目前來看，臺積電全球晶圓代工霸主的地位似乎已經(jīng)不可動搖。
十三年前，張仲謀在金融危機(jī)中復(fù)出，在28nm關(guān)鍵制程節(jié)點上，為臺積電打好了崛起的基礎(chǔ)。2015年，臺積電16nm制程工藝量產(chǎn)成功，并且在與三星14nm的對決戰(zhàn)勝對方，之后的5年中臺積電一路高歌猛進(jìn)，與競爭者們拉開的差距越來越大。2020年在5nm競賽中再次戰(zhàn)勝三星，算是徹底奠定了臺積電在先進(jìn)制程晶圓代工領(lǐng)域不可戰(zhàn)勝的市場地位。
而贏得了這些驚心動魄的技術(shù)競賽，當(dāng)然也給臺積電帶來了豐厚的收益回報。近日，臺積電發(fā)布截至12月30日的2020年第四季度財報，從財報表現(xiàn)來看，收入、利潤的穩(wěn)健增長，證明臺積電的先進(jìn)制程工藝，贏得了更為廣泛的市場認(rèn)可。
好像也可以表明，臺積電又一次進(jìn)入了由先進(jìn)制程領(lǐng)先帶來的技術(shù)、資本雙向良性循環(huán)。然而，事實真的像表面看起來這樣美妙嗎？
收獲十年來的最佳季報
綜合業(yè)績表現(xiàn)來看，臺積電在新一季度收獲了十年來的最佳季報。以美元計，臺積電在2020年Q4的營收達(dá)到了126.8億美元，同比增長22%。凈利潤達(dá)50.08億美元，同比增長31.7%。營收、利潤額紛紛創(chuàng)造了新紀(jì)錄。
更令投資者感到驚喜的是，其第四季度利潤率表現(xiàn)異常亮眼。毛利率達(dá)到了54%，凈利率更是達(dá)到了驚人的39.5%，同樣創(chuàng)造了新的歷史紀(jì)錄。同時，如果對比其他科技巨頭的話，這個凈利率水平，甚至遠(yuǎn)高于蘋果的21%，吸金能力堪稱恐怖。
臺積電之所以能夠在第四季度取得如此出色的業(yè)績，關(guān)鍵在于其16納米及以下的先進(jìn)制程工藝貢獻(xiàn)了62%的收入。畢竟對臺積電而言，相比成熟制程工藝，先進(jìn)制程工藝的定價更高，利潤空間也更大。
其中5nm的貢獻(xiàn)尤為突出，收入占比從第三季度的8%，直接飆升至第四季度的20%?，F(xiàn)在臺積電在5nm工藝節(jié)點上，其實并沒有真正意義上的對手。全球范圍內(nèi)，目前掌握5nm制程工藝量產(chǎn)能力的除了臺積電，就只有三星一家。而三星的量產(chǎn)規(guī)模只能達(dá)到臺積電的1/5，產(chǎn)品的性能表現(xiàn)和*格也不占優(yōu)勢。因而可以肯定的是，臺積電5nm在未來很長一段時間內(nèi)仍可以在晶圓代工市場中大顯神威。
從這個角度來看，追求在先進(jìn)制程領(lǐng)先的基礎(chǔ)上建立自己的核心優(yōu)勢，臺積電的這一邏輯并無不妥之處。但是，當(dāng)先進(jìn)制程工藝已經(jīng)非常接近物理極限時，臺積電繼續(xù)堅持進(jìn)一步加大對先進(jìn)制程的研發(fā)生產(chǎn)投入，其實已經(jīng)變成了一種冒險行為。
持續(xù)加碼先進(jìn)制程已成冒險
當(dāng)前，芯片由先進(jìn)制程帶來的性能、功耗回報正在顯著降低。近幾個月，搭載5nm制程工藝SOC的智能手機(jī)陸續(xù)上市。從這些手機(jī)的實際表現(xiàn)來看，無論是臺積電的5nm FinFET工藝，抑或三星的5nm LPE工藝，性能、功耗提升都未能滿足市場預(yù)期。
臺積電方面，快步推進(jìn)的5nm，實際性能提升有些拉胯。以蘋果A系列處理器為例，同樣基于臺積電7nm制程，A13處理器相比A12處理器CPU性能提升20%、GPU性能提升20%；而基于臺積電5nm制程的A14相比A13，CPU 性能方面提升大約在16.7%左右，GPU性能提升則大約在8.3%左右。也就是說，在蘋果A系列處理器上，5nm制程進(jìn)步帶來的進(jìn)步，很可能還比不上蘋果自己對處理器架構(gòu)的優(yōu)化升級。
雖然有一些媒體人士猜測，這是由于5nm初期良品率不高，蘋果A14屏蔽了一些核心。但同樣采用臺積電5nm工藝的麒麟9000，其功耗控制較之官方數(shù)據(jù)也存在較大差異。
