台积电的晶圆厂 2.0：企图包办先进芯片出产的全部｜TECH TUESDAY

跟着台积电拿走芯片制作更多赢利，工业危险也在进一步集合。

文丨邱豪 贺乾明
修改丨龚方毅

1990 年代，硅谷诞生数十家只规划、不制作的芯片公司（Fabless）。AMD 开创人杰瑞·桑德斯（Jerry Sanders）在一场职业会议上说：“现在听我说，真实的男人要有晶圆厂”。他以为，只做规划的芯片公司，只能在晶圆厂有空余产能时才干下单，还得把规划图纸无保留地交给竞赛对手，简略让公司堕入窘境。

十多年后，芯片职业沿着桑德斯料想的糟糕状况开展。依照他的规范，其时最强的一批芯片公司——苹果、英伟达、博通、高通等，都不是 “真男人”。AMD 也变成一家纯规划芯片的公司，阅历多年阵痛后，在女人 CEO 苏姿丰带领下走出窘境。

晶圆厂依旧重要，仅仅没几家能建得起最先进的。台积电坚持绝对优势，出产全球 60% 的逻辑芯片、90% 的 5 纳米以内先进芯片。先进芯片制作范畴，台积电仅剩的两个对手各有各的窘境：

- 三星的 3 纳米芯片制作工艺，良率问题至今未处理，客户只需芯片规划简略、订单稀疏的虚拟钱银矿机芯片商。三星下一代旗舰手机 Galaxy S25，或许也会悉数运用台积电代工的高通芯片。三星工人们的劳工认识在觉悟，工会组织大罢工。三星芯片事务担任人全永铉在内部信里正告，“假如不变革公司文明，三星将堕入恶性循环。”

- 英特尔先进制作工艺被台积电越甩越远，乃至将部分先进芯片交给台积电代工。2021 年就任的 CEO 帕特·基辛格（Pat Gelsinger）拟定了重振芯片制作计划，被贵重的研制和本钱开支拖垮，市值只需台积电的 1/8。本年二季度巨亏 16 亿美元后，英特尔宣告缩短，裁人 1.5 万人。基辛格计划出售财物、暂停扩张，乃至终究或许像 AMD 相同剥离芯片制作事务。

与此同时，台积电董事长魏哲家在二季度财报电话会上提出 “Foundry 2.0” 的概念，称台积电的事务范围掩盖先进芯片的制作、封装、测验等流程。芯片规划公司只需给台积电递送规划文件（GDS），几个月后就能收到制品。它继续扩张，想要凭借先进制程的优势，拿走芯片制作范畴的更多赢利。

一场投入二十年的商业模式迭代

芯片职业诞生后的数十年里，英特尔、德州仪器等公司，在内部树立了整套芯片规划和出产流程。其时芯片的功用和可靠性还满意不了干流客户的需求，芯片公司有必要操控每个要害组件的规划和制作，才干有竞赛优势。

跟着制程技能的迭代前进，只需极少数公司负担得起越来越贵重的出产线开支。抢先的芯片巨子也需求减负，劳作密布、赢利率不高的封装和测验事务首要被分包出去，诞生了专业的封测（OSAT）公司。现在全球近三成封测产能都会集在劳作力本钱较低的东南亚区域。

张忠谋于 1987 年兴办的台积电进一步投合了这个趋势。他以为，跟着计算本钱的下降，芯片需求会在各个范畴迸发，催生出许多不具备出产才能的芯片规划公司。台积电先从英特尔等巨子觉得赢利低的老练芯片代工做起，逐步堆集制作阅历和规划优势，推进了芯片工业的专业化分工：

规划公司经过 EDA 等软件规划好电路图，交给制作掩膜的公司，构成芯片模版，芯片制作商拿到掩膜，在硅片上加工，阅历清洗、光刻、蚀刻、掺杂、堆积、抛光等数百道工艺，经测验无误，切割成一个个的裸片（Die），然后交给专门的封测公司，封装进维护外壳，衔接外部电路，经过终究测验后，将芯片制品交付给规划公司，再装进电子设备中。

比较台积电只担任芯片制作的 “Foundry 1.0” 年代，魏哲家口中的 “Foundry 2.0” 现阶段多了掩膜版和先进封装，二者都是技能难度高且赢利丰盛的环节。魏哲家说，2023 年全球芯片代工职业规划为 1150 亿美元，但是在 Foundry 2.0 的新界说下，职业规划将倍增至 2500 亿美元。台积电在全球晶圆代工商场的市占率也因而从 61% 降到了 28%。

