晶片代工爭霸戰:要想打敗台積電三星,需每年投300億美元連投五年

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編者按:本文來自騰訊科技,作者 金鹿,36氪經授權發布。

在全球缺芯背景下,新老芯片巨頭紛紛佈局建廠,一場芯片大戰拉開大幕。硅谷封面特推出“芯片巨頭大戰”系列,本文為第二篇,聚焦芯片代工領域的巔峰對決。在芯片代工領域,台積電仍處於無可爭議的霸主地位,該公司不僅芯片製造工藝先進,產品種類眾多,而且擁有龐大的生產能力,且計劃在三年內投資1000億美元繼續擴充產能。三星則在繼續追趕台積電的腳步,通過增加投資和產能縮小差距,並希望將英特爾甩得更遠。英特爾正逐漸失去幫助其在歷史上取得巨大成功的諸多優勢,其芯片製造工藝已經落後台積電和三星,而且相關投資也在減少。

眾所周知,台積電和三星電子在芯片代工領域佔據著絕對主導地位,因為它們既擁有尖端製程技術,還擁有龐大的生產能力。與此同時,台積電和三星也有望成為先進芯片的主要製造商,因為包括英特爾在內,沒有其他公司能與它們的資本支出規模相提並論。

台積電領先優勢越來越強大

台積電成立於1987年,是世界上第一家為其他公司製造芯片的純晶圓代工企業。在成立以來的34年歷史中,該公司從最初只有一家工廠的小實體成長為擁有5個300毫米晶圓廠、7個20毫米晶圓廠和1個150毫米生產設施、市值超過6000億美元的龐然大物。台積電在其歷史上開發了數十項工藝技術,並建設了巨大的生產能力,幾乎可以為任何無廠房芯片設計公司提供服務。目前,台積電的客戶有460多家。

近年來,隨著其大客戶(如蘋果、海思、高通、英偉達和AMD)對尖端製造工藝和產能的需求不斷增長,台積電加強了新的巨型晶圓代工設施建設,這些設施每月可以生產超過10萬片300毫米晶圓。每個超級工廠的建設成本約為200億美元,台積電還增加了研發預算。這一戰略似乎取得了成效,如今台積電不僅利用其先進的製造技術把英特爾和三星甩在了身後,而且比其他半導體製造商擁有更多的尖端產能。這在很大程度上是因為它幾乎服務於所有需要先進技術的無廠房芯片設計公司。

今年,台積電決定大幅增加資本支出至250億至280億美元,較2020年的172億美元同比增長45%至62%。市場研究機構IC Insights認為,台積電將“開始一場可能持續多年的大規模支出增長”,並預計該公司將在2022年和2023年再次提高資本支出預算。

無論是在產量上還是在技術上,作為領頭羊的半導體製造商,領先自會為其帶來優勢。首先,當大量購買製造設備時,台積電更容易獲得它們。其次,建立自己的生產和供應鏈標准更容易,這在一個完全實現了標准化的行業中至關重要。

三星縮小與台積電差距甩遠英特爾

三星進軍半導體行業已經有數十年的歷史,作為全球最大的動態隨機存取存儲器(DRAM)和NAND閃存製造商也已經很長時間。此外,它還根據自己的需要生產了各種芯片。該公司在2005年左右開始提供芯片代工服務,因為它意識到只有最大的芯片製造商才能長期生存下去。三星多年來始終在努力追趕台積電,雖然差距正在縮小,但仍未完全趕上。

三星代工服務最大的客戶仍是三星電子本身,後者致力於生產世界上最好的智能手機、電視、個人電腦、顯示器和其他電子產品。為此,三星的芯片設計決策有時類似於一家集成設備製造商(IDM)的決策,它通過出售實際產品而不是代工服務來賺錢。三星很早就意識到對各種芯片(包括DRAM、3D NAND以及SoC等)的需求將會增長,因此其企業半導體資本支出在2010年首次超過100億美元。在2017年到2020年期間花費932億美元擴大產能後,該公司從產能角度顯著縮小了與台積電的差距。

就每月的晶圓產量(以及提供的工藝節點數量)而言,三星仍然比台積電少約三倍,但兩者之間的差距已經在縮小。到目前為止,三星尚未公佈其2021年半導體資本支出預算,但分析師認為,該公司的支出可能至少與去年持平,即約281億美元。

IC Insights的數據表明,三星和台積電今年的累計資本支出總額約為555億美元。當然,三星的很大一部分資金將用於為三星的內存業務購買設備,但這兩家公司將能夠影響製造設備和供應鏈的發展。

