芯耀
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7 月 24 日，在英特爾的第二季財(cái)報(bào)會議上，首席執(zhí)行官 Bob Swan 宣布了兩則重要消息：7 納米的處理器生產(chǎn)時(shí)間，會比預(yù)期晚 6 個(gè)月。而為了維持產(chǎn)品的競爭力，英特爾將會考慮外包芯片制造業(yè)務(wù)。
7 納米芯片生產(chǎn)再度延遲，英特爾股價(jià)聞風(fēng)跌 10%，臺積電和 AMD 的股價(jià)則接連大漲。會議結(jié)束后的 7 月 27 日，英特爾開除了首席工程師。相比敏感的股市和英特爾迅速做出的人事調(diào)整，更大的影響在產(chǎn)業(yè)界和輿論場擴(kuò)散開來。
坐 7/5 趕 3 追 2 三雄爭霸高端制程
人人皆愛英雄末路敘事。英特爾 7 納米延遲消息一出，不僅使 IDM（垂直整合制造）與 Foundry（代工廠）模式孰優(yōu)孰劣的討論升溫，也使“英特爾掉隊(duì)”的聲音甚囂塵上。對英特爾及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，7 納米制程及其延遲到底意味著什么？
推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的摩爾定律描述，晶體管容量大約每經(jīng)過 24 個(gè)月增加一倍，代表著芯片制造的微細(xì)化趨勢。28 納米被視作先進(jìn)制程與成熟工藝的分水嶺，前文提到的 7 納米制程作為先進(jìn)制程，代表了芯片制造商的技術(shù)競爭力。
在產(chǎn)品端，先進(jìn)制程芯片用于打造高性能終端產(chǎn)品。蘋果最新推出的自研芯片 M1 采用了臺積電 5 納米制程，其集成的 160 億晶體管數(shù)量便被視作一大亮點(diǎn)。
近年，英特爾一直苦于先進(jìn)制程技術(shù)推進(jìn)受阻。摩根士丹利發(fā)布的報(bào)告稱，從去年底，臺積電推出 7 納米強(qiáng)效版制程后，臺積電在制造能力上已開始超越英特爾。除了喪失制造環(huán)節(jié)的優(yōu)勢地位，這也意味著，英特爾無法憑借自家芯片升級產(chǎn)品，而競爭對手 AMD 的 7 納米 CPU 已經(jīng)被多位客戶采用。
晶圓制造行業(yè)最高的回報(bào)率通過獲取領(lǐng)先技術(shù)獲得，這是業(yè)界已然形成的共識。由于先進(jìn)制程可以大幅提升芯片性能，且屬于稀缺資源，一旦先行研發(fā)成功將獲得溢價(jià)和先發(fā)優(yōu)勢。當(dāng)前，圍繞先進(jìn)制程的大戰(zhàn)正愈演愈烈。
受益于先進(jìn)制程優(yōu)勢，臺積電的毛利率遠(yuǎn)超其他同類廠商。按應(yīng)用劃分，臺積電營收主要來自手機(jī)和高性能計(jì)算產(chǎn)品，這兩個(gè)領(lǐng)域均以先進(jìn)制程為主。按制程劃分，近年臺積電 16 納米及更先進(jìn)制程的營收貢獻(xiàn)程度持續(xù)成長，7 納米已成為重要引擎。這也是為什么臺積電先進(jìn)制程進(jìn)展備受投資者關(guān)注的原因之一。
Source：SMIC
中芯國際于科創(chuàng)版上市，就意在加速先進(jìn)制程。淳石資本業(yè)務(wù)合伙人兼私募證券投資部負(fù)責(zé)人楊如意曾在接受媒體采訪時(shí)直言，對于中芯國際來說，何時(shí)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制程突破是支撐其股價(jià)的靶點(diǎn)之一。
