解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步，台积电看旺明年

编按：台湾晶圆代工龙头台积电 7 日向投审会递交申请书，将赴中国南京设 12 吋晶圆厂，台积电被视为台湾半导体重要命脉，此举因而引起外界一片哗然。姑且不论登陆与否，你对台积电了解多少？资深前分析师 Richard 从财务面、技术面、竞争力分析等角度深度解析台积电，《科技新报》取得独家授权，4 篇专文报导，带你趁势了解这间台湾举足轻重的半导体巨擘。

台积电 3Q15 营收 2,125E，+3.4 QoQ，12 吋 wafer 约当出货量 2,216K，-1% QoQ，毛利率（GM）从上季 48.5% 微降到 48.2%，营业利益率（OPM）从 2Q15 季的 37.5% 微降到 3Q15 的 36.9%，营业利益（OP）从 1Q15 季 866E 降到 2Q15 的 771E。GM 和 OPM 都在公司财测范围内。税后净利 753E，EPS 2.9 元。

根据公司揭露的资料推估，3Q15 总产能约 2,300K 12″ 约当晶圆，出货量产能利用率（Utilization; UTR）约 95%，低于 1Q15 的 102% 和 2Q15 的 98%，推估 Blended ASP 估计 US$2,935，和上季持平。3Q15 制程别产品组合和上季比较变动不大，16nm + 20nm 共 21%（估计16nm 2%，20nm 19%）、28nm 27%，28nm 以下制程比率合计 48%。

公司 guidance 4Q15 营收 2,010~2,040E，GM 47.5~49.5%，OP 36.5~38.5%。假设 4Q15 产能 2,368K，出货量 2,068K，产能利用率将降到 86%，ASP 假设持平，则营收约 2,030E，-4~5% QoQ。产能利用率降了 9%，毛利率还能维持住，表示台积电 4Q15 的良率，尤其是强劲 ramp up 的 16nm 制程，应该有非常显著的进步，才能抵销产能利用率下滑的负面影响。

结构获利能力持续进步

台积电近年的结构获利能力（structural profitability）持续进步，结构获利能力由两个部分组成：

1. 标准毛利率（standard  gross margin，SGM）：特定产能力用率之下的毛利率。
2. 标准产能利用率（standard utilization）：台积电企图达到或超过的产能利用率。

过去几年，台积电的 SGM 稳定进步，换句话说，同样一个产能利用率，每年的 GM 都更高，而标准产能利用率，也一直维持得很高，因此结构获利能力也持续进步。结构获利能力和整体的长期 CAPEX 产能投资正确与否、或景气突然热络或低落所造成的产能利率用过高或过低无关，代表的是日常营运能力、公司内部的能力和外部大环境的变化、以及公司对外部环境的预测能力，比较无关。台积电的结构获利能力的进步，来自于以下 3 方面的努力，让成本持续下降。

1. 工厂营运管理持续创新，带来的生产力和效率提升，也让设备更有效的被使用。
2. 先进制程产能扩张，非常谨慎小心。虽然这几年还是有大量 CAPEX 扩充产能，因台积电和大客户已成伙伴关系，新制程产能投资，都能配合客户的产品规划和产能需求，不像后进者，只能先投资制程产能，再来争取客户的 second source。
3. 这几年每一代新制程的良率提升速度稳定进步。新制程量产后一、两年，毛利率往往低于公司平均数，因此，每代新制程的良率提升速度，对全公司的整体毛利率影响很大。

从财报上来观察结构获利能力的变化。我们将 3Q15 营业成本（COGS）1,102E 分成两块，“折旧摊提”=561E和“其他营业成本”=540E，半导体公司大部分的折旧发生在 COGS 的厂房机器设备，少部分发生在 OPEX 办公设备，这里简化都计入 COGS，将折旧摊提 / wafer 出货量，=每片 wafer 折旧成本 US$795，约略等于 2Q15 的 US$791，（折旧 / wafer）影响因素包括：1. 总折旧摊提金额、2. 产能利用率、3. 产能的制程组合、4. 出货的制程组合。