三星方面，功耗翻車的問題比較突出。根據(jù)知名數(shù)碼博主極客灣Geekerwan對小米手機(jī)的實測，采用三星5nm LPE工藝的驍龍888處理器和上代產(chǎn)品驍龍865處理器對比，單核功耗和多核功耗明顯增加，能效表現(xiàn)上大幅下降。并且同樣采用5nm LPE工藝的Exynos 1080芯片，在能效表現(xiàn)上同樣拉胯。
5nm先進(jìn)制程工藝的實際表現(xiàn)普遍稱不上令人滿意，對于當(dāng)前階段使用5nm工藝的產(chǎn)品而言，其營銷價值或許要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過先進(jìn)制程本身的實用價值。
更加令人感到不安的是，在當(dāng)前臺積電5nm制程工藝的實用價值都很成問題的情況下，臺積電還在持續(xù)加大對下一代制程節(jié)點3nm工藝的研發(fā)投入。在近日的財報會議上，臺積電管理層宣布2021年計劃將年度資本開支從2020年的170億美元大幅提升到250億至280億美元，增幅將達(dá)到45%至63%，其中約80%將用于3nm工藝研發(fā)，這意味著，臺積電今年將會有超過150億美元的資本支出投向3nm工藝。
而根據(jù)臺積電此前公布的計劃，他們的3nm工藝，計劃在今年風(fēng)險試產(chǎn)，2022年大規(guī)模量產(chǎn)。也就是說，按照臺積電的規(guī)劃，明年在市場上我們就可以看到一些搭載臺積電3nm工藝的產(chǎn)品。
這依然符合臺積電近幾年來的先進(jìn)制程升級換代節(jié)奏，然而從產(chǎn)品的實際表現(xiàn)來看，高昂的代價并沒能完美實現(xiàn)預(yù)期中的效果。換而言之，臺積電現(xiàn)在很可能已經(jīng)觸碰到了資本投入和技術(shù)實現(xiàn)之間的一個瓶頸，忽視這一瓶頸而又急切想要實現(xiàn)3nm先進(jìn)制程工藝的臺積電，其實已經(jīng)陷入了一場極限技術(shù)冒險。
極限技術(shù)冒險，是福還是禍？
之所以說臺積電當(dāng)前所面臨的技術(shù)冒險，有著很高的風(fēng)險性，除了先進(jìn)制程工藝回報已經(jīng)明顯降低外，還受到許多其他風(fēng)險因素的影響，其中比較明顯的有三點。
第一，成本還會進(jìn)一步提高。這從臺積電資本開支將在今年可能猛增45%至63%就能感受到。在設(shè)備成本方面，7nm以下的工藝離不開EUV光刻機(jī)，3nm工藝全線都要用上EUV光刻工藝，而且層數(shù)從5nm工藝的14層提升到20層，每增加一層都是巨大的成本。另外，臺積電此前披露其3nm工藝仍將繼續(xù)使用成熟的鰭式場效應(yīng)（FinFET)晶體管，但一些必要的技術(shù)升級仍不可避免的會使得成本進(jìn)一步提升。
第二，生產(chǎn)耗能更高。耗電量大似乎應(yīng)該歸入成本提升的范疇，但臺積電的用電問題并不單純只是電費提升那么簡單。早在2015年的時候，張忠謀就指出，困擾臺積電發(fā)展的唯一要素就是缺電、停電。到2019年，臺積電的耗電量猛增到143.3億度，過去五年中國臺灣增長的用電量，有三分之一都被臺積電占用。臺積電建設(shè)5nm、3nm的產(chǎn)線還會用到越來越多的EUV光刻機(jī)，而EUV的能源轉(zhuǎn)換率只有0.02%左右，所以中國臺灣的電力供給負(fù)擔(dān)不起臺積電的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)成了很現(xiàn)實的問題。
第三，技術(shù)難度升級。7nm以下先進(jìn)制程工藝頻繁的量子效應(yīng)及類似的微尺度問題，其實很難被真正克服，臺積電和三星雖然通過一些有效的技術(shù)手段緩解了這些問題。不過從兩者的5nm工藝產(chǎn)品良率和具體的性能、功耗提升表現(xiàn)來看，負(fù)面影響依然存在，后續(xù)能優(yōu)化到何種程度也存在疑問。
臺積電肯定已經(jīng)做好了應(yīng)對這些風(fēng)險的相關(guān)預(yù)案，但不可否認(rèn)的是，如果透過臺積電亮眼的業(yè)績表現(xiàn)，真正對其面對的這些風(fēng)險有所認(rèn)識。那么就很難不去擔(dān)心，臺積電接下來的發(fā)展路徑，真的會像大多數(shù)人想象的那樣順利嗎？
文/劉曠公眾號，ID：liukuang110
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