從需求端來看，芯片制程從 14 納米走向 5 納米，手機(jī)和高性能運(yùn)算是重要驅(qū)動力。半導(dǎo)體周期也不失為一個(gè)觀察視角，PC 主導(dǎo)全球科技的時(shí)代落幕，未來將由 5G 和 AI 奏響市場主旋律?，F(xiàn)階段，受益于 5G、智能手機(jī)、HPC、AIoT 等需求，7 納米及以下先進(jìn)制程需求旺盛。
既是技術(shù)領(lǐng)先的代名詞，又有著旺盛的終端需求，先進(jìn)制程機(jī)遇十分明確。不過，由于先進(jìn)制程制造環(huán)節(jié)的資金、技術(shù)壁壘極高，這一紅利只有高端玩家吃得起。越來越多的參與者已經(jīng)“出局”，格芯在 2018 年宣布放棄 7 納米研發(fā)，聯(lián)電也在 2018 年宣布放棄 12 納米以下先進(jìn)制程投資。
通常來說，能夠提供 7 納米及以下先進(jìn)制程工藝的廠商僅有臺積電和三星。不過，28 納米之后各家制程節(jié)點(diǎn)命名并不完全一致，考慮到英特爾的 10 納米性能大致相當(dāng)于臺積電的 7 納米，業(yè)界認(rèn)為英特爾實(shí)際上也已經(jīng)邁過 7 納米門檻。
在去年的一場研討會上，TrendForce 集邦咨詢分析師徐韶甫將高端制程進(jìn)展形象地總結(jié)為坐 7 趕 5 追 3。到今年，情況已經(jīng)發(fā)生較大轉(zhuǎn)變。英特爾、臺積電和三星均已走過 7 納米階段，其中臺積電在該節(jié)點(diǎn)取得了絕對優(yōu)勢。隨后，臺積電和三星在今年雙雙實(shí)現(xiàn) 5 納米量產(chǎn)。
3 納米制程方面，臺積電宣布預(yù)計(jì)于 2022 年開始量產(chǎn)，三星也放話要在同年投產(chǎn)。近段時(shí)間，圍繞臺積電的 2 納米制程釋出不少催化消息?，F(xiàn)階段，坐 7/5 趕 3 追 2 是較為恰當(dāng)?shù)拿枋觥?/p>
先進(jìn)制程拼什么？制程是技術(shù)?良率是關(guān)鍵
成功入圍制程競技高端局，接下來還要比拼什么？開創(chuàng)了晶圓代工模式并把臺積電打造成全球晶圓代工龍頭的張忠謀自然有發(fā)言權(quán)。
2016 年，英特爾在年度開發(fā)者大會上首度表態(tài)，將為全球客戶提供晶圓代工服務(wù)。全球半導(dǎo)體營收冠軍要涉足晶圓代工，張忠謀倒是一點(diǎn)也不驚慌：相信英特爾會發(fā)現(xiàn)，水是很冰冷的。在張忠謀看來，產(chǎn)量、良率與背后的一連串應(yīng)援服務(wù)，才是晶圓代工真正的關(guān)鍵價(jià)值鏈。
晶圓代工本質(zhì)上屬制造業(yè)，制程是技術(shù)，良率才是關(guān)鍵，玩家首先必須跨過良率大關(guān)。原子的大小約為 0.1 納米，14 納米的通道僅能供一百多顆原子通過，因此制作過程中只要有一顆原子缺陷、或者出現(xiàn)一絲雜質(zhì)，就會影響產(chǎn)品的良率。先進(jìn)制程下，良率的改善難度更是會大大增加。
在良率方面，臺積電絕對是佼佼者。今年下半年，臺積電創(chuàng)下了一個(gè)里程碑——生產(chǎn) 10 億個(gè)功能完備且無缺陷的 7 納米芯片。臺積電先進(jìn)制程事業(yè)發(fā)展處處長袁立本撰文指出：我們 7 納米制程大量生產(chǎn)的速度比公司之前任何的制程更快，能夠快速實(shí)現(xiàn)良率的提升。
作為對抗摩爾定律的利器，先進(jìn)封裝被視作芯片制造商的新戰(zhàn)場。
