台積電獨步天下,憑什么?
TSMC在芯片制造領域佔據絕對領導地位,其市場佔有率穩定在約60%,最大競爭對手三星電子的市佔率僅爲11%。TSMC作爲行業寡頭,其核心競爭力主要包括商業模式、經營理念、技術積累、產能管理、生態建設、企業架構,對同業企業極具參考價值。本文針對TSMC核心競爭力逐一探析。
商業模式:开創芯片領域垂直化分工的創新商業模式
即使進入人工智能時代,張忠謀始終認爲,最值錢的依舊是商業模式的創新。例如,美國的eBay、谷歌、亞馬遜,大陸的騰訊、阿裏巴巴都是以互聯網爲基礎的商業模式創新。即使是互聯網不發達的七八十年代,麥當勞、星巴克等企業也體現出商業模式創新的成效。
TSMC設立之初,芯片生產市場爲IDM模式,即從芯片設計、晶圓制造到封裝測試全產業鏈“一手包辦”的業務模式,IDM廠商爲英特爾、AMD等大廠。半導體行業發展遵循“摩爾定律”,即一年半到兩年之間,電晶體最小尺度的线寬縮小0.7倍(面積縮小約50%)。芯片生產中的晶圓制造和封裝測試環節均涉及重資產投資,每代技術更新均涉及新設備、廠房等大額新增資本性支出,因此只有IDM大廠有資金實力遵循“摩爾定律”。資金門檻將行業主要參與者局限於頭部企業,限制行業技術發展速度。
鑑於前述行業特點和格局,創始人張忠謀在TSMC創立之初就扮演專業晶圓代工廠的角色,僅制造芯片、不設計芯片,扮演行業中的“賦能者”,讓IC設計客戶專注於設計和創新,扶植大量有潛力的IC設計公司進行專業生產,促使整個半導體產業开啓了“Fabless-Foundry”垂直分工的運營模式,歷經30年逐漸改變了全球半導體產業版圖風貌。
張忠謀制定的策略,不僅與頗具規模的半導體公司合作,同時希望找到具有成長潛力的公司作爲合作夥伴。他認爲,只看現成大公司、不培養小型晶片設計公司是不利於晶圓代工產業長期發展的。細數2000年前後至今,被TSMC從小公司一路扶植到在產業佔有一席之地的IC設計公司有高通、博通、英偉達、賽靈思、聯發科、Marvell、Altera、LSI、Avago、Dialog、海思等。
經營原則:不與客戶競爭、密切服務客戶
1、不與客戶競爭
TSMC從創立之初便設立“從不與客戶競爭”的經營原則並延續至今。TSMC晶圓代工的客戶是IC設計公司,合作模式是IC設計公司將芯片內部設計細節交付代工廠,並和代工廠深入合作,以驗證性能並確定制造細節。因此,TSMC除了擁有專業技術,“不與客戶競爭”的經營原則確保了與客戶的利益協同。三星、英特爾等IDM廠商雖然可爲IC設計公司進行晶圓代工,但蘋果、高通、Nvidia等設計公司是IDM公司IC設計團隊的競爭對手。在客戶信任方面,TSMC具備三星、英特爾等IDM廠商不可比擬的優勢,也是TSMC在晶圓代工領域成功的祕訣。
TSMC憑借該優勢成爲蘋果的獨家供應商。例如,2015年蘋果爲獲得充足備貨,採取“雙供應商”模式,將iPhone 6S的A9處理器的訂單分別給三星的14納米工廠和TSMC的16納米工廠。蘋果A系列芯片是基於ARM指令集制定的定制化設計,相較ARM標准架構設計的A9有較高性能提升。到了2016年上半年,三星推出同樣使用14納米的新一代SoC Exynos 8890,用到了上述定制化設計架構,其單核性能和A9接近。到了A10,蘋果選擇TSMC作爲獨家供應商。相較於三星,TSMC與蘋果無競爭關系,蘋果在選擇TSMC時除了技術無虞,也不必擔心技術泄露,這也是TSMC成爲蘋果A10的獨家供應商的原因之一。
