難以停歇的芯片制造“印鈔機(jī)”

來源：內(nèi)容編譯自nextplatform

不是每一個制程節(jié)點都能完美做出來，也不是每一個都能按時完成，但在過去的十五年里，世界上最大、技術(shù)最先進(jìn)的晶圓代工廠臺積電的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于任何一個其為數(shù)不多的同行，不斷推動芯片制造極限，同時保持舊節(jié)點的一致和有利可圖的生產(chǎn)。
臺積電本身就是一臺賺錢機(jī)器。如果將其資本支出在三年內(nèi)翻一番，它的收入和利潤將在五年內(nèi)翻一番，這是 Neuberger Berman 的高級投資分析師 Sebastian Hou 在與華爾街討論 2021 年第四季度財務(wù)業(yè)績時臺積電所做的電話會議中觀察到的。鑄造廠。
臺積電首席執(zhí)行官 CC Wei 和公司首席財務(wù)官 Wendell Huang 并不贊同將這種算法應(yīng)用于公司未來的業(yè)績——正如黃所說，“事情沒有那么簡單”，并補(bǔ)充說復(fù)雜性芯片制造設(shè)備和芯片本身以及獲得設(shè)備的交貨時間越來越長，這可能會在資金投入和產(chǎn)生收入之間產(chǎn)生更多的時間差。
可以說，臺積電在需求之前就進(jìn)行了投資，希望確保自己的芯片能夠被制造出來的公司越來越多地為他們的晶圓和封裝協(xié)議預(yù)付，這有助于臺積電在制造的同時保留更多的自有現(xiàn)金對代工產(chǎn)能的巨額投資。實際上，數(shù)學(xué)是令人信服的。2019 年，臺積電在資本支出上花費(fèi)了 149 億美元，而其收入 346 億美元，主要來自對先前節(jié)點的投資；2020 年，該代工廠在 2021 年花費(fèi)了 300 億美元，創(chuàng)造了 568 億美元的收入。資本支出是未來收入和潛在未來利潤的領(lǐng)先指標(biāo)，臺積電高層管理成本，并可以繼續(xù)從他們蝕刻的每個晶圓中提取更多收入。以兩年前的資本支出為例，乘以不到 2 倍，你可以預(yù)測今年的收入。每年，由于芯片制造和封裝工藝的復(fù)雜性越來越高，你會從這個比例中減少一點。
真正的問題是，芯片制造何時變得如此艱難，以至于資本支出與收入的比率越來越低，它真的能接近 1.0 嗎？這對收入和利潤意味著什么？短期內(nèi)，臺積電在****有很多資金，有能力繼續(xù)投資晶圓廠和基礎(chǔ)研究，以幫助客戶使用其 N7、N5 和 N3 工藝及其變體制造芯片。所以我們現(xiàn)在可以輕松呼吸。
讓我們從頂線和底線開始，然后了解臺積電在做什么，什么在推動收入，哪些工藝節(jié)點正在推動當(dāng)前的銷售，哪些工藝節(jié)點將推動未來的銷售。

2021年第四季度，臺積電營收增長6.2%，為一年半以來首次實現(xiàn)個位數(shù)增長，凈利潤僅增長7.2%至59.6億美元。每兩年左右，在新工藝上線的同時，對未來節(jié)點的大量投資，但我們懷疑收入和利潤增長放緩的另一個罪魁禍?zhǔn)资牵号_積電產(chǎn)能過剩并且無法以足夠快的速度增加容量以滿足需求。
雖然收入和利潤在 2021 年第四季度為臺積電創(chuàng)造了新紀(jì)錄，但我們在這些數(shù)字中看不到的是由于臺積電無法滿足其芯片設(shè)計師客戶的需求而留在桌面上的收入；我們無法輕易看到任何給定節(jié)點的制造能力與臺積電的制造能力之間的阻抗不匹配對下游的影響，但我們認(rèn)為，如果有更多的晶圓可用，Nvidia 和 AMD 等公司將產(chǎn)生比以往更多的收入正在做。緩解這一問題的事實是，臺積電可以為其最先進(jìn)的工藝和芯片設(shè)計商/銷售商收取更多的費(fèi)用，反過來，他們可以為他們的設(shè)備收取溢價，收入和利潤不斷上升和向右移動。
