2022年7月19日星期二

需求下降,供應大增,完美風暴下,台積電2023後將會產能過剩?(長文慎入)[19日下年第二次補充]

早幾日小薯分享了積電(TSM2022年第二季的業績。其實小薯一路研究TSM業績時,有幾個較technical的問題一直圍繞著小薯的思緒:
  1. 管理層提出了成熟制程的產能會加大50%,但特別clarify增加的成熟制程產能是特殊節點的成熟制程。另外,管理層也特別指出,2022年特殊成熟制程產能會較去年增加14%,占整體成熟制程比重亦將提升到63為什麼會特別強調特殊節點?
  2. 消費性電子產品需求下跌,理論上成熟制程產能會過剩,那為何TSM會繼續加CAPEX
  3. 管理層目前的指引是2023年依然產能爆機,而其同行聯電、力積電也都表示2022年依然產能利用率維持100%以上滿載,但其實TSM的廠房主要在2024年及2025年落成,那到時會否出現產能過盛?
 
帶著這個問題,小薯就膽粗粗,問了TG群組的一些前業界人士及做了一次research,嘗試從外行人的角度理解下發生什麼事。這篇文章旨在整理小薯的理解,並非專業意見,可能有錯,建議各位讀者自行研究驗證。如果有什麼專業人士發現小薯有錯,也請多多指正! 

TSM的建廠計畫
首先,我們先瞭解一下TSM的建廠計畫,在國外(LINK):
  1. 日本九州熊本 Fab 23 第一期建設,使用台積電 N12N16N22 N28,以N22 N28特殊制程為,屆時每月有高達 45,000 12 吋晶圓的生產能力,將於2024年量產。同時,有可能額外追加1216奈米制程,月產能從4.5 片提升至5.5片。
  2. 中國南京 Fab 16 1B  期,目前月產2.5萬片N16,現擴產 N28 制程晶片。不過有傳言表示,新階段產能將採用更先進節點生產晶片,預期2022年下半年量產,2023年中月產4萬片,並可能上修至10萬片
  3. 美國Arizona12吋晶圓新廠,2024年第一季量產,第一期月產2萬片,可能會有第二期,以N5為主
在臺灣(LINK):
  1. 台南 Fab 14 第八期,主要是特殊成熟制程
  2. 高雄 Fab 22 第二期,主要是N28N7制程
  3. 高雄 Fab 18 第五至九期,主要是N3制程
  4. Fab 20 第一至三期,主要是N2制程
  5. 竹南AP6封裝廠也擴建,支援3DIC先進封裝需求
今年資本支出將達400億至440億美元,相較於過去2021300億美元,大幅增加33-46%,其中70%80%用於2奈米、3奈米、5奈米和7奈米的先進制程;約10%用於先進封裝及光罩製作;約10%20%用於特殊制程

(19補充:是TSM



從以上資料所見, 先進和10nm及16nm的半先進制程的價格有中間有一段,到28nm 或以上的成熟制程,明顯成為紅海血戰市場,因此差異化和客制化特殊成熟制程更是在這在成熟制程的競爭策略。同時也能理解,為何TSM會將70%80%的CAPEX用於2奈米、3奈米、5奈米和7奈米的先進制程


什麼是特殊成熟制程?
其實,半導體制程可以分為主流制程與特殊制程。在主流制程代工中,代工廠的目標是縮小晶片尺寸,提升運算能力,運用最新技術節點實現差異化,因此資本密集度高,產品生命週期較短。我們平常聽到的 7 奈米或 5 奈米大多是主流制程代工領域。 

相反,特殊制程代工則專注於小眾市場,目標是提供特殊技術來實現特殊應用,藉由技術多樣性實現差異化,因此資本密集度較低,產品生命週期較長,競爭壓力較小。同時,與先進制程相比,特殊制程在晶圓代工業務模式上滲透率相對較低。 

因此,特殊制程的代工廠在盈利能力方面的波動性相對較小,一方面,需求端的穩定性使廠商在經營管理方面的可預期性更強,另一方面,由於制程的成熟度相對較高,在設備支出和研發投入規模方面,特殊制程也相對較小,使其在成本控制方面具備優勢。 

瞭解了特殊制程是什麼後,就要瞭解先進制程和成熟制程的分別,其實如果有跟進TSM,應該都會知道TSM目前的先進制程就是指7 奈米或以下,而7 奈米以上就是成熟制程。 

