全球芯片代工巨頭:正在研究2nm以下的工藝,正在一步步逼近1nm工藝
這一次,臺(tái)積電真的被美、日“坑”了美國(guó)、日本都曾邀請(qǐng)臺(tái)積電到臺(tái)灣投資,以發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)。美國(guó)有5nm芯片廠,日本有28nm到22nm的芯片廠??梢?jiàn)美日非??粗嘏c臺(tái)積電的合作。但現(xiàn)在,臺(tái)積電卻被日、美“坑”了。美國(guó)與日本達(dá)成了一項(xiàng)關(guān)于2nm芯片的合作協(xié)議,以減少對(duì)臺(tái)積電等企業(yè)的依賴性。
美,日在降低對(duì)臺(tái)積電的依賴性的同時(shí),還主動(dòng)提出要建工廠,這是要干嘛?臺(tái)積電已經(jīng)做好了充分的準(zhǔn)備?
臺(tái)積電是世界上最大的晶圓生產(chǎn)商,臺(tái)積電是美國(guó)及日本欲大幅提升其芯片制造業(yè)的“香餑餑”。美、日等國(guó)家分別提出了建廠要求。
臺(tái)積電經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究與市場(chǎng)調(diào)查,再加上雙方承諾的補(bǔ)助,終于同意前往美,到日建廠。現(xiàn)在臺(tái)積電、美國(guó)、日本的工廠,都已經(jīng)開(kāi)始動(dòng)工了。
根據(jù)工廠的建設(shè)進(jìn)度,2024年開(kāi)始生產(chǎn)。臺(tái)積電在美、日兩國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上,都起到了舉足輕重的作用。
然而臺(tái)積電萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有料到,作為“座上賓”的他,竟然會(huì)被主人“坑”。據(jù)日本經(jīng)濟(jì)報(bào)道,美、日兩國(guó)正準(zhǔn)備在2nm制程上進(jìn)行合作,以降低與臺(tái)積電等廠商的依賴性。
美國(guó)、日本都有意在晶片制造領(lǐng)域進(jìn)行更多的研究,如果能請(qǐng)到臺(tái)積電,就能為國(guó)內(nèi)的晶圓制造企業(yè)創(chuàng)造一個(gè)封閉的市場(chǎng)。
再加上臺(tái)積電在晶片行業(yè)的地位,美,日要做2nm芯片,臺(tái)積電肯定也會(huì)參與進(jìn)來(lái)。臺(tái)積電在2026年就宣布了2nm芯片的大量生產(chǎn)。
除了美和日兩國(guó)的合作,他們到底在搞什么鬼?很顯然,他們是想要從臺(tái)積電手中,搶走他們的生產(chǎn)線,然后自己做主。
美國(guó)政府對(duì)自己公司的一系列政策,明顯是在偏袒英特爾,給了他們數(shù)十億美元的資金,但對(duì)于臺(tái)積電的補(bǔ)貼,他們還沒(méi)有任何回應(yīng)。難道美國(guó)還想保留實(shí)力?否則如何能向英特爾提供各種補(bǔ)貼和優(yōu)惠政策,而臺(tái)積電呢?
美國(guó)需要什么,從數(shù)據(jù),人才,到供應(yīng)鏈,一目了然。而且,他還和日本的2nm芯片公司合作,將臺(tái)積電拒之門(mén)外,準(zhǔn)備閉門(mén)造車(chē),這不是給自己留點(diǎn)后手嗎?
