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台积电在台湾,猛盖11座工厂

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更多 发布于:2022-07-04 15:07

来源:内容来自工商时报,谢谢。


虽然俄乌战争及全球通膨影响终端需求,半导体生产链已进入库存调整阶段,但晶圆代工龙头台积电仍然加快扩产脚步,在上周召开的技术论坛中指出,2022~2023年将在台兴建11座12吋晶圆厂,并扩大竹南封测厂3DIC产能建置,主要是看到客户端在7纳米及更先进制程的新芯片设计定案(New Tape-Outs,NTOs)大幅增加。
先进制程产能大幅成长
台积电今年资本支出400~440亿美元创下新高,预期明年资本支出维持400亿美元以上,去年启动的3年大扩产计画总投资金额将超过原订的1,000亿美元规模。台积电扩产主力仍以先进制程为主,2018~2022年的7纳米及更先进制程产能年复合成长率(CAGR)高达70%,且2022年5奈米产能已达2020年量产第一年的四倍。
特殊成熟制程大力扩产
为了解决车用及工控等芯片产能短缺问题,台积电今年投入高压及电源管理IC、微机电及CMOS图像传感器、嵌入式快闪记忆体(eFlash)等特殊成熟制程扩产的资本支出,已达过去三年平均支出的3.5倍,不仅今年特殊成熟制程产能会较去年增加14%,占整体成熟制程比重亦将提升到63%。
由于俄乌战争及全球通膨导致终端需求转弱,虽然车用及工控、伺服器等需求维持畅旺,但包括笔电及手机等消费性电子销售明显疲弱,半导体生产链近期开始进入库存修正阶段,市场法人已预期晶圆代工厂可能下修资本支出,但台积电仍在技术论坛释出对市场乐观看法,2022~2023年将在台湾兴建11座12吋晶圆厂及1座3DIC先进封装厂。
根据台积电技术论坛资料,位于南科Fab 18厂区的P5~P9厂等共5座12吋厂兴建计划已启动,将成为3奈米主要生产重镇。为2奈米量身打造的Fab 20厂区确定落脚竹科的宝山园区,包括P1~P3厂等共3座12吋厂会在明年前启动建厂,P4厂预期2024年之后开始兴建。
台积电高雄Fab 22厂区将兴建P1~P2厂,支援28纳米及7纳米制程,投资建厂计划如期进行,2024年量产预估不变。至于南科Fab 14厂区P8厂亦开始建厂,将支援特殊成熟制程。台积电持续看好5G及高效能运算(HPC)大趋势,竹南AP6封装厂将扩建以支援3DIC先进封装需求。
新芯片案量突进,扩产没在怕
晶圆代工龙头台积电除了决定今、明两年在台湾兴建11座晶圆厂,位于美国亚利桑那、中国南京、日本熊本等3座海外12吋晶圆厂已开始兴建。市场法人担心若下半年到明年市场需求低迷,台积电恐面临产能过剩压力,但台积电对此老神在在,因为新芯片设计定案(New Tape-Outs,NTOs)大幅增加,并会为明、后两年的大幅成长增添新动能。
台积电在上周技术论坛中说明先进制程市场布局。以7纳米(N7)及同一世代的6纳米(N6)制程来说,自2017~2018年量产初期主要以智能手机芯片、中央处理器(CPU)、绘图处理器(GPU)等应用为主,但到今年产品组合已扩展至人工智能(AI)及高速网络、射频元件、消费及车用芯片等,至今年底NTOs案量将超过400案。
台积电5纳米(N5)及同世代4纳米(N4)制程自2019~2020年开始量产,量产初期同样是以智能手机、CPU/GPU等应用为主,但去年到今年已延伸至AI、扩增及虚拟实境(AR/VR)、高速网络、电竞等领域,预期今年底NTOs案将倍增至超过150案。
台积电今年下半年3纳米N3制程将量产,明年下半年会推出优化后的N3E制程。台积电在技术论坛中指出,N3E制程提供支援智能手机及HPC两大平台,与N5制程相较,在同一功耗上速度提升15~20%,在同一速度上功耗降低30~35%,逻辑晶体管密度达1.6倍,芯片密度约达1.3倍,明显优于竞争对手,是业界最先进制程,可望吸引更多客户开案。