2017年5月,三星經業務診斷後,拆分了晶圓代工業務,採取與TSMC相同的事業結構,避免與客戶形成直接競爭關系,從一個側面說明了其認識到,客戶的信任才是最重要的基礎。部門拆分之後,有利於三星半導體事業部進一步競爭晶圓代工的訂單,使其在晶圓代工業務方面,有機會拉近與TSMC的差距。
2、密切服務客戶
與客戶高層保持密切聯絡。TSMC客戶集中度高,前10名客戶貢獻2/3收入,前20名客戶貢獻80%收入。TSMC CEO和這20~30名客戶保持密切聯絡,讓客戶感受到,一旦有問題可以隨時溝通。
執行層面,TSMC爲每家客戶配備數人的專職團隊,從設計、开發到生產全程提供協助。例如,爲了讓蘋果的 IC 設計可以更快導入TSMC生產體系,當時一組團隊進駐蘋果公司一兩年,將蘋果的設計順利引進TSMC廠房生產,顯著改善能耗、良率、效率。
技術:自主創新、穩扎穩打,保持長期優勢
TSMC長期佔據技術領先地位,除了研發費用每年保持在公司淨收入的8%以上、研發重點精准、研發模式合理之外,主要得益於堅持自主創新、技術積累扎實穩固、種類齊全,採用正確的競爭策略。
1、堅持自主創新、把握正確的技術路线
TSMC以3.0微米技術切入市場,多次引領技術創新。TSMC在關鍵節點把握正確的技術方向,堅持技術自主創新,完成技術趕超。
0.13微米節點之前,TSMC和聯電號稱“台灣雙雄”,兩家晶圓代工廠並駕齊驅,聯電營業收入一度接近TSMC。轉折點發生在0.13微米技術節點。彼時IBM率先發布0.13微米新技術,並計劃向TSMC和聯電兜售。TSMC回絕IBM,自行研發銅制程技術,並研發成功;而聯電選擇向IBM購买技術,進行合作开發。IBM的技術強項只限於實驗室,在制造上良率過低、達不到量產水平。2003年,TSMC的0.13微米自主制程技術驚豔亮相,客戶訂單額將近55億台幣,聯電則約爲15億台幣,“台灣雙雄”正式拉开差距。
在28納米節點上,制程技術可選擇先閘極(Gate-first)或後閘極(Gate-last),張忠謀選擇後者,而格芯和三星選擇前者。之後,TSMC良率迅速提升,三星和格芯則遲遲沒有進展。
在先進封裝領域,早在2011年剛推出28納米技術節點之時,張忠謀宣布TSMC跨入封裝領域,當時震驚業界,如今證明成果豐碩。先進制程已逐步逼近物理極限,每前進一步都需要投資天文數字,而先進封裝尚處於有着較高成本效益的階段,能夠更有性價比地提升芯片性能。TSMC整合扇出型(InFO)晶圓級封裝首度應用在iPhone的A10 處理器,進一步拉大與對手三星的差距。並在深耕十多年後,在AI時代看到了可觀的營收空間。AI及高性能計算等芯片對先進封裝技術的需求日益提升,其中,TSMC的CoWoS成爲AI服務器芯片廠商主要採用的封裝技術。
2、技術迭代穩扎穩打
TSMC技術積累扎實,基本遵循“摩爾定律”(一年半到兩年之間,電晶體最小尺度的线寬縮小0.7倍),依次推出90納米、65納米、45納米、28納米、20納米、14納米、10納米、7納米、5納米、3納米、2納米等技術。
基於學習曲线的積累,無論是在制程還是建廠的優勢,都是一步一腳印的經驗傳承,競爭對手無法做到彎道超車,TSMC得以長期保持技術優勢。
3、技術種類一應俱全
TSMC的特點是,圍繞終端應用進行技術布局,通過提前布局將終端應用所需技術填平補齊,確保其第一時間把握並充分挖掘市場商機,喫盡市場風口紅利。
例如,在智能手機領域,根據iPhoneX拆解報告,除了主芯片A11處理器由TSMC代工外,iPhoneX的無线充電IC、近距無线通訊芯片、LTE收發器芯片、模組、電源管理IC芯片、無线收發模組等功能模塊雖然由高通、博通、德州儀器、英特爾提供設計,但前述IC設計公司均在TSMC下單。因此,iPhoneX上市後熱銷,TSMC堪稱大贏家。
