配圖來(lái)自Canva可畫(huà)
目前來(lái)看,臺(tái)積電全球晶圓代工霸主的地位似乎已經(jīng)不可動(dòng)搖。
十三年前,張仲謀在金融危機(jī)中復(fù)出,在28nm關(guān)鍵制程節(jié)點(diǎn)上,為臺(tái)積電打好了崛起的基礎(chǔ)。2015年,臺(tái)積電16nm制程工藝量產(chǎn)成功,并且在與三星14nm的對(duì)決戰(zhàn)勝對(duì)方,之后的5年中臺(tái)積電一路高歌猛進(jìn),與競(jìng)爭(zhēng)者們拉開(kāi)的差距越來(lái)越大。2020年在5nm競(jìng)賽中再次戰(zhàn)勝三星,算是徹底奠定了臺(tái)積電在先進(jìn)制程晶圓代工領(lǐng)域不可戰(zhàn)勝的市場(chǎng)地位。
而贏得了這些驚心動(dòng)魄的技術(shù)競(jìng)賽,當(dāng)然也給臺(tái)積電帶來(lái)了豐厚的收益回報(bào)。近日,臺(tái)積電發(fā)布截至12月30日的2020年第四季度財(cái)報(bào),從財(cái)報(bào)表現(xiàn)來(lái)看,收入、利潤(rùn)的穩(wěn)健增長(zhǎng),證明臺(tái)積電的先進(jìn)制程工藝,贏得了更為廣泛的市場(chǎng)認(rèn)可。
好像也可以表明,臺(tái)積電又一次進(jìn)入了由先進(jìn)制程領(lǐng)先帶來(lái)的技術(shù)、資本雙向良性循環(huán)。然而,事實(shí)真的像表面看起來(lái)這樣美妙嗎?
收獲十年來(lái)的最佳季報(bào)
綜合業(yè)績(jī)表現(xiàn)來(lái)看,臺(tái)積電在新一季度收獲了十年來(lái)的最佳季報(bào)。以美元計(jì),臺(tái)積電在2020年Q4的營(yíng)收達(dá)到了126．8億美元,同比增長(zhǎng)22%。凈利潤(rùn)達(dá)50．08億美元,同比增長(zhǎng)31．7%。營(yíng)收、利潤(rùn)額紛紛創(chuàng)造了新紀(jì)錄。
更令投資者感到驚喜的是,其第四季度利潤(rùn)率表現(xiàn)異常亮眼。毛利率達(dá)到了54%,凈利率更是達(dá)到了驚人的39．5%,同樣創(chuàng)造了新的歷史紀(jì)錄。同時(shí),如果對(duì)比其他科技巨頭的話,這個(gè)凈利率水平,甚至遠(yuǎn)高于蘋(píng)果的21%,吸金能力堪稱(chēng)恐怖。
臺(tái)積電之所以能夠在第四季度取得如此出色的業(yè)績(jī),關(guān)鍵在于其16納米及以下的先進(jìn)制程工藝貢獻(xiàn)了62%的收入。畢竟對(duì)臺(tái)積電而言,相比成熟制程工藝,先進(jìn)制程工藝的定價(jià)更高,利潤(rùn)空間也更大。
其中5nm的貢獻(xiàn)尤為突出,收入占比從第三季度的8%,直接飆升至第四季度的20%。現(xiàn)在臺(tái)積電在5nm工藝節(jié)點(diǎn)上,其實(shí)并沒(méi)有真正意義上的對(duì)手。全球范圍內(nèi),目前掌握5nm制程工藝量產(chǎn)能力的除了臺(tái)積電,就只有三星一家。而三星的量產(chǎn)規(guī)模只能達(dá)到臺(tái)積電的1/5,產(chǎn)品的性能表現(xiàn)和成本價(jià)格也不占優(yōu)勢(shì)。因而可以肯定的是,臺(tái)積電5nm在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍可以在晶圓代工市場(chǎng)中大顯神威。
從這個(gè)角度來(lái)看,追求在先進(jìn)制程領(lǐng)先的基礎(chǔ)上建立自己的核心優(yōu)勢(shì),臺(tái)積電的這一邏輯并無(wú)不妥之處。但是,當(dāng)先進(jìn)制程工藝已經(jīng)非常接近物理極限時(shí),臺(tái)積電繼續(xù)堅(jiān)持進(jìn)一步加大對(duì)先進(jìn)制程的研發(fā)生產(chǎn)投入,其實(shí)已經(jīng)變成了一種冒險(xiǎn)行為。
持續(xù)加碼先進(jìn)制程已成冒險(xiǎn)