英特爾史上八大優勢已失其三

傳統上,英特爾每年的資本支出都高達數百億美元(去年約為143億美元),因此它仍將是領先的處理器製造商。然而,該公司今年在芯片代工設施方面的支出僅是三星和台積電的一半左右。此外,由於英特爾不會使用依賴極紫外(EUV)節點工藝開始生產芯片,因此不會立即對行業和供應鏈的發展產生重大影響。

從歷史上看,英特爾有幾個競爭優勢,使其有別於所有直接和間接的競爭對手,這些優勢包括:

——英特爾的CPU是業界最快的;

——英特爾的微體系結構和CPU設計可擴展到所有細分市場;

——英特爾有足夠的能力確保其架構創新得到軟件製造商的支持;

——英特爾擁有最好的工藝技術,可以彌補其微體系結構或設計上的某些缺陷;

——英特爾的CPU產量是任何競爭對手都無法比擬的;

——由於英特爾在財務和技術上都是半導體市場事實上的領導者,它為業內其他公司設定了標准,這進一步確保了其領先地位;

——雖然英特爾與半導體行業的大多數公司競爭,但它可以與微軟、戴爾、惠普以及蘋果等公司建立聯盟或夥伴關系來鞏固自己的地位,並幫助它更好地競爭;

——英特爾在營銷和廣告上花費了數億美元,甚至比所有競爭對手的總和還要多。

到目前為止,英特爾至少失去了上述八大優勢中的三項。如今,英特爾的CPU不再是業界無可爭辯的領頭羊,在許多情況下,AMD的競爭產品已經可以與其相媲美;雖然英特爾的第二代和第三代10納米製造技術可與台積電的7納米工藝對抗,但該公司的節點無法提供與台積電5納米節點相同的晶體管密度;最後,英特爾不再像競爭對手那樣在晶圓代工廠上花費那麼多錢,因此也不再擁有技術領先優勢。

若是AMD成為台積電僅次於蘋果的第二大客戶,它可以要求其生產合作夥伴定製其正使用的節點工藝,以獲得更高性能、更低功耗的芯片產品。與此同時,除了英特爾的部分產品將於2022年外包給台積電生產外,我們對英特爾自己的外包計劃尚不清楚。

盡管英特爾仍然是許多行業倡議背後的推動力,沒有英特爾的支持,任何技術都不可能在個人電腦世界得到廣泛應用。然而,現在沒有更多類似Wintel(微軟與英特爾)的聯盟,英特爾也不再是蘋果等公司的獨家CPU供應商。

同時,英特爾擁有非常強大的x86 CPU架構,與AMD的架構相比,英特爾架構提供了更高的單線程性能。英特爾還生產比任何其他製造商都多的處理器,而且它可以向其合作夥伴提供其他任何製造商都無法獲得的大量芯片。鑑於英特爾的市場份額和銷量領先地位,它幾乎所有的舉措都得到了軟件行業的支持。此外,該公司知道如何為其產品做廣告和推廣其品牌。

總的來說,英特爾有很多需要擔心的事情,因為它不再能夠在所有戰線上與所有競爭對手成功競爭。

三星台積電地位短期無人能撼動

現在台積電和三星各自在製造設施上花費了約280億美元,在研發上花費了數十億美元,為此商業公司要趕上這些芯片製造商是極其困難的。即使是擁有巨額收益和現金儲備的蘋果,也不願意在芯片製造上投資數百億美元。近年來,世界各國都開始關注本土半導體生產,並表示願意幫助芯片製造商。

但IC Insights認為,即使在政府全力支持下,其他競爭對手要在短期內趕上台積電和三星幾乎是不可能的。考慮到這兩家領先的半導體製造商在研發和資本支出方面都遙遙領先於行業,分析人士認為,“政府支持的芯片製造商至少需要在五年內每年支出300億美元,才有可能獲得成功機會”。

台積電和三星都比英特爾早幾年開始使用他們的尖端工藝技術和EUV工具來生產芯片,所以他們在新工具和供應鏈方面已經積累了相當長一段時間的經驗。台積電和三星2021年在生產設施上的投資都將是英特爾的兩倍。可以說,英特爾不需要像台積電和三星那樣在資本支出上花費那麼多,因為它只為自己生產芯片,而它的同行們則提供代工服務。然而,在此之前,英特爾的技術領先地位恰是靠在晶圓廠和研發上的巨額支出實現的。

從理論上講,政府可以通過直接幫助、稅收減免和激勵措施來刺激當地半導體行業的發展。然而,他們在未來五年的總支出將需要超過1500億美元,而且成功的機會並不高。

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