晶圆代工密码：台积电的制胜关键
编辑：OFweek晓磊
上一期，我们整理推荐了国元证券分析师贺茂飞的报告《存储芯片投资地图》，报告从产业历沿革、行业竞争格局、技术发展趋势等方面，详尽介绍了存储芯片产业全貌。这次，我们接着分享贺茂飞另一份报告，《晶圆代工行业密码》，本报告将以全球晶圆代工巨头台积电的成长历史做回顾，同时对目前大陆、台湾两地的晶圆代工企业做分析报告，来探究中国大陆本土晶圆代工企业的成长机遇。
为避免对读者造成投资误导，本研报的投资建议部分将不本文展示，如果想收藏报告原文，可以在OFweek电子工程（公众号：ofweekee）回复关键词“晶圆代工行业密码”获取。
纯代工策略
在上世纪80-90年代，台积电和联电是全球晶圆代工双雄， 台积电专注于晶圆代工模式， 联电在早期兼做晶圆代工及自有芯片设计业务。在90年代，台积电一骑绝尘， 逐步拉大相对联电的领先优势。摒弃向上游芯片设计延伸业务，专注于晶圆代工生产环节是台积电制胜关键。
规模领先策略
在各个制程节点上率先获得规模效应。在单个制程节点率先实现规模效应，降低运营成本、设备材料成本、研发成本。
创新驱动
新制程竞赛中保持领先优势。摩尔定律下， 半导体制程节点每18个月向前演进一代。公司沿着摩尔定律曲线不断开发出新制程节点。在10纳米及以下，晶圆代工市场参与企业数量减少，目前仅有台积电、三星等参与。随着竞争强度减弱，10纳米及以下的盈利格局有望得到改善。
台积电在先进制程竞赛中逐渐显现出优势，在5纳米、3纳米节点有望拉大对三星、英特尔等的领先优势。
随着摩尔定律演进到14纳米以后，单个制程节点的研发费用、建厂成本大幅上升。中芯国际是全球仍在持续投入先进制程领域的少数企业之一。
2019年全球晶圆代工行业的市场规模约654亿美元，其中台积电营收346亿美元， 市占率高达52.7%；2020Q2公司营收达101亿美元，较2019年同比增长30.4%，远高于行业竞争对手三星和格芯，其中三星营收36.78亿美元，同比增长15.7%；格芯营收14.52美元；同比增长6.9%。
a.1994至今，台积电市值增长97倍，营收增长55倍，净利润增长39倍
1994年上市以来市值成长近97倍，近十年CAGR为11%，超行业平均增速7pct。2019年公司营收达到10,700亿新台币（折合346.3亿美元），较1994年增长近55倍；净利达到3,453亿新台币，较1994年增长近39倍。最近10年营收复合增速为11%，毛利率维持在50%左右，行业领先的制程技术和稳定的盈利能力推动市值持续上升。
公司成长历程的几个重要时点：
1） 与ASML合作开发出第一台浸没式光刻机，突破光刻限制巩固市场地位；
2） 打败三星拿下苹果A8处理器的全部订单，赚取丰厚的回报；
3） 实现16nm工艺量产，追赶并逐渐超过英特尔。
a.台积电纯粹代工策略
1987年台积电成立，是世界上第一家专注于晶圆代工的集成电路制造企业。建立晶圆厂造价高昂， 并且晶圆生产的附加值不高。如果将晶片的设计和制造分开， IC设计公司便能集中资金与人力在电路设计和销售上，而晶圆代工厂则可以同时为多家IC设计公司提供服务，尽可能提高其生产线的利用率。台积电自身并不从事IC设计，是一家纯粹的晶圆代工企业，能替各家IC设计商量身定做制造流程， 并严格保守客户机密，开创了世界晶圆代工行业。
1993年台积电获得英特尔ISO 9001认证，生产能力得到世界级肯定，晶圆代工行业逐渐被世界接纳。
2000年台积电“ 群山计划” ：给五家使用先进制程的IDM大厂量身定做技术支撑计划，适应每家企业不同需求。这一计划巩固了台积电与大客户的关系，保持台积电在市场份额上的领先地位。
b 纯代工策略下，台积电获得Fabless设计巨头的持续支持
Foundry与Fabless公司互利共赢，纯晶圆代工路线服务全球客户。台积电客户遍布全球，产品种类众多，在半导体产业的各个领域表现突出。公司客户覆盖全球众多IC设计公司、系统公司、整合元件制造商等，更是和各设计巨头合作紧密。公司近几年大客户有如：苹果、AMD、高通、博通、英伟达、海思、联发科、TI、索尼等。
因为代工企业和行业发展联系紧密，充分享受新兴市场初期高速增长红利。近年来公司的先进制程应用主要为高性能计算和消费电子领域，包括CPU、GPU、 ASIC、FPGA等芯片，对应下游包括智能手机、个人电脑、服务器、矿机等。台积电未来有望继续享受AI、IOT、汽车电子等新兴应用所带来的发展动能。
b 初期联电在IDM、纯代工之间摇摆，错过最佳发展时机