進(jìn)入 2020 年，英特爾、三星、臺積電加速 3D 封裝技術(shù)的部署。英特爾 Lake field 采用 Foveros，三星的 X-Cube 已經(jīng)在自家的 7 納米和 5 納米制程上通過驗(yàn)證，臺積電的 3D 封裝芯片也計(jì)劃在今年量產(chǎn)。
由于 7 納米及更先進(jìn)制程必須借助光刻設(shè)備轉(zhuǎn)印半導(dǎo)體電路圖案，EUV 光刻機(jī)可視作觀察先進(jìn)制程大戰(zhàn)的一個(gè)指標(biāo)。光刻機(jī)龍頭 ASML 在 2019 年出售了 26 臺極紫外線 EUV 光刻設(shè)備，大概一半面向臺積電。三星若要加緊追趕步伐，必須確保光刻設(shè)備到位，為此三星掌門人李在镕前不久曾特意飛往 ASML 荷蘭總部。
三星領(lǐng)導(dǎo)人李在镕拜訪光刻機(jī)制造商 ASML（Source：Samsung）
值得一提的是，觀察光刻機(jī)這一維度也應(yīng)當(dāng)關(guān)注設(shè)備使用的熟練程度。由于先發(fā)優(yōu)勢，分析人士認(rèn)為臺積電在熟練使用的技術(shù)上領(lǐng)先近 1 年。當(dāng)然，隨著光刻設(shè)備趨于復(fù)雜精密，先發(fā)者也必須先于對手挑戰(zhàn)下一代光刻技術(shù)，并承擔(dān)制造過程中的風(fēng)險(xiǎn)。
看過了前后道工序和上游的設(shè)備端，再往下游看自然是圍繞客戶也就是規(guī)?；唵蔚膿寠Z。時(shí)間差是獲得規(guī)?；唵蔚闹匾獥l件，在求新求快、贏家通吃的先進(jìn)制程戰(zhàn)場，時(shí)間就是生命的說法毫不夸張。換言之，搶客戶方面的能力，較大程度上取決于先發(fā)優(yōu)勢。
率先實(shí)現(xiàn) 5 納米量產(chǎn)的臺積電，制程一度由 8 家客戶爭搶。即使失去大客戶華為，臺積電 5 納米產(chǎn)能仍能滿載。三星 5 納米工藝趨穩(wěn)之際，市場尤其關(guān)注它能否填滿產(chǎn)能，從而補(bǔ)上投資黑洞。所幸，先進(jìn)制程需求強(qiáng)勁，吃下英偉達(dá)等訂單后，三星未來還有谷歌自研芯片等訂單在望。
對追逐先進(jìn)制程的廠商而言，規(guī)?；唵我惨馕吨鴮W(xué)習(xí)機(jī)會。芯片生產(chǎn)同樣講究熟能生巧，如果搶到蘋果這樣的客戶，學(xué)習(xí)曲線將有機(jī)會變得尤其陡峭。臺積電原本擅長生產(chǎn)的 Arm 處理器，被認(rèn)為運(yùn)算效能無法與英特爾競爭。蘋果最近表態(tài)，計(jì)劃最早明年推出超越英特爾的處理器，對臺積電而言這無疑會是一個(gè)絕佳的炫技機(jī)會。
需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，我們慣以“大戰(zhàn)”這樣的軍事用語描述廠商如何進(jìn)行技術(shù)競賽。但是，需留意軍事戰(zhàn)略思想不一定適用于企業(yè)，例如軍事目的在于勝負(fù)，企業(yè)目的在于獲利。正如電子分析師賀茂飛所言：良好的盈利能力和穩(wěn)健合理的資本投入比形成良性循環(huán)，才是科技公司用技術(shù)創(chuàng)造價(jià)值的核心動力。
成為頭號玩家 臺積電有這些秘密武器
資本投入、自研技術(shù)之外，無法量化的要素也構(gòu)成先進(jìn)制程大戰(zhàn)的重要競爭力。從只能制造性能較低的芯片產(chǎn)品到成為頭號玩家，揭示臺積電的秘密武器，有助于我們理解這一變動。
