装备制造业、化学产业的竞争力。持续积累、培育并吸收高端芯片人才,打破原有的技术瓶颈与规则,要有长期主义的战略决心。

芯片需要砸钱,但光靠砸钱也不行,芯片是一个需要成千上万的学霸不断累积的产业,这是一个需要长期主义思维去坚守的领域。知乎上有些在台积电与SMIC都工作过的人说在台积电工作像在学校,在SMIC像是在房地产行业。如果要拿玩房地产那一套来玩芯片,是行不通的。

台积电的代工模式创新是基于未来的垂直分工的趋势准确把握住了方向,而技术创新决定了它能走多远。

在模式创新已经确定的前提下,如何从技术创新与精进的角度去建立自己的护城河,做到竞争对手难以超越的程度,可能是台积电的成功留给其他厂商的经验教训,这一点,也是目前诸多IT企业所缺失的。

【钛媒体作者介绍:王新喜,TMT资深评论人,本文未经许可谢绝转载】

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