兩年前，臺積電提出三年計劃，斥資 1 億美元擴(kuò)大芯片和封裝產(chǎn)能，進(jìn)行初步研發(fā)，將 7 納米 N7 和 5 納米 N5 工藝推向市場，但此時，隨著世界上存在很大的不確定性，臺積電只是在談?wù)?2022 年的資本支出在 400 億至 440 億美元之間。與英特爾不同的是，臺積電實際上有足夠的現(xiàn)金和投資來進(jìn)行代工投資。

公平地說，如上圖所示，在大衰退之后，臺積電正在盡可能快地花費(fèi)它，這也是用于數(shù)據(jù)中心計算的 GPU 加速器、用于游戲的 GPU 和高支出網(wǎng)絡(luò)的浪潮所有這些結(jié)合在一起，形成了 CPU、GPU、FPGA 和網(wǎng)絡(luò) ASIC 芯片的強(qiáng)大制造商。這就是臺積電在過去三年的財務(wù)報告中所稱的“HPC”業(yè)務(wù)，并將其追溯到 2018 年。
臺積電的業(yè)務(wù)主要由其為智能手機(jī)制造的芯片主導(dǎo)，該芯片在 2021 年第四季度的銷售額為 69.2 億美元，占總銷售額的 44%，但 HPC 部門以 58.2 億美元的收入緊隨其后。期，占收入的 37%。蝕刻智能手機(jī)芯片的收入在 2021 年第四季度下降了 8.4%，好于典型的季節(jié)性下降，而 HPC 領(lǐng)域的銷售額增長了 26.7%，這主要是由于對高端 CPU 和 GPU 的高需求。針對物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字消費(fèi)電子、汽車和其他領(lǐng)域的芯片大雜燴本季度銷售額為 29.9 億美元，同比增長 12.1%。
大多數(shù)代工廠都有在 200 毫米（8 英寸）和 300 毫米（12 英寸）晶圓上蝕刻芯片的混合機(jī)器，近年來，臺積電已經(jīng)討論了 12 英寸晶圓等效物，以使其設(shè)備的晶圓尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，以讓華爾街了解其季度晶圓出貨量。直到 2012 年，臺積電都在談?wù)?8 英寸晶圓當(dāng)量，我們已將 2005 年至 2012 年的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 12 英寸晶圓當(dāng)量以對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。正如您所料，通過代工廠抽出的晶圓數(shù)量與收入之間存在非常緊密的關(guān)系。
在過去三年中，甚至在冠狀病毒大流行開始之前，臺積電的收入增長略快于晶圓出貨量，這表明臺積電可以收取溢價，尤其是其最先進(jìn)的工藝，目前在地球上幾乎是首屈一指的。
第四季度，臺積電出貨了創(chuàng)紀(jì)錄的 373 萬片晶圓，平均每 12 英寸晶圓產(chǎn)生 4,225 美元。這是臺積電有史以來每片晶圓平均收入的第二高，而最高的是一年前，它的收入為 1482 萬美元，出貨 325 萬片晶圓，平均每片晶圓 4566 美元。
另一個起作用的因素是，芯片設(shè)計師/銷售商正在囤積庫存并為此付費(fèi)，以幫助緩解供應(yīng)鏈問題，這些問題阻礙了數(shù)據(jù)中心部門以及其他將半導(dǎo)體嵌入產(chǎn)品的地方。（這意味著一切，真的。）
“進(jìn)入 2022 年，鑒于行業(yè)持續(xù)需要確保供應(yīng)安全，我們預(yù)計供應(yīng)鏈將維持高于歷史季節(jié)性水平的庫存水平，”魏在與華爾街的電話會議上解釋道?！半m然短期的失衡可能會或可能不會持續(xù)，但我們繼續(xù)觀察到長期半導(dǎo)體需求的結(jié)構(gòu)性增長，這得益于 5G 和 HPC 相關(guān)應(yīng)用的行業(yè)大趨勢。我們還觀察到許多終端設(shè)備中的硅含量較高，包括汽車、個人電腦、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)。因此，我們預(yù)計我們的產(chǎn)能將在 2022 年保持緊張，因為我們相信我們的技術(shù)領(lǐng)先地位將使臺積電能夠抓住對我們先進(jìn)和專業(yè)技術(shù)的強(qiáng)勁需求?！?/span>