首先是基因，它為臺積電構(gòu)建了爭奪客戶的比較優(yōu)勢。臺積電一直強(qiáng)調(diào)不與客戶競爭，實(shí)際上就是喊話給三星聽。三星的劣勢顯而易見，例如自營智能手機(jī)和 CPU 業(yè)務(wù)，會與蘋果、高通等廠商存在利益沖突。從先進(jìn)制程目前的應(yīng)用場景來看，智能手機(jī)廠商客戶扮演重頭戲，更能利好專注代工的企業(yè)。
后天習(xí)得方面，不得不提臺積電的制造管理強(qiáng)度，這與它引以為豪的良率和生產(chǎn)周期緊密相關(guān)。中國臺灣地區(qū)工研院電子與光電系統(tǒng)研究所所長吳志毅指出，一個(gè)先進(jìn)制程的步驟至少有 1000 道程序，要讓良率達(dá)到一定的水準(zhǔn)，并不是每一道都達(dá)到 99.99％就好，因?yàn)檫@樣到最后可能連 4 成的良率都不到。
“幾乎讓多數(shù)步驟的良率達(dá)到百分之百的水準(zhǔn)，未來在導(dǎo)入 EUV 技術(shù)時(shí)，也才能有一定程度的良率表現(xiàn)，受客戶青睞。“
Source：TSMC
張忠謀曾在接受《天下》專訪時(shí)極言“生產(chǎn)周期”的重要性：當(dāng)前最先進(jìn)的 IC，內(nèi)部結(jié)構(gòu)像是一個(gè)層層疊疊的千層蛋糕，做出每一層所花時(shí)間的平均，就稱為“生產(chǎn)周期”。他還表示：“我有一個(gè)夢想，以后要做到一層一天，不能再長。”
疫情催化下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為國內(nèi)各行各業(yè)的熱點(diǎn)話題。事實(shí)上，產(chǎn)線的智能化升級也是臺積電進(jìn)一步提升管理能力的秘密武器。
臺積電在分享 7 納米經(jīng)驗(yàn)時(shí)提及，公司在設(shè)備中部署了大量的傳感器，確保能夠收集到每一個(gè)有用的數(shù)據(jù)，以借助人工智能和大數(shù)據(jù)改善制程。早在 2017 年，張忠謀就透露：臺積電先進(jìn)制造環(huán)境已采用“獨(dú)特的專家系統(tǒng)，先進(jìn)算法，類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自我學(xué)習(xí)的模式”。
同樣在制造管理方面，在分析臺積電競爭力時(shí)，“風(fēng)格”這個(gè)詞躍入筆者腦際，跑得不慢的臺積電實(shí)則有著穩(wěn)健的風(fēng)格。比如在導(dǎo)入 EUV 時(shí)，相比在技術(shù)不成熟時(shí)直接全面采用 EUV 的三星，臺積電則在沿用 FinFET 推出 7 納米產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，再推出 EUV 進(jìn)階版。
其次是設(shè)計(jì)能力。業(yè)界往往認(rèn)為，IDM 有助于借助完整鏈條突破技術(shù)極限，以及提早測試更快推出技術(shù)。而臺積電作為 Foundry 代表則被貼上專注的標(biāo)簽。與此同時(shí)，堅(jiān)持純代工策略也被不少人視作臺積電的制勝關(guān)鍵。
事實(shí)上，IC 參考設(shè)計(jì)能力也是臺積電較為隱秘的武器。業(yè)界人士觀察：臺積電做這么多年的晶圓代工，光是電源管理用的 IP，就有非常多的選擇。這些設(shè)計(jì)經(jīng)過內(nèi)部測試，只要客戶點(diǎn)頭，馬上就能上線生產(chǎn)。尤其重要的是，設(shè)計(jì)都留在自家供客戶選擇使用，不與客戶競爭。