(19第一次補充:得到業內的谷友補充目前成熟製程是泛指28nm 或以上製程7nm 以下是先進製程16nm 歸類為半先進製程

現時,根據小薯所理解,先進制程主要是車用、HPC5GLINK)。不過,在使用先進制程的同時,server、車、電話也有不少部件是需要一些成熟制程去支持和配合。當這些應用功能越來越強大,不少成熟制程就需要較為客制化的特殊節點去配合,而當中一些較簡單的功能,就用消費性的成熟制程去處理。 

回到台積電,TSM力攻先進制程是無可致疑。問題是成熟制程過去三年大缺貨,引發不少供應鏈出貨不順的問題。如果成熟制程的供應鏈出現問題,部分需要配合成熟制程的先進制程,也會連帶出現問題。另外,因為TSM提供先進制程,也可以客制化成熟制程晶圓以配合其先進制程晶圓及應用設計(即是特殊制程)。因此,TSM擴產成熟制程,除了可以避免影響自家先進制程出貨,也可以説明客戶改善產能吃緊的難題,亦事實上也是因應客戶策略發展及需求所需而作出的決定。
 
TSM在成熟制程有優勢嗎?
TSM的特殊制程工藝技術包含 MEMSCMOS 圖像感測器、嵌入式 NVMRF、模擬、高電壓和 BCD-電源工藝。而在混合訊號/射頻 CMOSMS/RF)技術中,台積電占了 70% 的市場;TSM的特殊制程產能主要來自成熟制程產能轉型量產;應用上,主要包括:
  • 12奈米、16奈米FFC RF(智慧型電話及車用
  • 22奈米嵌入式RRAM技術支援物聯網MCU應用
  • 28奈米無線充電與車用雷達,乃至高階面板驅動IC應用
  • 40奈米BCD Bipolar-CMOS-DMOS)強效版在無線充電晶片新應用等
  • 另外,泛用型40奈米配合中央處理器、繪圖處理器、遊戲機、網路、場域可程式化邏輯閘陣列(FPGA)以及硬碟驅動晶片等產品應用
  • 低耗電量40奈米制程及低耗電40奈米制程則適用于智慧手機、數位電視、機上盒、遊戲晶片,以及無線網路連接產品等應用;
  • 超低耗電40奈米制程則配合物聯網及穿戴式產品應用
 
雖然以上有很多專有名詞,但看應用,都是IoT、車用、HPC這三大領域。
 
再看看TSM發展特殊制程的情況:
  • 2018 年,TSM利用其 28 奈米射頻(28HPC+ 射頻)技術,交付產業界首個射頻工藝設計套件(PDK),支援 5G 毫米波射頻與汽車雷達產品設計所需的 110 GHz 毫米波。其在 2018 年生產的 5G 行動晶片,使用的是 16 奈米制程 FinFET 緊湊型技術(16 FFC)射頻。目前該技術已擴展到下一代 Wi-Fi 與毫米波應用。
  • 2019 年,台積電開發了28奈米嵌入式技術,用於汽車電子與微控制單元(MCU)。CMOS 圖像感測技術也使用 28 奈米制程。
 
以上可以看到,TSM的特殊制程是與客戶的客戶策略發展有一定關連性,而 28 奈米與 16 奈米特殊制程在TSM中也有著重要,所以為何TSM的收入,N5N7之後,N28N16就是最大的收入來源。加上TSM發展通用 IP 機制(注:通用 IP 機制優點在於TSM N6RF 制程中,允許晶片設計人員將高性能邏輯晶片與 RF 射頻結合,構建基頻晶片等產品或其他更特殊的解決方案,使客戶更有機會將 RF 功能整合到其他高性能產品),為許某些公司重新使用以前為運算或 RF 射頻開發的 IP。同時,也解釋了2022年的特殊成熟制程占整體成熟制程比重,從4年前的45%,上升到63%。因為這個特殊成熟制程是由需求帶動供應,而非供應搶佔需求。

(19下午補充:得到業內的谷友補充目前3nm、5nm能量產高良率只有TSM能提供 7nm製程能量產及有高良率  則有TSM 及三星;10nm、14nm、16nm能量產高良率只有TSM三星Intel中芯能生產14nm 製程良率不佳,產量也不多UMC聯電可以做到14nm但也是良率不高,只做22/28nm以上
 
2023年後產能供過於求?
無可否認,在消費性產品需求下滑的情況下,成熟制程難免有機會出現產能過盛。產業諮詢機構集邦科技(TrendForce)部分以生產消費性產品為主的業者,恐怕面臨產能利用率滑落至90%以下的情況,不過同也說:「近年5G手機、電動車滲透率逐年增加,5G基站、各國安檢措施自動化等基礎建設、雲端服務的伺服器需求等的備貨動能,將持續支撐晶圓代工廠產能利用率大致維持在90%以上。」(LINKTSM董事長劉德音也曾公開表示,成熟制程特別是28奈米有效產能供過於求(LINK)。聯電(2303)在近一次的法說會上提到,28nm成熟制程在2023年恐有供應過剩的問題 

