编按：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，带你了解这间台湾举足轻重的半导体巨擘。前三篇已就台积电的财务面、技术面、客户面来做分析，最后一篇来说明它的竞争优势。
Foundry 产业的关键竞争要素
1. 先进制程技术
半导体产业，只要摩尔定律（Moore’s Law）持续作用，必然让更多功能、更多晶体管纳入芯片中，而功能复杂的芯片，需要更先进微缩的制程技术，来降低 die size、降低成本，32 / 28nm 以前，每一世代 technology node 的 cost 都会降低，但到 20nm 和 14 / 16nm 的 cost per transistors 没有降低多少，预期到了 10nm 和 7nm，cost per transistor 会再度明显下降。除了成本之外，先进制程也可提高芯片的 performance / speed，和行动产品最重要的：降低耗电。
在逻辑制程（Logic process）半导体领域，通常会优先考虑使用最先进制程的产品包括：CPU、AP（Application processor）、GPU、FPGA / PLD，高整合度的复杂 SoC，其次是 Baseband、DSP、中整合度 SoC 等。谁能领先进入更先进的制程技术，就能吸引这些产品客户来下单，客户之间也是竞争对手，势必和具有先进制程技术能力和未来研发潜力的 foundry 厂合作，才能维持客户自身的竞争力。
先进制程的研发，除了研发投资金额越来越昂贵之外，更是基础物理和半导体科学的竞争，有扎实深入的基础研究，才能正确的预测几年后、下一代的技术发展方向，然后投资下去，把这个技术开发出来商品化，将摩尔定律再往下推进，突破自己的制程竞争力，一旦对技术走向预测错误，不但会造成庞大的投资付诸流水，更会让公司的技术发展落后对手，丧失竞争力。在先进制程研发领域，“博士”只是基础训练，制程实验室战场上面对的往往是“院士”级的对手。
2. 制造良率和效率
相较于先进制程技术，是由研发部门决定胜败，生产效率和良率，则由制造部门负责，通常一个新的制程，不论是下一世代的先进制程（advanced technology node），或是水平发展的 specialty porcess，研发部门将新制程开发出来之后，将移交给制造部门负责，制造部门的工程能力非常重要，除了要和客户 IC 设计研发人员密切配合，了解产品特性，也要对制程技术和机台特性透彻了解，才能快速提升客户新产品的生产良率。
生产良率有 3 个重点，第一是良率爬升速度要快，第二是良率要高，例如，同样新产品量产 3 个月时的良率高低，良率高代表创造更多价值，或者提高 foudnry 本身的毛利率，或者分享给客户更低的价格，第三是良率的稳定性，有些 foundry 良率上来之后，忽上忽下，让客户很难生产规划，良率时好时坏，随时影响客户的成本结构、业务能力和库存政策，
再来，一家大型 foudnry 会有上百家客户、上千项产品，同时间在晶圆厂内跑，产品组合、客户组合、制程组合、每个制程又有很多复杂的生产流程，大批量、小批量的产品，通通混在厂内，生产管理要兼顾品质和效率，非常不容易，线上工程师面对不同产品的品质挑战、交期挑战、产出挑战，尤其当各种各样问题出现的时候，如何快速解决，都将在最后的效率上展现。
3. 客户服务
foundry 的客户是包括 Fabless、IDM 和 System house，每家客户的产品变化很大，每家 foundry 业者的制程特性和 design rule 也都不相同，foundry 产业属于客制化程度很高、服务性质很高的产业 。客户对 foundry 厂的需求包括：帮助客户熟悉 foundry 制程的 design rule、帮助客户设计出很容易制造并提高良率的 IC、帮助客户依据制程发展蓝图规划自己的产品蓝图、基本 IP 支援、良好的 EDA / tools 环境、良率快速拉升、良率稳定、交期准确、成本 / 价格有竞争力、生产问题解决、生产资讯的分享、产能投资承诺、技术研发投资承诺等。
台积电竞争力分析
1. 台积电的先进制程技术能力
逻辑制程的先进制程技术，英特尔还是第一名，但台积电和 Samsung LSI 急起直追，3 家公司都预计在 End-2016 量产 10nm，但英特尔可能率先进入下一代新的晶体管架构，如同英特尔在 22nm 率先进入 3D transistors，台积电和 Samsung LSI 到 14 / 16nm 才进入 3D transistors，而英特尔虽然 10nm 量产时间没有继续领先，但可能在 10nm 采用新一代的 Gate-all-around 架构，台积电和 Samsung LSI 则继续用 3D FinFET 架构。
台积电这两年制程技术，已经超越 IBM，Samsung LSI 本来属于 IBM 技术联盟，28nm 时和 IBM 一样用 Gate First 技术，不像英特尔和台积电用 Gate Last 技术，后来承认错误，IBM 联盟厂包括 Samsung LSI 到 20 / 22nm 才改回来用 Gate Last，加上 20nm 市场几乎被台积电通吃，累积不少经验，Samsung LSI 则没有 20nm 大量产经验，要从 28nm Gate First，直接跳到 14nm Gate Last，有其困难度，这应该也是台积电之所以轻敌的原因。
不料，Samsung LSI 的 14nm 做得出奇的好，量产时间领先台积电 1~2 季，台积电从早年的英特尔第一、IBM 第二、台积电第三名，一度追成英特尔第一、台积电第二、IBM 变成第三名，到 2015 年又变成英特尔第一、Samsung LSI 第二、台积电再度沦为第三名。从此，Samsung LSI 正式变成台积电在先进制程研发上面的强劲对手。未来胜负很难预料。