臺(tái)積電很清楚美芯片的未來(lái),張忠謀曾經(jīng)說(shuō)過(guò),美國(guó)沒(méi)有任何成本,也沒(méi)有任何的供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)。
但他已經(jīng)邁出了第一步,臺(tái)積電的主要收入,就是美國(guó),美企業(yè)的訂單,占了很大一部分。美國(guó)政府的補(bǔ)貼,可以彌補(bǔ)臺(tái)積電在國(guó)內(nèi)的投資,為客戶提供芯片,可以降低成本。
被大客戶砍單之后,臺(tái)積電還是交出了一份超出市場(chǎng)預(yù)期的成績(jī)單。營(yíng)收181.6億美元,同比增長(zhǎng)43.5%;凈利潤(rùn)80.5億美元,利潤(rùn)率達(dá)49.5%,毛利率更是接近了6成。此外,還給出了繼續(xù)延續(xù)上漲的預(yù)期,說(shuō)Q3可能收入198-206億美元。這份成績(jī)單發(fā)生在市場(chǎng)傳聞其被貢獻(xiàn)了4成收入客戶砍單之后。今年Q2,市場(chǎng)上傳出臺(tái)積電被蘋(píng)果、AMD(超微半導(dǎo)體)和NAVIDIA(英偉達(dá))砍單的消息,從過(guò)去三年臺(tái)積電的客戶結(jié)構(gòu)來(lái)看,這三者對(duì)臺(tái)積電收入貢獻(xiàn)分別為35.6%、39.1%和40.4%。
這樣的數(shù)字確實(shí)超出了市場(chǎng)預(yù)期。因?yàn)?6氪觀察到,自上個(gè)月開(kāi)始,業(yè)內(nèi)就開(kāi)始有芯片即將進(jìn)入供過(guò)于求狀態(tài)的預(yù)判,臺(tái)積電也在本次財(cái)報(bào)電話會(huì)上說(shuō),“2023年將出現(xiàn)一個(gè)典型的芯片需求下滑周期,但整體下滑程度將好于2008年?!?
為什么整體預(yù)期下行時(shí),臺(tái)積電還能越賺越多?在這家作為半導(dǎo)體行業(yè)晴雨表的企業(yè)身上,有哪些能夠展現(xiàn)行業(yè)整體狀態(tài)的樣貌、又有哪些獨(dú)特性?按照TrendForce(研究機(jī)構(gòu)集邦咨詢)數(shù)據(jù),2021年臺(tái)積電占全球市場(chǎng)份額53%,并預(yù)計(jì)今年還將上升3%,毫無(wú)疑問(wèn),臺(tái)積電的成績(jī)單是否存在復(fù)用性,對(duì)于整個(gè)行業(yè)剩下一半的市場(chǎng),也具有參考價(jià)值。那么,現(xiàn)在半導(dǎo)體行業(yè)供求關(guān)系是怎么樣的?前兩年的“缺芯潮”剛剛平緩,為什么就開(kāi)始供過(guò)于求了?未來(lái)又會(huì)有哪些趨勢(shì)?36氪將從半導(dǎo)體行業(yè)的周期性特點(diǎn)出發(fā),試圖回答以上問(wèn)題。
半導(dǎo)體是周期性極明顯的行業(yè),上一輪被廣泛大眾都知道的缺芯,根本原因就是疫情引發(fā)的周期預(yù)判錯(cuò)誤,這一輪,也是一樣。導(dǎo)火索是疫情沖擊導(dǎo)致的需求下降,2020年Q2,由于芯片廠商出于對(duì)下游的悲觀預(yù)期,減少芯片制造端的訂單,轉(zhuǎn)為消化庫(kù)存,這就使供過(guò)于求、價(jià)格出現(xiàn)下降趨勢(shì)。
按理來(lái)說(shuō),疫情帶來(lái)的線上辦公紅利,智能手機(jī)和智能平板的需求增加,給了終端廠商增加庫(kù)存的機(jī)會(huì)。但需求向上要到芯片廠時(shí),卻難以被滿足,就是在預(yù)判整體下行的情況下,庫(kù)存量不足、產(chǎn)能也跟不上,計(jì)劃增產(chǎn)時(shí)間滯后,行業(yè)就進(jìn)入了想造造不出的“被動(dòng)去庫(kù)存”階段。