在物聯網領域,當“物聯網”被頻繁提及,展露發展勢頭時,TSMC着手打造物聯網“超級艦隊”,將智能手機技術布局經驗復制至物聯網領域。具體而言,針對物聯網未來藍圖提出進一步規劃,由當時的共同執行長魏哲家親自領軍督導,從制程技術、研發、策略發展、業務等各部門欽點精英團隊。“超級艦隊”在物聯網成爲新的市場熱點之前,加緊物聯網技術开發,特別是物聯網大量需求的特殊制程技術,從0.35/0.25/0.18微米到90/65/50/40納米的RF制程、嵌入式快閃存儲器制程等,將物聯網可能用到的技術盡可能一網打盡補齊,確保對於客戶需要的任何制程技術和產品規格,都能一應俱全,從而精准把握市場商機。
4、技術競爭出奇制勝
一是在技術扎實的基礎上“越級”研發。TSMC之前嚴格遵循“摩爾定律”,“按部就班”地推出90納米、65納米、45納米技術,2010年時任CEO的張忠謀突出奇招,跳過32納米,推出芯片面積縮小20%的28納米技術世代,效能、成本遠勝對手的32納米產品。三星、IBM、格羅方德陣營措手不及,28 納米成爲TSMC史上最賺錢、稱霸時間最長的一個技術節點。
二是以“夜鷹計劃”加快研發速度,趕超競爭對手。2014年,TSMC提出“夜鷹計劃”,即從4萬多名員工中組織300余人的研發工程師團隊專門值小夜班或大夜班,實現24小時不間斷加速研發,依靠投資1.5倍和2倍的人力和時間追趕技術。2016年底,夜鷹計劃初獲成功,攻克10納米節點。10納米之後還有7納米,7納米之後還有5納米,夜鷹部隊沒有原地解散,而是化整爲零,變爲常駐制度。
三是通過並行研發加快技術迭代進程。面對三星在先進制程技術上步步進逼,TSMC爲加快研發進程,改變以往研發部門完成一個制程研發移交給制造部門後,再开發下一個制程的流程,直接用兩個團隊平行研發,同時开發10納米和7納米制程,而非等10納米完成研發後再做7納米。因此,從16納米到10納米周期將近兩年,但是從10納米到7納米的時間爲5個季度。
四是通過提升季代產品兼容性提高迭代速度。研發團隊和運營團隊協同提高技術遷移速度,減少“轉化損失”。從20納米轉換到16納米時,以轉換產能替代新增產能,兩個技術節點在設備上的通用性約爲95%,不僅節省投資成本10億美元,而且節約設備、材料研發時間。從16納米轉換到10納米時,設備重復使用率超過95%,只有剩余5%爲轉換至10納米的新增設備,由設備、材料等合作夥伴开發。
產能:注重布局、調配和統籌管理
1、產能以新竹作爲“大本營”,設置備份產能
TSMC制造重心集中在台灣省,主要位於台中、新竹、台南三地。其中,新竹市科學工業園區是“大本營”,不僅是最早的工業園區,而且技術節點最爲全面,包括從450nm的成熟節點至2nm的先進節點;台南科學工業園區的技術定位爲16nm及以上的成熟節點和5nm、3nm的先進節點;台中科學工業園區的技術定位爲關鍵節點(28nm的成熟節點和7nm的先進節點)。從技術節點布局來看,技術節點對應的產能設置雙份,新竹、台南+台中分別覆蓋完整技術節點,從一定程度上來講,新竹、台南+台中互爲備用產能。
2、產能呈“聚落”分布,區域內調配靈活
不論是台灣省內的晶圓廠還是海外晶圓廠,TSMC採取的建廠策略是超大型晶圓廠(Giga Fab)群聚布局,形成“聚落”,也即選址工業園區後,在選址地不斷擴建,讓昂貴的設施能夠利用已有的基礎設施和工人,從而有效降低每座廠的平均廠務建置成本,同時全面量產時達到經濟規模。例如省內的南科Fab18廠區,包括4座5納米晶圓廠和4座3納米晶圓廠;海外的日本熊本廠也在計劃擴建第2座廠區,形成“產業聚落”。