設(shè)計(jì)能力還曾幫助臺積電奪得過訂單。財(cái)訊的一篇報(bào)道援引知情人士稱，臺積電拿下 AMD 訂單的關(guān)鍵，就與一個(gè)處理器專用設(shè)計(jì)有關(guān)。借助該設(shè)計(jì)， AMD 可以在短時(shí)間內(nèi)把處理器核心從 4 核發(fā)展成 8 核，甚至 64 核。
Source：TSMC
最后也是最為重要的人才，大家討論最多的是良將，一如專注研發(fā)多年，帶領(lǐng)上千團(tuán)隊(duì)的研發(fā)副總經(jīng)理曹敏，被視作臺積電先進(jìn)制程發(fā)展的重要推手。除了挑選好帶頭人，臺積電也著眼于如何吸引并留住年輕世代，比如拉高固定薪酬、專門設(shè)定降低新人離職率的目標(biāo)。
更進(jìn)一步則涉及如何提前培育先進(jìn)制程人才。自今年 9 月，臺積電在中國臺灣 6 所大學(xué)開設(shè)“臺積電半導(dǎo)體學(xué)程”。圍繞“公司最重要的資產(chǎn)”，臺積電展示出觀念與密集的基本動作。
作為戰(zhàn)略資源的尖端半導(dǎo)體
所有的電子產(chǎn)品、先進(jìn)科技都需要半導(dǎo)體作為主要處理運(yùn)算的“大腦”，作為科技產(chǎn)業(yè)的底盤，半導(dǎo)體的戰(zhàn)略意義無需贅述。
Arm 收購案推進(jìn)階段，創(chuàng)始人特意向英國政府請?jiān)阜駴Q。他認(rèn)為：既然美國總統(tǒng)愿意講全球技術(shù)主導(dǎo)地位武器化，英國也應(yīng)當(dāng)有自己的貿(mào)易武器，否則將成為沖突的附帶損失。
讓經(jīng)濟(jì)回歸經(jīng)濟(jì)，總是樸素假設(shè)，不同維度的交織，才是無法避免的現(xiàn)實(shí)。逆全球化的風(fēng)吹拂多時(shí)，后疫情時(shí)代，全球電子供應(yīng)鏈重整更是得到提速。
在世界半導(dǎo)體市場，以最大廠商英特爾為代表的美國企業(yè)的份額占到 47%。而從產(chǎn)能來看，美國僅占世界的 12%。英特爾首席執(zhí)行官 Bob Swan 近日刊登公開信，呼吁芯片制造回歸美國本土。眼下，美國為了推動半導(dǎo)體的國內(nèi)生產(chǎn)，開始討論新投入 250 億美元規(guī)模的補(bǔ)貼。
Source：Intel
美國芯片產(chǎn)業(yè)史上，類似 Bob Swan 的行動其實(shí)有前例可援。上世紀(jì) 80 年代中期，美國芯片企業(yè)遭到日本企業(yè)圍剿，便向美國政府求助。結(jié)果之一是建立公私合伙關(guān)系以研發(fā)尖端制造技術(shù)，幫助美國在其開創(chuàng)的產(chǎn)業(yè)中重回正軌。
韓國一直希望能夠像此前搶奪存儲產(chǎn)業(yè)一樣，占據(jù)晶圓代工市場主導(dǎo)權(quán)。就在今年 4 月，韓國政府宣布了一系列 2030 年半導(dǎo)體強(qiáng)國目標(biāo)。著眼于晶圓代工領(lǐng)域，韓國的目標(biāo)是到 2030 年實(shí)現(xiàn)世界第一。
中國臺灣地區(qū)本就在晶圓制造和封測領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢。今年 7 月，中國臺灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)部又提出半導(dǎo)體先進(jìn)制程中心政策藍(lán)圖，確定發(fā)展四路：關(guān)鍵材料自主化、材料供應(yīng)在地化、外商設(shè)備制造在地化、先進(jìn)封裝設(shè)備國產(chǎn)化。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這是中國臺灣地區(qū)針對供應(yīng)鏈本土化趨勢的回應(yīng)。