必定程度上，Foundry 2.0 仅仅一个看似让台积电增加潜力更大、独占危险更低的数字游戏。台积电在芯片代工范畴站稳后，就开端把事务逐步延伸到掩膜和先进封装环节。

1998 年，台积电开端为客户供给掩膜版。掩膜制作会触及芯片加工的技能秘要，越是先进工艺，晶圆厂越倾向于自主出产。并且，掩膜版制作是芯片规划公司流片（小批量出产，验证芯片规划计划）时的首要本钱。台积电供给掩膜版 “拼单” 服务，能让多个芯片规划客户复用部件，分管掩膜本钱。

掩膜版的功用类似于传统相机的 “底片”，是光刻工艺中衔接规划与制作加工的要害资料。芯片制作商需求凭借光刻机和光刻胶，经过掩膜将芯片规划电路图形以曝光方法 “复印” 到基板或晶圆上。

据国际半导体工业协会 SEMI，全球芯片掩膜商场规划挨近百亿美元，其间 2/3 来自晶圆厂自有产线。台积电只出产相对先进的掩膜版、并且只供自己的客户运用，就现已是全球最大的掩膜制作商。

台积电的先进封装事务始于 2009 年，退休高管蒋尚义重回公司，提出要做差异于传统封装的先进封装。他以为，芯片制程沿着摩尔定律飞速前进，但芯片之间封装的金属距离却在 110 微米上阻滞了 20 年，成为阻止技能前进和本钱下降的瓶颈，比方过宽的金属距离导致 GPU 和 DRAM 离得太远，会影响传输速度。

得到 400 名工程师和价值 1 亿美元的设备支撑后，蒋尚义带领团队开宣布第一代先进封装技能 CoWoS。CoWoS 由 CoW 和 oS 两部分组成，CoW 代表 Chip on Wafer，指的便是前述芯片封装在硅晶圆上的进程，oS 代表 on Substrate，再将封好的晶圆衔接在基板上。oS 更挨近传统封装，技能含量和赢利率不高，台积电至今仍将这部分流程外包给封测厂。

刚开端，本钱昂扬的 CoWoS 并没有取得商场认可。台积电献身部分功用、大幅低本钱，开宣布第二个先进封装技能 InFO，借此取得不弱于三星的芯片封装计划，招引苹果下单。

功用更佳、但本钱贵重的 CoWoS 终究也在坐了十多年冷板凳之后，等来人工智能芯片的需求迸发。即便今、明两年接连翻倍扩产，台积电的 CoWoS 产能依旧求过于供，估计到 2026 年才干供需平衡。

在先进的 AI 芯片中，先进封装的价值更高。据芯片职业分析师 Robert Castellano，一张英伟达 H100 出产本钱约 3000 美元，其间台积电先进制程代工费用为 155 美元，而先进封装 CoWoS 费用为 723 美元。

魏哲家说，现在台积电先进封装的毛利率已挨近公司全体毛利率（53%）。这个水平差不多是现在头部封测厂商的三倍。

出资先进工艺 “性价比” 变低，台积电加快进入晶圆代工 2.0

台积电的成功，首要在于它敢烧钱。台积电每年赚的钱，都会在买设备、建厂等本钱开支上花个洁净。在要害节点，不吝举债出资。

2010 年前后，苹果为自研芯片寻觅代工方，英特尔由于报价太低回绝。但张忠谋以为，苹果的大批量订单，将给台积电带来规划优势，所以找银行借了 70 亿美元为苹果建造产线，这笔钱差不多是其时台积电两年的赢利。报答则是台积电具有了全国际最有才能和志愿为先进芯片制作工艺买单的大客户，推进它树立商业循环——投入资金研制先进工艺，取得更多收入，能继续投入研制，并借此树立技能优势。

曩昔三年，台积电每年的本钱开支都超越 300 亿美元，超越全球前五大芯片规划公司（英伟达、高通、博通、AMD 和联发科）的净赢利之和。没有一家芯片规划公司乐意投入这么多钱建产线，但它们在剧烈的竞赛中继续开发先进芯片，终究都成了台积电的客户，让台积电的商业循环更安定。

