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最新消息| 晶圓代工密碼:臺積電的制勝關鍵 | 2023-02-07 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://new.qq.com/omn/ENT20190/20210529A0B4RL00.html" 建廠速度業內領先，實現投資到現金流入的快速轉換臺積電南京自2016年7月開建，2018年10月投產，歷時兩年多，提供16nmFinFET晶圓代工業務。該廠投資金額30億美元，2019年底產能達到15000片月，預計在2020年達到2萬片的規模。實現投資到現金流入的快速轉換：回看臺積電南京廠建設期間，臺積電自由現金流量穩定，足以支撐其不斷建新工廠、擴產，且凈利潤率一直保持在較高水平，始終處于行業領先地位。2019年臺積電大幅上修資本開支，建立先進制程的產能領先優勢資本開支繼續增長，徹底拉開與競爭對手的技術差距。臺積電2018和2019年資本開支分別為105、149億美元，2020年資本開支預計150-160億美元（此前預期130-140億美元）。公司第一季度資本開支63.9億美元，同比增長159.3%。根據臺積電Q1法說會，盡管短期市場存在一定不確定性，但未來幾年5G與HPC相關應用有望持續對先進制程產生強烈需求，因此公司維持2020年150-160億美元的資本支出不變，是臺積電史上最高的資本支出。2019年時，臺積電的資本支出是聯電的16倍，中芯國際的5倍；臺積電的資本支出營收比是0.42，中芯國際和聯電分別是0.60和0.20，臺積電持續增長的高額資本支出對公司盈利性影響并不大，良好的盈利能力和穩健合理的資本投入比形成良性循環，真正實現了科技類公司技術創造價值的核心動力。先進制程競賽保持領先臺積電持續加碼研發投入，2019年全年研發投入約占總營收8.5%，達到211億元。是中芯國際的4.5倍，聯電的7.8倍。且公司近10年研發營收比維持在7%以上，這也奠定了臺積電技術領先的基礎。先進制程追趕意味著高投入，隨著聯電和格羅方德退出先進制程的競技，目前只有中芯國際和上海華力在推進14nm節點及以下制程工藝。中芯國際近三年研發投入持續攀升，2019年達到47億元，營收占比22%。臺積電率先布局先進封裝，儲備后摩爾定律時代增長動能臺積電在光刻、摻雜、結構設計、封裝方式等環節持續升級，確保公司在晶圓制程的多個關鍵技術節點上維持領先地位。2004年，臺積電與ASML聯合開發廉價、穩定的浸潤式光刻技術，將解析能力推進至32nm。2012年，臺積電除前道進制程方面持續推進，協同先進封裝CoWoS技術來縮短制造周期和提升良率。2015年，臺積電實現16nmFinFET量產，逐步追趕并超過當時在14nm工藝技術最強的英特爾。2017年，臺積電開始使用EUV進行7nm制程開發。公司關鍵制程技術更新大事件一覽2003年，在應用材料方面采用Low-K介電質+銅制程的方式。Low-K(低介電質絕緣)作為介電層之材料可以降低芯片耗電量、提升良率，應用于0.13微米及以下制程。2004年，突破浸潤式光刻。解決小尺寸下光刻問題，實現電路細小化，進展到45nm以下制程。2010年，在晶體管架構技術上采取HighK介電質。可以解決晶體管漏電問題，節省芯片的功耗用電，進展到28nm以下制程。2012年，將CoWoS（硅穿孔）應用于封裝技術。可以縮小封裝尺寸、減短芯片制造周期并提高良率，主要應用于高階運算型芯片如GPU、TPU和FPGA等產品。2014年，封裝技術中采取InFO。無基板的情況下，實現更多電子訊號傳輸，縮減封裝厚度、提高效能與散熱效果，主要使用于行動裝置、物聯網、應用處理器、基頻模塊等。2015年，突破鰭式場效晶體管(FinFET)技術。