通常采用越先进制程生产的晶圆，因为设备越昂贵，以及 cycle time 越长，每片 wafer 分担的折旧金额越高，这也是 3Q14 和 4Q14 当 20nm 比率大幅上升的时候，（折旧 / wafer）暴增到 US$800 以上的原因，随后 1Q15~3Q15 20nm 比率维持在 15~20%，总折旧摊提金额降低，（折旧 / wafer）下降到 US$769、US$791 和 US$795，预料未来一年，随着更多 20nm 和 16nm 设备投产认列折旧，以及 16nm 制程产品 cycle time 长达 3 个月，（折旧 / wafer）未来接近或超过 US$800 将成为常态，一旦不景气产能利用率跌破 90% 时，（折旧 / wafer）更可能高于 US$850，也就是说，先进制程虽然 ASP 高，分摊设备折旧也高，加上 cycle time 长，metal 和 poly 层数更多，耗用的材料成本也更多，量产初期几季，良率还不够好的时候，往往 GM 反而低于成熟制程。

将 3Q15（其他营业成本 / wafer 出货量），=每片 wafer 其他营业成本 US$765，比 1Q15 的 US$792 低，而比 2Q15 的 US$740 高，这个数字，最能看出一家半导体公司的真正工厂效率和经营绩效，有点类似 EBITDA margin 的观念，但直接算成 per wafer 的数字，更为实际，其他营业成本，主要是制程中消耗的原材料、设备 / 设施 / 无尘室维持、线上工程师和作业员等，和会计上的变动成本接近，但有些项目，理论上可变动，实务上不太能变动，例如直接人工、工厂维持等，还是要算在（其他营业成本 / wafer），影响因素包括：

1. 生产效率，例如各厂区、各机台和产品的最适当分配、各机台的普遍嫁动率、产品总良率和各单站机台良率、工厂 layout 等，尤其是 foundry 厂，有几百个不同制程的产品在各工厂里面跑，要最佳化的安排这些多种少量的产品，最能显现出台积电这种专业 foundry 和 Samsung LSI 这种 IDM foundry 管理效率的差距，这一、两年台积电开始将一些 product life cycle 长的客户产品，自行在淡季时增加投片量，降低生产高低波动，也是提高生产效率的一个做法；
2. 制程组合和 cycle time，越先进制程耗用的材料越多，有些材料耗用和先进制程成正比（例如光阻剂），有些材料和制程比较无关，但先进制程 layer 数多，多做几 layer 本来就会用更多材料、更多人力时数、更多厂房设施维持成本（气体水电环保等）。
3. 良率。
4. 产能利用率的影响不若（折旧 / wafer）大，但仍有些许影响。依据台积电法说会给的 4Q15 guidance，计算出 4Q15 的（其他营业成本 / wafer）将下降到 US$715，在 16nm 制程放量、产能利用率下降的情况下，这个数字还能下降，表示 16nm、20nm 甚至主流的 28nm 良率，应有明显进步，带来相当的 cost down 效果。

半导体景气调整，2016 年温和成长

2015 年全球经济成长趋于缓和，终端产品需求不振，全球 Smarphone 约成长 10%、PC 衰退 6~7%、Tablet PC 衰退 15%，半导体市场，年初展望乐观，下单积极，2Q15 中期之后，逐渐发现景气有变数，下单转趋保守，但对于年中旺季还有期待，2H15 forecast 不敢砍太多，到 3Q15 中期确定今年景气不佳，库存偏高，厂商纷纷大幅下修 9~12 月的订单，严格控制库存。终端产品需求不振，让半导体产业库存调整时间拉长，2015 年全球半导体市场大概只有零成长，预料到 2015 年底或 1Q16 季中，才有机会消化完毕，而于 2Q16 恢复比较健康的成长轨道，预估 2016 年半导体成长 3%。

2016~2017 年，除了总体经济之外，半导体产业的成长动力，来自于以下几个方面：

1. 高阶手机的半导体含量（silicon content）继续成长：手机市场明显 M 型化，高阶手机这几年，性能快速提升，CPU / GPU performance 已经追上低阶 PC、Mobile DRAM 和 NAND Flash 容量接近 PC DRAM 和 SSD 容量，其他如 CMOS sensor、Baseband Modem、LCD 分辨率都让半导体含量持续成长，不但半导体含量增加，基于 performance、power 和 cost 考量，高阶手机对先进制程的需求还是十分强烈，这个趋势对先进制程技术、产能和服务都相对领先的台积电有利。
2. 物联网（Internet of Things）逐渐成型：最先看到有量应用领用，例如汽车、无人机、机器人、穿戴式装置等，虽然这些产品用到的制程多是成熟制程，半导体含量也不高，但是数量庞大，当联网的东西巨量成长之后，背后所需要的运算和储存能量也将成长，包含资料中心、服务器、网络处理器、CPU / GPU、影像处理等，这些则需要半导体先进制程。
3. 主导新应用的系统公司：以往，foundry 的客户最大是 Fabless IC 设计公司、其次是 IDM、系统公司（sysem houses）非常少，只有 Microsoft、Sony、Cisco 等少数几家。但 Apple 自从涉入 AP 处理器之后变成 foundry 超大客户之后，未来将看到越来越多大型系统公司，或者因为想掌控供应链、或者因为市面上的标准 IC（ASSP）不符合本身的应用需求，像 Apple 一样，开始成立 IC 设计部门，设计自身产品需要的 ASIC，例如华为 / 海思集团、LG 集团，在 foundry 的投片量越来越大。