TSMC核心工廠主要分布在台中、新竹、台南三地,三地之間產能調配高效靈活,可在一日之內高效調度逾300名以上的工程師。
3、產能雲端自動化統籌管理
TSMC的資產逐年提升,需提高管理效率方能保持TSMC的核心競爭力,即使擴廠,未來員工人數仍維持4萬多人左右,從而維持員工高薪。雲端自動化管理是提升綜合效率的必經之路。具體而言,存量和新建廠區通過雲端系統全部連线,實現跨廠合作,提升綜合產能利用率。例如,產能不足的廠區將生產資料共享雲端,用其他廠區機台實現生產,或是用其他廠區的機台通過雲端系統驗證本地廠區的生產程序。
4、順應逆全球化趨勢布局國際化產能
在地緣政治、逆全球化的行業發展趨勢中,TSMC的客戶愈加重視供應鏈安全,TSMC響應客戶需求,選取全球幾個重點國家或地區布局產能,增強客戶信任感。爲了維持技術領先,TSMC制定了N-1發展战略,具體而言,TSMC引到境外的工藝技術比台灣省本地公司的量產工藝低一代,將最先進的技術保留在台灣省。
(1)美國建廠
TSMC前往美國亞利桑那州建廠,主要是迫於地緣政治、客戶和市場壓力等多重因素,實爲一種“權衡”。對TSMC而言,最重要的是市場和客戶,2022年前十大客戶中,有七家公司總部位於美國,佔據當年總收入的約60%,特別是蘋果一家貢獻收入23%。
美國建廠的優勢是客戶類型全面,涵蓋智能手機、PC大部分應用領域,能夠輕松消化亞利桑那州產能,蘋果、英偉達、AMD三家CEO爲TSMC新廠站台,宣布將成爲首批客戶。劣勢是成本高昂、勞動力短缺、原材料中的水資源匱乏。相較在台灣省擴產的成本高出4~5倍,差異主要爲勞動力成本、許可證成本、通貨膨脹成本及人員和學習曲线成本等。預期通過政府補貼、降低成本來吸收海外晶圓廠的較高成本。
(2)日本建廠
2021年11月,TSMC宣布與日本索尼半導體解決方案(SSS)、日本株式會社電裝(DENSO)合資建設“JASM晶圓廠”,位於日本熊本縣,預計2024年底前投產,月產能5.5萬片晶圓,日本建廠相對美國建廠而言更務實些,沒選擇難度較大的先進制程,而是從28納米切入。
日本建廠的優勢主要包括政府補貼、市場需求和材料供應。一是約一半建設資金來源於政府。二是在熊本廠量產前,訂單已爆滿,包括日本汽車本田的車用半導體大單和索尼CIS訂單。根據訂單情況,TSMC擬在熊本縣加蓋第二座晶圓廠,規模與一廠保持相同。三是日本半導體材料大而全,在TSMC的材料供應商中佔據半壁江山,在TSMC決定在熊本开廠後,日本廠商趨之若鶩,確保其在材料供應上無後顧之憂。
(3)德國建廠
TSMC選擇德國薩克森的德雷斯頓,計劃2024年下半年开始動工興建晶圓廠,目標2027年底投產,月產能爲4萬片12英寸晶圓,可提供28/22納米和 16/12納米工藝,總投資金額超過100億歐元,TSMC將持有合資企業70%的股份並負責運營,博世、英飛凌、恩智浦各佔10%,其中,恩智浦、英飛凌、意法半導體等汽車半導體企業本身是TSMC的重要客戶。
德國建廠的優勢包括政府補貼、車用芯片市場和基礎設施。一是政府補貼預算至少爲70億歐元。二是德國車用芯片缺口巨大,市場前景廣闊,汽車產業是德國的支柱產業,缺芯危機影響德國汽車產量,在德國欲振興汽車工業之際,其自身晶圓廠有些捉襟見肘,因此TSMC的德國工廠成爲衆望所歸。三是德雷斯頓是不可多得的優質建廠選擇,作爲老牌工業城市,德雷斯頓是歐洲最大的半導體產業中心之一,被譽爲“歐洲硅谷”,已有完整半導體生產鏈及供應生態系統,因此,TSMC選址於此。