可更有效地控制晶體管源極和汲極之間電流，并降低漏電和動態功耗，進展到16nm以下制程。2017年，突破極紫外光刻(EUV)技術。更小尺寸下實現電路光刻，減少繁復的多重曝光步驟，提升良率、縮短生產時間，進展到75nm以下制程。PPAC是晶圓代工的四大核心競爭指標PPAC是晶圓代工產品競爭力核心評估指標，包括性能(Performance)、功耗(Power)、面積(Area)、成本(Cost)四個方面。根據臺積電最新披露數據顯示，5nm制程產品邏輯密度將是之前7nm的1.8倍，SRAM密度是7nm的1.35倍，可以帶來15%的性能提升，以及30%的功耗降低。5nm之后，臺積電還會推出N5P的增強版本，輔以FEOL和MOL優化，讓產品運行速度進一步提升7%，同頻功耗下降15%。從0.13微米節點開始，聯電制程開始落后于臺積電。作為臺積電早期最主要的競爭對手聯電，在1995-2000年間兩公司制程并無太大差異。2000年IBM發表了銅制程與Low-K材料的0.13微米新技術，聯電買下該技術并與英飛凌合作開發，然而合作項目最終以失敗告終，聯電從此開始在制程上逐步和獨立自主研發的臺積電拉開差距。掌握最先進制造工藝，實現一步先步步先。2001年臺積電聘請研發出FinFET的胡正明出任CTO，此項技術在二十一世紀初還未見成效，但對之后的技術飛躍起著決定性作用。4540nm節點，臺積電領先聯電1年；28nm節點，臺積電領先聯電3年，技術上的差距越來越大。2018年，聯電宣布放棄12nm以下先進工藝投資，專注投資回報率。先進制程競技除了高昂的研發投入，自研核心技術、無法量化的經驗積累以及優秀的領導層也是公司成功的關鍵要素。臺積電一直靠自研實現從低端到高端的所有制造經驗積累，公司靈魂張忠謀數次正確的戰略決定和掌握FinFET核心技術的胡正明加盟，成就了臺積電現在的龍頭地位。臺積電成熟制程具有長生命周期特征，持續貢獻收入2004年，臺積電90納米制程技術的需求在消費性產品、通訊、電腦以及其它工業，應用范圍廣。臺積電的90納米制程更具有高密性、高效能、低耗能以及低成本等競爭優勢。2008年第一季度，90納米的貢獻達到最高點，占比達29%。2011年，臺積公司是第一家28納米制程技術進入量產的專業集成電路制造服務公司，并且已經開始出貨給客戶。透過迅速密集的努力，此一先進制程技術在民國2011年第四季貢獻總營收將近2%。在2020年第一季度仍貢獻了14%的營收。7nm節點產品性能大幅度提升AI市場需求日益旺盛，臺積電在2016年將7nm工藝提上研發日程；2018年，臺積電實現7nmFinFET制程量產；2019年實現第二代N7P技術量產，成為第一家商業化EUV光刻技術的芯片制造商。除少數主要客戶外，大多數臺積電客戶制程從N16直接跨越到N7，N10節點被認為是一個短命節點，主要用作產量學習。當從N16跨到N7時，N7提供3.3倍的柵極密度以及約35-40％的速度提升和65％的低功率。N7工藝的一個關鍵亮點是它的缺陷密度。臺積電表示，從N10節點學習，N7D0減少斜坡是有史以來最快的，平穩到與之前節點相當的水平。7nm產品的晶粒大小只有28納米晶粒的五分之一，大大減小了晶粒尺寸大小，進一步提高集成度；由于晶粒減小帶來的另一大優勢是耗電量的減小，7nm芯片的耗電量只有55nm低功耗產品的125，只有1612nmFFC耗電量的一半，大幅提高手機等電子產品的續航能力。蘋果、華為、AMD等客戶與臺積電合作都相繼推出了新一代7nm芯片，包括麒麟990系列、A14、A13、A12及銳龍3000、RX5700系列等。END歡迎行業人士加入OFweek電子工程交流群，進群請備注【公司+名字】 關鍵字標籤：電子代工技術 |
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