要不要堅(jiān)守市場主義，一直是前沿科技產(chǎn)業(yè)的重要議題。近年來國際政經(jīng)局勢趨緊，全球高科技產(chǎn)業(yè)的競技場上，卻看到頻繁出沒的政策制定者的身影。有分析指出，美國曾向尖端技術(shù)的研究開發(fā)等投入公共預(yù)算，但向工廠建設(shè)等直接投入補(bǔ)貼實(shí)屬罕見。
科技角力、日韓貿(mào)易戰(zhàn)等局勢下，各國都在學(xué)習(xí)如何自處。觀察先進(jìn)制程大戰(zhàn)，基于宏觀維度的考量不可或缺。與此同時(shí)，趨于復(fù)雜的政經(jīng)環(huán)境，也要求產(chǎn)業(yè)政策制定者拿出真正行之有效的方案。
跳出戰(zhàn)局
制程大戰(zhàn)不要求參賽者笑到最后，主動出局者也不等同失敗者。放棄制程追趕也能夠獲得不錯回報(bào)期，比如專注特色工藝的華虹半導(dǎo)體，再比如成功翻盤的聯(lián)電。
放棄最先進(jìn)工藝的比拼，玩家仍能夠通過差異化的市場定位形成比較優(yōu)勢；而對于先進(jìn)制程的堅(jiān)定追趕者而言，是以短期財(cái)務(wù)壓力為籌碼，爭取長期競爭力。
企業(yè)經(jīng)營猶如帆船比賽，必須同時(shí)關(guān)注產(chǎn)業(yè)的風(fēng)向，競爭者的動作以及本身的團(tuán)隊(duì)合作。獲取長期競爭力的關(guān)鍵之一，就在于預(yù)判好產(chǎn)業(yè)未來。一如臺積電現(xiàn)任董事長劉德音，能夠跳出固有賽道、看清賽局。劉德音曾表示，未來不只在拼制程微縮，而是以邏輯密度或運(yùn)算能力作為指標(biāo)。
產(chǎn)業(yè)未來是否有逆風(fēng)？不僅技術(shù)路線不能挑錯，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的人還要關(guān)注產(chǎn)業(yè)壽命。臺積電近年開始口徑一致，用“柳暗花明又一村”比喻摩爾定律并未消亡。一方面，意指廠商有許多不同的途徑可以繼續(xù)增加密度，持續(xù)推進(jìn)先進(jìn)制程；一方面，也代表市場應(yīng)用面夠廣，值得投入發(fā)展。
可是市場需求存在，技術(shù)就定然有生命力嗎？“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還有 100 年壽命”的專家預(yù)言會否過度自信。替代并不總具有積極內(nèi)涵，非典型競爭者可能用替代路徑讓其他玩家消失。目力所及之內(nèi)，量子計(jì)算即具有改寫半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的潛力。
一些人認(rèn)為，中國臺灣地區(qū)原有的半導(dǎo)體基礎(chǔ)，會成為接下來切入量子計(jì)算的優(yōu)勢。但也有說法稱，量子電腦興起后，中國臺灣地區(qū)半導(dǎo)體終將走上末路。關(guān)于當(dāng)前英特爾 7 納米制程放緩，一種較為激進(jìn)的解讀是，英特爾看到了量子計(jì)算的突破與樂觀前景。
2016 年 5 月，劉德音在技術(shù)論壇上指出，臺積電將致力于發(fā)展移動運(yùn)算、高性能運(yùn)算、汽車電子和物聯(lián)網(wǎng)平臺，這些布局正是現(xiàn)如今被驗(yàn)證的高成長市場——所有的故事都以時(shí)間為軸，誰說遠(yuǎn)見不是競爭力？這話適用于先進(jìn)制程大戰(zhàn)的每一位玩家。