因此,去年消費(fèi)者們熬夜搶的最新款手機(jī),發(fā)貨總要等上幾個(gè)月,主要原因就是供給跟不上。然后就是被訂單趕著走的階段。既然產(chǎn)能不足,那就“主動(dòng)補(bǔ)庫(kù)存”。但問(wèn)題是,晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)周期一般在1-2年,投產(chǎn)后產(chǎn)能爬坡也需要一定的時(shí)間,供給增加的速度跟不上需求,價(jià)格上升。
然而,需求等不到這個(gè)周期結(jié)束了,智能手機(jī)和平板的出貨量均開(kāi)始下滑。IDC數(shù)據(jù)顯示,2022Q1全球智能手機(jī)和智能平板出貨量分別下降9%和3.9%,預(yù)測(cè)全年出貨量將下降7%和6.2%。所以,終端廠商賣(mài)不動(dòng)了,但芯片廠商還在造,這就是“被動(dòng)補(bǔ)庫(kù)存階段”:由于生產(chǎn)的“慣性”,庫(kù)存還在不斷增加,無(wú)法及時(shí)消化,庫(kù)存量被迫上升,半導(dǎo)體行業(yè)走向下行階段——供大于求,價(jià)格下降。
這是過(guò)去兩年間半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)生的供求關(guān)系變化,可以說(shuō)是周期性難逃、被市場(chǎng)趕著走。臺(tái)積電說(shuō)這次的下行周期將會(huì)持續(xù)到2023H1,但這次的下行周期會(huì)更加溫和,下降幅度比2008年更小。未來(lái),當(dāng)工藝制程得到突破,下游出現(xiàn)新的需求,半導(dǎo)體行業(yè)將會(huì)重復(fù)上述四個(gè)階段,形成一個(gè)新的周期。 我們現(xiàn)在使用的半導(dǎo)體大部分是硅基電路,問(wèn)世已經(jīng)60年了,多年來(lái)都是按照摩爾定律2年一次微縮的規(guī)律發(fā)展,但它終究是有極限的。臺(tái)積電在突破5nm、3nm及未來(lái)的2nm之后,下一步就要進(jìn)軍1nm工藝了。根據(jù)臺(tái)積電的規(guī)劃,今年會(huì)量產(chǎn)5nm工藝,2022年則會(huì)量產(chǎn)3nm工藝,2nm工藝已經(jīng)在研發(fā)中了,預(yù)計(jì)會(huì)在2024年問(wèn)世。
2nm之后呢?臺(tái)積電在日前的股東大會(huì)上也表態(tài),正在研究2nm以下的工藝,正在一步步逼近1nm工藝。
1nm工藝不僅僅是這個(gè)數(shù)字看上重要,它還有更深的含義——1nm級(jí)別的工藝有可能是硅基半導(dǎo)體的終結(jié),再往下走就需要換材料了,比如納米片、碳納米管等等,2017年IBM領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)就成功使用碳納米管制造出了1nm晶體管。
硅基半導(dǎo)體工藝的極限其實(shí)一直在突破,之前的說(shuō)法中,10nm、7nm、5nm、3nm甚至2nm都被當(dāng)做過(guò)硅基工藝的極限,現(xiàn)在來(lái)看還是一步步被突破了,如果不考慮臺(tái)積電、三星在工藝命名上的營(yíng)銷(xiāo)套路的話。
在2019年的Hotchips會(huì)議上,臺(tái)積電研發(fā)負(fù)責(zé)人、技術(shù)研究副總經(jīng)理黃漢森(Philip Wong)在演講中就談到過(guò)半導(dǎo)體工藝極限的問(wèn)題,他認(rèn)為到了2050年,晶體管來(lái)到氫原子尺度,即0.1nm。
關(guān)于未來(lái)的技術(shù)路線,黃漢森認(rèn)為像碳納米管(1.2nm尺度)、二維層狀材料等可以將晶體管變得更快、更迷你;同時(shí),相變內(nèi)存(PRAM)、旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)移隨機(jī)存取內(nèi)存(STT-RAM)等會(huì)直接和處理器封裝在一起,縮小體積,加快數(shù)據(jù)傳遞速度;此外還有3D堆疊封裝技術(shù)。