5、採取價格優惠策略實施錯峰生產
芯片生產淡旺季明顯,一般上半年爲淡季,下半年爲旺季。芯片客戶每逢旺季必搶TSMC產能,卻又每每搶不到,打亂上下遊產業鏈產銷計劃和客戶端的庫存管理計劃。
TSMC根據當年市場狀況可能採取價格優惠策略,實現淡季下單的“錯峰生產”,從而提高存量設備全年綜合產能利用率。例如,2019年上半年訂單能見度不佳,爲抵御市場需求低迷,以及美中貿易战新增的市場不確定性,TSMC在產業傳統淡季主動採取價格優惠策略,提升淡季訂單量。具體策略上,由於7納米及以下產能滿載,2019年降價策略主要鎖定12納米以上的成熟及特殊制程,以及8英寸制程等項目,優惠程度依據不同客戶而定。由TSMC業務代表向IC設計大廠號召在時間、地點上“錯峰”生產,一是2019年晶圓產能需求規劃盡早提出,須提前在傳統淡季生產,未依照事先提醒實施的,逾時不候,中途抽單概不受理,二是各家芯片客戶將主力產品分散到兩座以上的晶圓廠基地,避免集中在一家晶圓廠,以致訂單大幅堵塞。
從實施效果來看,不僅提高公司產能利用率,而且產生較強的虹吸效果,IC設計廠一般會抽離原本在其他晶圓代工投片的訂單,優先向TSMC投片,造成中芯國際、聯電等競爭對手的訂單被排擠。
生態系統:聯合上下遊建立以TSMC爲核心的“虛擬IDM”
在65納米階段,TSMC啓動了开放創新平台(OIP)計劃。OIP 聚集EDA和IP公司等所有與IC設計相關的重要參與方,與TSMC晶圓制造聯手形成“虛擬 IDM”。目的是確保IC設計企業獲得充分的技術支援,使用成熟完善的EDA工具,有效降低設計時可能遇到的種種障礙,進一步聚焦於IC設計,並提高首次投片即成功的概率,TSMC客戶服務與接單能力得以增強。目前,OIP擁有超過3,000名TSMC員工,以及來自100多家OIP合作夥伴的10,000名員工。OIP 現在擁有43,000個技術文件和2,800個PDK。
企業架構:效仿國際頭部企業,創設雙首長接班制
1、股權結構分散
分散的股權結構有利於經營團隊能獨立做出對公司最佳的經營決策。創辦人張忠謀持有TSMC股份0.48%,兩位繼任者持有的股份更少,TSMC前十大股東全部是全球重量級投資機構,與硅谷公司類似,和亞洲企業股份多半集中在創辦人家族的狀況完全不同。
2、董事會由世界級專業人士組成
TSMC董事採取提名制,在股東大會由股東投票選出,因此董事會須拿出績效,確保股東權益,才能得到投資人的支持。TSMC董事會由世界級專業人士組成,以豐富從業經驗提出合適的建議。TSMC的獨立董事延吉布斯,是帶領德州儀器再起的關鍵人物,另一位董事史賓林特,曾任全球最大半導體設備公司應用材料董事長。董事會成員構成與英特爾類似,英特爾獨立董事在董事會的席位數達8成,除董事長和執行長,其他董事由知名律師、財務專家、知名企業人士組成。
3、雙首長接班制
參考美國500強企業中一半實施“董事長和總經理並行”,創始人張忠謀創設“雙首長平行領導”模式,即面向股東和政府的是以劉德音作爲董事長爲代表的TSMC,面向客戶和供應商的是以魏哲家作爲CEO爲代表的TSMC,同時魏哲家也負責財務和法務。公司向CEO總裁匯報,總裁向董事會匯報。
股價和經營績效是考核新經營團隊最重要的指標,具體表徵爲:如果股價和經營績效節節攀升,則證明決策品質沒有問題;但如果股價持續下挫,董事會將採取措施以保證股東權益。
標題:台積電獨步天下,憑什么?
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