Wei 補(bǔ)充說，HPC 領(lǐng)域——請記住，這并不意味著 HPC 仿真和建模，而是數(shù)據(jù)中心 CPU、GPU、NPU、FPGA、交換機(jī)和適配器 ASIC，以及用于計算的定制 ASIC——“將是臺積電長期發(fā)展的最強(qiáng)驅(qū)動力。長期增長”，該公司預(yù)計它將成為其增量增長的最大貢獻(xiàn)者，因為它展望未來幾年。2021 年第四季度，7 納米和 5 納米工藝合計占晶圓收入的 50%，比去年同期增長 9 個百分點。
展望 2022 年第一季度，臺積電預(yù)計銷售額將在 166 億美元至 172 億美元之間，這將是另一個紀(jì)錄，與 2021 年第一季度相比，在該范圍的中點處增長 7.4%。魏只是一般性地談到了公司的預(yù)測2022年全年，不考慮臺積電不生產(chǎn)的內(nèi)存，芯片市場預(yù)計增長9%，整體代工市場預(yù)計增長近20%，臺積電將成為其行業(yè)同行以美元計算，增長在 20% 的中高水平。
Wei 談到了當(dāng)前和未來工藝節(jié)點的狀態(tài)，緩解了去年夏初讓芯片設(shè)計師/銷售商心悸的 3 納米 N3 工藝（會有一些）的一些擔(dān)憂。（有關(guān)更多信息，請參閱The Chip Has Hit The Fan。）讓我們從 5 納米（這是一個非常籠統(tǒng)的術(shù)語）N5 系列工藝開始。
N5 在三年前開始加速發(fā)展，是該公司歷史上最成功的節(jié)點之一，被智能手機(jī)芯片、臺式機(jī)和服務(wù)器 CPU、臺式機(jī)和服務(wù)器 GPU 以及數(shù)據(jù)中心的其他設(shè)備廣泛采用。臺積電調(diào)整了 N5 工藝以創(chuàng)建 N4P 和 N4X 變體。Wei 表示，N4P 工藝與最初的 N5 相比，晶體管性能提高了 11%，功率效率提高了 22%，晶體管密度提高了 6%。使用 N4P 的芯片的首次流片將于 2022 年下半年開始。之后是 N4X，這是針對“工作負(fù)載密集型 HPC 應(yīng)用程序”的進(jìn)一步優(yōu)化，這意味著高性能 CPU、GPU 和交換機(jī) ASIC，我們假設(shè)。與任何給定過程中的服務(wù)器晶體管一樣，
上面提到的 N3 工藝將使用像 N7 和 N5 工藝那樣的 FinFET 3D 晶體管技術(shù)，并將晶體管特征縮小到相當(dāng)于 3 納米。N3 的生產(chǎn)將于 2022 年下半年開始，用于 HPC 和智能手機(jī)應(yīng)用程序，并且“開發(fā)正在進(jìn)行中”，Wei 補(bǔ)充說，該公司預(yù)計初始 N3 的流片數(shù)量將超過發(fā)生在最初的 N5 上。（這意味著英特爾將使用它，與早期的 N5 不同） N3E，它是具有更高性能的增強(qiáng)型 N3 節(jié)點，更好的電源效率和更高的良率有望在 2023 年下半年實現(xiàn)。臺積電預(yù)計 N5 和 N3 節(jié)點將“大而持久”。這很有趣，我們根本無法想象從 N2 節(jié)點到 N1 和 N0 節(jié)點。
臺積電 2022 年將花費(fèi) 400 億至 440 億美元的資本支出，其中 70% 至 80% 將用于 N7、N5、N3 和 N2 節(jié)點的設(shè)備，另外 10% 將用于高級封裝技術(shù)研發(fā)，10% 到 20% 將用于“專業(yè)技術(shù)”，這些最新技術(shù)細(xì)節(jié)還不得而知。