當(dāng)前,芯片由先進(jìn)制程帶來(lái)的性能、功耗回報(bào)正在顯著降低。近幾個(gè)月,搭載5nm制程工藝SOC的智能手機(jī)陸續(xù)上市。從這些手機(jī)的實(shí)際表現(xiàn)來(lái)看,無(wú)論是臺(tái)積電的5nm FinFET工藝,抑或三星的5nm LPE工藝,性能、功耗提升都未能滿足市場(chǎng)預(yù)期。
臺(tái)積電方面,快步推進(jìn)的5nm,實(shí)際性能提升有些拉胯。以蘋(píng)果A系列處理器為例,同樣基于臺(tái)積電7nm制程,A13處理器相比A12處理器CPU性能提升20%、GPU性能提升20%;而基于臺(tái)積電5nm制程的A14相比A13,CPU 性能方面提升大約在16．7%左右,GPU性能提升則大約在8．3%左右。也就是說(shuō),在蘋(píng)果A系列處理器上,5nm制程進(jìn)步帶來(lái)的進(jìn)步,很可能還比不上蘋(píng)果自己對(duì)處理器架構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。
雖然有一些媒體人士猜測(cè),這是由于5nm初期良品率不高,蘋(píng)果A14屏蔽了一些核心。但同樣采用臺(tái)積電5nm工藝的麒麟9000,其功耗控制較之官方數(shù)據(jù)也存在較大差異。
三星方面,功耗翻車(chē)的問(wèn)題比較突出。根據(jù)知名數(shù)碼博主極客灣Geekerwan對(duì)小米手機(jī)的實(shí)測(cè),采用三星5nm LPE工藝的驍龍888處理器和上代產(chǎn)品驍龍865處理器對(duì)比,單核功耗和多核功耗明顯增加,能效表現(xiàn)上大幅下降。并且同樣采用5nm LPE工藝的Exynos 1080芯片,在能效表現(xiàn)上同樣拉胯。
5nm先進(jìn)制程工藝的實(shí)際表現(xiàn)普遍稱(chēng)不上令人滿意,對(duì)于當(dāng)前階段使用5nm工藝的產(chǎn)品而言,其營(yíng)銷(xiāo)價(jià)值或許要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)先進(jìn)制程本身的實(shí)用價(jià)值。
更加令人感到不安的是,在當(dāng)前臺(tái)積電5nm制程工藝的實(shí)用價(jià)值都很成問(wèn)題的情況下,臺(tái)積電還在持續(xù)加大對(duì)下一代制程節(jié)點(diǎn)3nm工藝的研發(fā)投入。在近日的財(cái)報(bào)會(huì)議上,臺(tái)積電管理層宣布2021年計(jì)劃將年度資本開(kāi)支從2020年的170億美元大幅提升到250億至280億美元,增幅將達(dá)到45%至63%,其中約80%將用于3nm工藝研發(fā),這意味著,臺(tái)積電今年將會(huì)有超過(guò)150億美元的資本支出投向3nm工藝。
而根據(jù)臺(tái)積電此前公布的計(jì)劃,他們的3nm工藝,計(jì)劃在今年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn),2022年大規(guī)模量產(chǎn)。也就是說(shuō),按照臺(tái)積電的規(guī)劃,明年在市場(chǎng)上我們就可以看到一些搭載臺(tái)積電3nm工藝的產(chǎn)品。
這依然符合臺(tái)積電近幾年來(lái)的先進(jìn)制程升級(jí)換代節(jié)奏,然而從產(chǎn)品的實(shí)際表現(xiàn)來(lái)看,高昂的代價(jià)并沒(méi)能完美實(shí)現(xiàn)預(yù)期中的效果。換而言之,臺(tái)積電現(xiàn)在很可能已經(jīng)觸碰到了資本投入和技術(shù)實(shí)現(xiàn)之間的一個(gè)瓶頸,忽視這一瓶頸而又急切想要實(shí)現(xiàn)3nm先進(jìn)制程工藝的臺(tái)積電,其實(shí)已經(jīng)陷入了一場(chǎng)極限技術(shù)冒險(xiǎn)。
極限技術(shù)冒險(xiǎn),是福還是禍?