不過,智慧手機、智慧家電和個人電腦使用數十種晶片和感測器,數量與複雜性還會增加,好像先進制程CPUGPUAP等主晶片需搭配的成熟制程晶片數量需求,為主晶片的10倍以上,而且都使用更先進成熟制程。這些成熟制程的技術客制化和差異化,就是成了某些代工廠產能爆機,可以加價;而某些代工廠則要割價求售(LINK)。另外車用電子,每部汽車最少有數百晶片,車用電子含矽量不斷成長。估計幾年後每輛車晶片數將成長到 1,500 個以上。 

因此,晶圓需求出現3-5年期的結構性增長是合理的預期,而成熟制程伴隨成長也是合理預期。 

雖則中長期需求是穩步上升,從整體產業的角度看,在消費性產品需求下降下,中短期成熟制程可能會出現供過於求。不過,TSM呢?先進制程供應短缺仍是現實,未來的CAPEX 70%80%用於2奈米、3奈米、5奈米和7奈米的先進制程,而約10%用於先進封裝及光罩製作,其新增產能主要是對應供不應求的先進制程。約10%20%用於特殊制程。 

如果上文所TSM成熟制程主要是客制化的特殊制程,而不是供過於求的消費性制程。實際上,即便是成熟制程,每兩年也要升級一次,不能用數字來表示28(奈米制程)就是28,而不是一成不變,而就是TSM成熟制程段的生產採用特殊技術的優勢。

由此看出,未來成熟制程的競爭點就是能否打造出差異化和客制化,而從資料上看,2022TSM特殊成熟制程產能會較去年增加14%,占整體成熟制程比重亦將提升到63%,加上產能滿載,反映出TSM的特殊成熟制程是有需求的。

同時,TSM擴產成熟制程也是因應客戶策略發展及需求所需而作出的決定。TSM20242025年會否出現產能過剩?還是可以做到供需平衡?還是仍要產能不夠?就要看IoT、車用、HPC這三大領域會否也出現需求下降,或者新增的需求能否替代到消費性電子產品下跌了的需求。不過,以目前的資料看,小薯認為可能性不大。
 
結語
當小薯見到產能過剩這個問題,心裡其實有很黑人問號。一是產品需求的預消與產能過剩的矛盾,二是對產能過剩問題的雙方論者的一些論按點,三是技術名詞。一個問題,其實不能單向、單思維去看,不能一句說話產能過剩,就把行業內的所有公司打沉!就產能過盛問題,其實先進制程明顯不是那回事,所以如果把問題簡單化而把先進制程也講成產能過盛,未必模糊了焦點。 

當我們瞭解到產能過剩問題是發在成熟制程上,從整體產業看,最終結果如何,小薯也沒有答案,那就交給市場。不過,隨著不少晶圓廠加入戰場,不斷擴產,成熟制程競爭上升是一定,否則也不會有產能過剩這個問題出現那就問題就是對TSM(或其他代工廠)的影響。因為TSM在成熟制程的定位是特殊制程,而其特殊制程是配合客戶客制化,也主是使用在高壓及電源管理IC、微機電及CMOS圖像感測器、嵌入式快閃記憶體(eFlash)等HPCIoT、車用應用。同時,設備的晶片增加使晶圓需求出現3-5年期的結構性增長。因此,「供過於求」可能短期內不會發生在台積電身上。

不過,無可否認是,半導體是週期性行業。當需求不斷提高時,不少廠家會爭相擴建,結果會出現產能過剩。問題是投資者投資的公司能否應對到半導體的週期性。另外,當我們劃分成熟制程和先進制程的需求時,隨時間推演,現在的先進制程慢慢也會變成成熟制程。目前,TSM定義先進與成熟制程是以7奈米為分水嶺。隨著N3將在下半年量產,N2 2025年量產,N7可能逐步納入成熟制程領域,而N28也可能會在2025年後變成產能過剩,到時又要考驗TSM管理層的應變能力。

4 則留言:

  1. 多謝詳細分析資料...同意看法.

    從另一角度, 所有電子產品都需要要線路板進行安裝,建滔是主要供應商,這類產品銷量減少,即整體電子行業冇運行,源頭出事,估計就快輪到其他電子行業出問題.

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  2. 謝謝小薯詳細分析,獲益良多!

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