英特尔、三星本来期望凭借公司内部的事务订单树立这样的商业循环。但跟着摩尔定律走向衰竭，芯片功用提高越来越难，出资研制先进芯片制作工艺更贵重。建造一座 28 纳米晶圆厂，需求出资 60 亿美元，5 纳米需求 160 亿美元，而到了 3 纳米则需求近 200 亿美元。

但更贵重的制作工艺给产品带来的收益越来越不显着，以至于上一年只需苹果挑选在 iPhone 上运用 3 纳米制程的芯片，第一次把高通等竞赛对手甩开。客户收购芯片的花费，便是晶圆厂的研制投入。三星、英特尔逐步在这场竞赛中败下阵来。

反而是不断阑珊的摩尔定律，成为打断台积电循环的潜在要素。芯片制程在纳米级走到极限，每两年把芯片上的晶体管尺度缩小一半，压榨出更多功用，变得愈加困难。一旦技能前进放缓，台积电靠高额投入树立的技能优势就会削弱。

台积电需求新的方法来延伸技能前进与出资循环的跑道，新的突破口便是先进封装工艺。从制作工序看，先进封装愈加挨近传统的芯片制作而不是封测，台积电对此投入多年、阅历丰富，在量产速度和良率上显着抢先于其他芯片制作或封测厂商。

台积电正在先进封装范畴仿制此前的烧钱循环。本年 7 月的财报电话会上，台积电 CFO 黄仁昭称，本年的本钱开支下限从 280 亿美元上调至 300 亿美元，其间 70% 至 80% 投向先进制作工艺，10% 投给先进的封装测验以及光掩膜技能，估计台积电 CoWoS 先进封装产能，今明两年都会翻倍增加。

现在，台积电正在研制下一代封装技能 SoIC，苹果现已预订了下一年的第一批产能。

台积电越要害，国际防备它犯错的价值也越大

单点故障（SPOF，Single Point of Failure）指的是那些只需一个部件失效，就会让整个体系溃散的要害零部件。

在芯片职业，接到最多订单的制作商会具有最多赢利，可以投入最多的钱，得到最先进工艺和最多的产能，然后以最好的技能和最低的本钱招引更多订单，获取更多赢利。

芯片这样快速改变且需求超高出资的超长赛道，现已孵化了多个 SPOF 公司——台积电、ASML、英伟达，它们互相依靠，树立了一条几乎没有弹性的供应链。

但在全球化不是必然挑选的今日，芯片成为国家间的竞赛兵器，大国政府也在企图纠正职业中的 “单点故障”。地域特点最强的台积电首战之地。

2017 年，美国政府托付一群芯片公司高管和专家学者研讨芯片职业的未来，他们在一份递送给总统的陈述里敦促政府加倍对国内芯片职业的扶持。曩昔几十年，除了芯片规划和设备环节依旧抢先，美国本乡的芯片制作比例所剩无几，并且没有一家光刻机制作商，益发依靠于几个软弱的瓶颈。

五年后，美国政府正式推出《芯片与科学法案》，为美国本乡建造晶圆厂预备了 390 亿美元补助，其间 66 亿美元给了台积电，要求它把相对先进的芯片产线建到美国。美国芯片制作商得到的补助更多，英特尔拿了 85 亿美元，美光 61.4 亿美元，从 AMD 分离出来的格芯也有 15 亿美元补助。

但是今日仅靠政府投入，现已很难和整个商场和全球顾客抚育出的芯片巨子竞赛。美国政府前期买走了硅谷芯片公司出产的一切芯片，而今日它的买量只占整个美国芯片商场的 2%，能给的钱也远比不上客户给台积电的。作为买家的苹果 CEO 蒂姆·库克（Tim Cook），对芯片职业的影响力或许比五角大楼的官员更大。

台积电美国工厂初期的建造本钱是我国台湾的至少四倍，两地天壤之别的作业文明让它很难在当地招到适宜人才、保持高效工作。在政府补助撬动下，雄心壮志到出产芯片并不经济的欧美大举出资的英特尔，堕入树立 56 年以来最严峻的财务危机。

假如有挑选，台积电的客户们也不乐意彻底依靠单一供货商。苹果一直以来习惯于培育第二、第三供货商，借此压低本钱、管控危险。唯一在芯片制作上，苹果自 2016 年起就只需台积电一家供货商。

但树立台积电这样的公司需求巨大投入，而想要纠正或代替它的价值更甚。

题图：视觉我国