之所以說(shuō)臺(tái)積電當(dāng)前所面臨的技術(shù)冒險(xiǎn),有著很高的風(fēng)險(xiǎn)性,除了先進(jìn)制程工藝回報(bào)已經(jīng)明顯降低外,還受到許多其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響,其中比較明顯的有三點(diǎn)。
第一,成本還會(huì)進(jìn)一步提高。這從臺(tái)積電資本開(kāi)支將在今年可能猛增45%至63%就能感受到。在設(shè)備成本方面,7nm以下的工藝離不開(kāi)EUV光刻機(jī),3nm工藝全線都要用上EUV光刻工藝,而且層數(shù)從5nm工藝的14層提升到20層,每增加一層都是巨大的成本。另外,臺(tái)積電此前披露其3nm工藝仍將繼續(xù)使用成熟的鰭式場(chǎng)效應(yīng)(FinFET)晶體管,但一些必要的技術(shù)升級(jí)仍不可避免的會(huì)使得成本進(jìn)一步提升。
第二,生產(chǎn)耗能更高。耗電量大似乎應(yīng)該歸入成本提升的范疇,但臺(tái)積電的用電問(wèn)題并不單純只是電費(fèi)提升那么簡(jiǎn)單。早在2015年的時(shí)候,張忠謀就指出,困擾臺(tái)積電發(fā)展的唯一要素就是缺電、停電。到2019年,臺(tái)積電的耗電量猛增到143．3億度,過(guò)去五年中國(guó)臺(tái)灣增長(zhǎng)的用電量,有三分之一都被臺(tái)積電占用。臺(tái)積電建設(shè)5nm、3nm的產(chǎn)線還會(huì)用到越來(lái)越多的EUV光刻機(jī),而EUV的能源轉(zhuǎn)換率只有0．02%左右,所以中國(guó)臺(tái)灣的電力供給負(fù)擔(dān)不起臺(tái)積電的進(jìn)一步發(fā)展,已經(jīng)成了很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
第三,技術(shù)難度升級(jí)。7nm以下先進(jìn)制程工藝頻繁的量子效應(yīng)及類(lèi)似的微尺度問(wèn)題,其實(shí)很難被真正克服,臺(tái)積電和三星雖然通過(guò)一些有效的技術(shù)手段緩解了這些問(wèn)題。不過(guò)從兩者的5nm工藝產(chǎn)品良率和具體的性能、功耗提升表現(xiàn)來(lái)看,負(fù)面影響依然存在,后續(xù)能優(yōu)化到何種程度也存在疑問(wèn)。
臺(tái)積電肯定已經(jīng)做好了應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)預(yù)案,但不可否認(rèn)的是,如果透過(guò)臺(tái)積電亮眼的業(yè)績(jī)表現(xiàn),真正對(duì)其面對(duì)的這些風(fēng)險(xiǎn)有所認(rèn)識(shí)。那么就很難不去擔(dān)心,臺(tái)積電接下來(lái)的發(fā)展路徑,真的會(huì)像大多數(shù)人想象的那樣順利嗎?