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]

早幾日小薯分享了台積電（TSM）2022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 N12、N16、N22 和 N28，以N22 和 N28特殊制程為主，屆時每月有高達 45,000 片 12 吋晶圓的生產能力，將於2024年量產。同時，有可能額外追加12／16奈米制程，月產能從4.5 片提升至5.5萬片。
2. 中國南京 Fab 16 第 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Arizona，12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N28及N7制程
3. 高雄 Fab 18 第五至九期，主要是N3制程
4. 竹科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2021年300億美元，大幅增加33-46%，其中70%至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%至20%用於特殊制程。

（19日下午第二次補充：繼續有谷友提借補充，以下是TSM不同製程的代工價格

從以上資料所見， 先進制程和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的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%至80%的CAPEX用於2奈米、3奈米、5奈米和7奈米的先進制程上）

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日下午第一次補充：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 以下則是先進製程，16nm 則歸類為半先進製程）

現時，根據小薯所理解，先進制程主要是車用、HPC和5G（LINK）。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 MEMS、CMOS 圖像感測器、嵌入式 NVM、RF、模擬、高電壓和 BCD-電源工藝。而在混合訊號/射頻 CMOS（MS/RF）技術中，台積電占了 70% 的市場；而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，N5和N7之後，N28和N16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的 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日下午第一次補充：得到業內的谷友補充，目前3nm、5nm能量產且高良率只有TSM能提供； 7nm製程能量產及有高良率  則有TSM 及三星；10nm、14nm、16nm能量產且高良率只有TSM、三星及Intel三家，中芯能生產14nm 製程，但良率不佳，產量也不多。UMC、聯電也是可以做到14nm但也是良率不高，目前只做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。」（LINK）TSM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CPU、GPU、AP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%至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%至20%用於特殊制程。 

如果上文所TSM的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，2022年TSM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。TSM在2024、2025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HPC、IoT、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。