联电成立于1980年，是中国台湾第一家半导体公司，于1995年彻底转型成晶圆代工厂。联电早期是台积电最大的竞争对手，后因在战略发展模式中摇摆， 错失发展良机。 曹兴诚联电模式：与北美11家IC设计公司成立合资企业，建立联诚、联瑞、 联嘉晶圆代工公司。曹兴诚本意是打通上下游市场，但此举有技术泄露风险，导致联电的主要客户群体为中小企业。 1996年联电又将旗下的IC设计部门分出去成立公司，包括现在的联发科技、 联咏科技、联阳半导体、智原科技等公司。未找准自身定位使得联电无法提供领先的制造技术和培养稳定的客户群体，也因此逐渐失去和台积电竞争的能力。
台积电拥有五座12寸晶圆厂（ Fab12，14，15，16，18） 、 七座8寸晶圆厂（ Fab3，5，6，8，10 及SSMC） 、 一座6寸晶圆厂（ Fab2）。在建台南科学园区5nm制程新厂，以及规划中的3nm新厂，预计分别于2020、2022年实现产。
台积电南京自2016年7月开建，2018年10月投产，历时两年多，提供16nm FinFET晶圆代工业务。该厂投资金额30亿美元，2019年底产能达到15000片/月，预计在2020年达到2万片的规模。
实现投资到现金流入的快速转换：回看台积电南京厂建设期间， 台积电自由现金流量稳定，足以支撑其不断建新工厂、扩产，且净利润率一直保持在较高水平，始终处于行业领先地位。
2019年台积电大幅上修资本开支，建立先进制程的产能领先优势
资本开支继续增长， 彻底拉开与竞争对手的技术差距。台积电2018和2019年资本开支分别为105、149 亿美元，2020年资本开支预计150-160亿美元（ 此前预期130-140亿美元）。公司第一季度资本开支63.9亿美元，同比增长159.3%。根据台积电Q1法说会，尽管短期市场存在一定不确定性，但未来几年5G与HPC相关应用有望持续对先进制程产生强烈需求，因此公司维持2020年150-160亿美元的资本支出不变，是台积电史上最高的资本支出。
2019年时，台积电的资本支出是联电的16倍，中芯国际的5倍；台积电的资本支出/营收比是0.42，中芯国际和联电分别是0.60和0.20，台积电持续增长的高额资本支出对公司盈利性影响并不大，良好的盈利能力和稳健合理的资本投入比形成良性循环，真正实现了科技类公司技术创造价值的核心动力。
台积电持续加码研发投入，2019年全年研发投入约占总营收8.5%，达到211亿元。是中芯国际的4.5倍，联电的7.8倍。且公司近10年研发营收比维持在7%以上，这也奠定了台积电技术领先的基础。
台积电率先布局先进封装，储备后摩尔定律时代增长动能
台积电在光刻、 掺杂、 结构设计、 封装方式等环节持续升级， 确保公司在晶圆制程的多个关键技术节点上维持领先地位。
2004年， 台积电与ASML联合开发廉价、 稳定的浸润式光刻技术， 将解析能力推进至32nm。
2012年， 台积电除前道进制程方面持续推进， 协同先进封装CoWoS技术来缩短制造周期和提升良率。
2015年， 台积电实现16nm FinFET量产， 逐步追赶并超过当时在14nm工艺技术最强的英特尔。
2017年， 台积电开始使用EUV进行7nm制程开发。
2003年，在应用材料方面采用Low-K介电质+铜 制程的方式。Low-K(低介电质绝缘)作为介电层之材料可以降低芯片耗电量、提升良率，应用于0.13 微米及以下制程。 2004年，突破浸润式光刻。解决小尺寸下光刻问题，实现电路细小化，进展到45nm 以下制程。 2010年，在晶体管架构技术上采取High K介电质。可以解决晶体管漏电问题，节省芯片的功耗用电，进展到 28nm以下制程。 2012年，将CoWoS（硅穿孔）应用于封装技术。可以缩小封装尺寸、减短芯片制造周期并提高良率，主要应用于高阶运算型芯片如 GPU、TPU 和 FPGA 等产品。 2014年，封装技术中采取InFO。无基板的情况下，实现更多电子讯号传输，缩减封装厚度、提高效能与散热效果，主要使用于行动装置、物联网、应用处理器、基频模块等。 2015年，突破鳍式场效晶体管(FinFET)技术。可更有效地控制晶体管源极和汲极之间电流，并降低漏电和动态功耗，进展到16nm以下制程。 2017年，突破极紫外光刻(EUV)技术。更小尺寸下实现电路光刻，减少繁复的多重曝光步骤，提升良率、缩短 生产时间，进展到 7/5nm以下制程。
先进制程竞技除了高昂的研发投入，自研核心技术、无法量化的经验积累以及优秀的领导层也是公司成功的关键要素。台积电一直靠自研实现从低端到高端的所有制造经验积累，公司灵魂张忠谋数次正确的战略决定和掌握FinFET核心技术的胡正明加盟，成就了台积电现在的龙头地位。
AI市场需求日益旺盛，台积电在2016年将7nm工艺提上研发日程；2018年， 台积电实现7nm FinFET制程量产；2019年实现第二代N7P技术量产，成为第一家商业化EUV光刻技术的芯片制造商。
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