 

20nm 和 16nm 制程良率大幅改善，2016 年 16FFC 推进主流市场

台积电的先进制程近年来仅落后英特尔，但领先 IBM 联盟的 Samsung LSI 和 GlobalFoundries。英特尔早在 22nm 制程技术，就开始使用 3D Tri-gate transistors，14nm Tri-gate 也在 2014 就量产。台积电和 Samsung 都是到 14 / 16nm 才导入 3D FinFET transistors，并且到 2015 年才量产。

Samsung LSI 这两年靠 Apple AP 大订单练兵，在 32 / 28nm 制程逐渐赶上台积电，当时台积电继 28nm 取得技术和市场的主导地位后，接下来发展的 20nm，更几乎是垄断地位，Samsung LSI 自认 20nm 已经来不及，加上判断 20nm 还是用 2D planar transistors，performance / cost 不会很好，制程技术生命周期不长，22 / 20nm 仅有研发和自制 in-house AP，数量不多，没有外接 foundry 订单，而把主力直攻 14nm FinFET，原本外界质疑没有经过 22 / 20nm 的大量产经验，直接发展 14nm 本来就很困难，又采用新的 3D FinFET transistors，应该不会很顺利，没想到 Samsung 真的做到了，首度在 14nm FinFET 制程领先台积电于 1Q15 量产，率先生产自家 Exynox AP，接着生产 Apple A9 和 Qualcomm Snapdragon 820，使得台积电公开承认 2015 年 14 / 16nm 制程 foundry 市场市占率将首度落后竞争对手。

台积电 20nm（20SoC）经验和良率持续进步，在 2015 全年扮演重要的业绩贡献角色，但 2016 年因为主要的 20nm 业务将转进到 16nm，20nm 将衰退，虽然不会消失，仍将是一个长期生存的制程技术（long-lived node），只是因为部分需求转移到 16nm，台积电的部分 20nm 制程设备也将转为用于 16nm FinFET 制程产品。

台积电的 16nm FinFET+（16FF+）制程，策略上是将 16nm 视为 20nm 的延伸，使用和 20nm 相同的“metal backend process”，虽然 scaling 等规格上比不上 Samsung 的 14nm，制作的芯片 die size 较大，但因为是延续 20nm 技术，不仅可以充分利用 20nm 的量产经验缩短学习曲线，而且 90% 以上的设备可以共用。台积电的 16nm FinFET+ 制程产品已经于 2Q15 正式量产，7 月开始小量出货，3Q15 逐渐增大的投产量，将于 4Q15 大量出货贡献营收，研判 4Q15 时 16nm FinFET+ 的良率应可大幅拉升。新产品（Apple iPhone 6s / 6s+ 用的 A9 AP）量产动能可持续到 1H16。台积电预测 2016 年全年的 16nm 制程营收，将比 2015 年的 20nm 营收，还要大很多，并将于 2016 年重新取得主要地位的市占率（14 / 16nm）。至于 20nm 台积电仍是唯一大量产的 foundry。如果用 16nm+20nm 一起看，无论是 2015 或 2016 年，台积电都是最大的主要供应商。

台积电正在开发新版 16nm FinFET C（16FFC）制程，C 的意思是 compact，在 performance、power（降低漏电）和 area（die size）都比 16nm FinFET+ 改进，并能在 0.6V 以下执行，透过制程简化让 cycle time 缩短。即使性能大幅改进，原先基于 16FF+ 制程的芯片设计，还是可以很容易的转换成 16FFC 制程，16FFC 的市场定位为 mainstream 和 ultra low power，意味在 performance 的改进，没有 power 和 cost 那么多。

（全文未完；本文由 Richard’s Research Blog 授权转载；首图来源：达志影像）

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