台积电建立的竞争力壁垒
2021年全球芯片缺货,让几个关键产业如汽车产业经历了前所未有、几近封喉的断链危机,美国、欧洲和日本也大梦惊醒、豁然察觉到整个台湾积体电路制造业在全球半导体生态圈举足轻重、不可或缺的分量。基于这次供应链中缀的惨痛教训,这就驱使相关国家纷纷订定新的政策,意图恢复在地的半导体制造产能。
虽然台积电创办人张忠谋认为,这些努力所产生的晶圆厂其生产制造成本效益可能不及台厂,但地缘政治与国家安全的考量通常总是凌驾纯经济利益的计算,所以未来几年欧美日自建晶圆厂的趋向看来势在必行。
台积电在2021年全球芯片制造市场占有率约56%;尤有什者,在10纳米以下高阶制造市场占有率更高达63%!台积电对世界的重要性,Nvidia老板黄仁勋说的最传神:「随时走进世界上任何一个商业会议场合,其中必有一与会者身上带有台积电生产的产品,其普及性如水一般。」除了产能自主与在地化的考量外,欧美日韩对台积电如此独占鳌头的市场地位也极为不安,尤其针对最先进的制程,更是磨拳擦掌、势在必得。除了三星一再加码对前沿晶圆代工技术的投资,近日传出美日两国将联手开发2纳米制程,并期于2025年量产。
面对如此严峻的外部挑战,台积电建立了什么竞争力壁垒足以力退世界列敌?
基于外资持股比率长年高于70%,台积电可算是国际性的公司,但其先进制程研发部门几乎全部以台湾团队为主,这样的团队组成如何与美日欧精英研发部队相抗衡?高阶制程研发涉及设备的客制组装搭配与运作参数的调校优化,所需的研究基础设施极为昂贵,绝大部份的大学和研究机构都无法负担相关的投资。
加上半导体公司也不愿意开放其高端设备供外部研究人员使用,以致近十年来美国顶尖大学如MIT、Stanford、Berkeley的半导体研究团队,大多只能着墨于创新半导体元件架构的理论探索与分析,很难也很少投入前瞻制程细部工程的开发、设计与精进。易言之,因为高价研究设施设下的天险,短期内美日顶尖大学和研究机构很难在这次半导体极高端制程竞赛中参与或贡献太多,大大削弱了先进国家传统学术优势对其竞争力的加持。
再者,先进制程的研发牵涉材料、设备、软件控制、工序、检测、人员操作训练等多个维度,很难无中生有、一蹴可几,大多基于前一代制程为基础蓝图,沿着循序渐进、积小成大的脉络逐步成形。因此,台积电自10纳米制程以来所开发出来、领先同业的工艺技术,为其下世代制程的开发打下重要的基础,建立难得的不公平优势(unfair advantage)。
过去30年来,台积电以专业晶圆代工的定位服务成千上万芯片设计的专案,为了符合客户的芯片设计对晶圆制造各式各样的特殊考量、要求与限制,累积了深厚广泛的应用know-how,也练就了一身客制基本制程以达成客户需求的本事;譬如说,大功率电子电力线路的先进封装,CMOS影像感测器(CIS)的晶圆堆叠等。这种因势制宜客制能力无由速成,只能长期积累,然对其他以前非专业半导体代工公司而言,将需相对漫长的学习曲线始能竟其功。
除了制程精度与良率,芯片设计商还特重晶圆代工公司的可信赖度,因为前者将重大的公司机密及最终产品品质交付后者,如果两者在其他市场有商业性竞争,他们之间的信任与合作关系就很难长久维系。举例来说,苹果公司很不得已才会找三星代工因为两者在手机市场有竞争关系;同样的,Nvidia很不可能找英特尔代工因为两者在资料中心市场有竞争关系。因为台积电是专业晶圆代工公司,则毫无这方面的顾虑。
最后,除了以如中立的定位不偏不倚地为芯片设计商提供制造服务,台积电更进一步大幅简化许多芯片商设计流程中的步骤,如提供与目标制程匹配的标准线路元件库、加速后端电路布局布线、协助设计错误的诊断修复等,并深度投入极大化客户芯片设计的可制造性与良率。这种以客为尊的全方位制造服务态度,台积电的现有客户早已习以为常,但就锢于既有制造业务范围、非专业代工的晶圆厂而言,将对其内部工作文化,产生巨大的冲击与挑战。


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