从基本研发实力分析，台积电人才济济，研发部门博士硕士只是基本履历，重量级的“院士” 、半导体学术界的重量级论文、关键专利创作者，都具有相当分量，是台积电先进制程研发的重要优势。十几年来台积电在技术发展方向上，几乎都走在正确的道路，一一过关斩将，终于拉近和英特尔的技术落差，真正进入世界一流先进制程技术公司的决赛圈。
每一次选择正确的技术方向，都是重大战役，台积电目前的纪录无懈可击，例如，0.13um 铜制程 low K 材料，台积电正确选择以 FSG 材料为基础的，Applied Material 的 Black Diamond（IBM / UMC / Infineon 选择 Dow Chemica 的 SILK），High speed / CPU 制程主力选择放在 Bulk CMOS（IBM / AMD / Chartered 选择 SOI），45nm 开始将主力放在 40nm half-node，32 / 28nm 世代和 22 / 20nm 更直接只量产 half-node 28nm 和 20nm，45 / 40nm 选择 Gate Last（IBM 联盟 Samsung / Globalfoundries 等全部选择 Gate First）。
当全球半导体界受阻于 65 / 55nm 以下 193nm 波长微影极限，重金研发 157nm 干式光微影（optical lithography）迟迟无法突破时，台积电林本坚院士提出继续用 193nm 但改用浸润式微影（Immersion Lithography），完全主导业界技术走向，将制程技术顺利推向 45nm 以下，透过多重曝光，193nm 波长浸润式微影 scanner 机台甚至确定可以做到 10nm 还没问题。至于今年台积电、Samsung LSI 开始量产的 FinFET 3D 晶体管，其发明人胡正明院士也曾于 2001~2004 年任职台积电。
接下来下一制程技术的大战，就是何时开始用 EUV 微影，台积电目前规划 10nm 制程不用 EUV，7nm 开始试用，5nm 才全面使用，EUV 从 32 / 22nm 就开始研发，台积电似乎有信心将 193nm 波长浸润式微影，继续推进到 7nm，届时，台积电的 193nm 波长浸润式微影 7nm，将和英特尔的 EUV 微影 7nm 对决。
2. 台积电的制造能力
先进制程通常只有 1~2 家少数对手，彼此争取为数很少和但订单量大的大客户，主要竞争在新制程量产时程和良率，但成熟制程的 foundry 对手多，主要竞争在制造能力，台积电的制造能力展现在以下几点：
- 产品投产后良率拉升快：客户可 time to market。
- 平均良率高：虽然台积电 wafer 报价比对手高，但良率高 good die 产出也多，实际价差没有那么大。
- 良率稳定：客户销售和库存管理负担轻。
- 所有制程都是自行研发，制程参数数据库完整，RD 知其然也知其所以然，不像UMC、Globalfoundries 的部分制程技术是和别人合作或授权，出问题很难调整，大案子可以由 RD 人员特别客制化，但推广到几十、几百个大小案子时，就不能事事靠 RD，必须制造部门自己解决，授权来的制程技术，很多细节要慢慢摸索消化吸收。
- 制程 portifolio 完整，28nm 横向发展各种应用或 cost down 新版，其他 specialty 制程也很广泛。
- 生产流程效率化、自动化，在一家有几百个产品同时生产的 foundry，尤显重要。
- 因为生产管理和良率上轨道，交货（delivery）能力强。
- Fab 12（新竹）、Fab 14（台南）、Fab 15（台中）三大超大晶圆厂（Giga Fabs）有降低生产成本、缩短 cycle time、提高生产弹性等好处，资深人力的调度、支援也是无形的好处。
- 台湾半导体厂共有的另一项优势，做二休二，这种制度让工厂一天只要轮两班，不用轮三班，状况、问题只有两批人交接，不是三批人交接，会比较顺利，责任也比较容易厘清，做二休二对生产效率和品质控管的好处，很少人提到，但个人认为这是台湾独特的地方。
- 生产线工程师素质高：台积电生产线上有很多一流大学甚至硕士学历的工程师，基层工程师素质高于国外半导体厂，就国家资源分配的角度，有点杀鸡用牛刀，但对台积电则无疑是加分的。
3. 台积电的制程设备共用性
台积电的 20nm 和 16nm 技术经验沿用性很高，设备也有 95% 可以共用。10nm 是下一个阶段，投资额可能比较大，但跨过 10nm 之后，10nm 和 7nm 技术经验沿用性也很高，设备也有 90% 可以共用。这应该不是产业普遍的现象，牵涉到新制程开始研发的时候，就要考量到设备共用性，还有对设备的了解和知识，才有修改设备沿用到下一世代制程的能力。不是每个人都可以做到的。推估，这是台积电长年和设备厂商共同研发先进制程设备所累积的经验，和积极 cost down 创造利润和高 ROE 的企业文化使然。至于英特尔和 Samsung LSI 有没有这种考量，不得而知，但他们是 IDM 出身，理论上比较重视技术领先第一，至于要不要在技术领先的同时，考量到设备共用的成本节省，恐怕未必。
台积电 2016 年仍可成长 5~10%
假设 2016 年台积电产能成长 8%、平均产能利用率 94%、Blended ASP 持平、汇率 32，则营收估计 9,089E，成长 8%。假设折旧增加 9%、其他成本 per wafer US$740，毛利率约 48~49%、OP% 37~38%、税后净利 3,208E，成长 6%。
（全文完；本文由 Richard’s Research Blog 授权转载；首图来源：达志影像）
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