制造的天花板:台积电和中芯国际的未来抉择

如果台积电在未来的多年内,在去美化为华为供货上毫无作为,而中美关系在未来走向越来越差是很有可能的,这必然会让其他中国大陆芯片公司感到可靠供应的重要性,从而有更大的动力转向中芯国际和华虹等本土厂家。

今天简单聊一聊中芯国际和台积电,

面对美国对华为的制裁会怎么做,以下只是一点想法和思考。

我们先说台积电,台积电会为了华为建立去美化产线吗?

台积电由于地处台湾地区,而不是在中国大陆,这注定让其能做到的极限就是一家对客户负责的商业公司。

我们要承认台积电在商业领域的专业性,在台积电的财报里面,他们总是会在开头强调台积电的核心价值:“诚信正直,承诺,创新,客户信任”。

我们也要相信台积电是一家对客户负责任,并且又富有创新能力的公司,

这也是台积电能做到今日占全球代工市场份额超过50%之惊人成就的原因。

一家商业公司,如果不能做到对客户负责,是不可能做大做强的。

因此台积电在120天缓冲期,必然会尽力为华为生产尽量多的芯片,给与华为支持。

同时也必然会向美国政府提出申诉,力争能够继续向华为供货。

但是做产线去美化,台积电在逻辑上是没有动力的,因为这尽管表面上不违反美国的禁令,但是却违背了美国制裁华为的本意,也是损害美国半导体生产设备厂家的利益的。

对于作为商业公司的台积电来说,损失华为只是损失了2019年销售额的14%而如果得罪了美国,则可能会危及到自身100%的销售额,毕竟美国不管是半导体设备和材料技术,还是对台湾的政治影响,以及军事能力,都有绝对的优势。

14%100%,即使从成就客户的角度,台积电作为一家商业公司很容易做出选择,为什么要为了华为一个客户,而让其他客户承担风险呢?

更何况,华为的14%其实是可以被其他厂家填补的,毕竟台积电作为全球芯片制造技术最为领先的公司,并不太需要为订单发愁,只要他的技术和管理还是业界领先的话。

即使台积电发现,自己有能力在技术上推动上游厂家去美化,从而获得为华为供货的机会,并且发现美国也根本无法在技术上遏制住自己所有的正常生产制造,

也需要考虑美国对台湾在政治和军事上的强大影响力,美国只要对蔡英文政府施加压力和影响,那么台积电的努力也很可能也无法继续,要知道荷兰的体量比台湾更大,也无法违背美国禁止向中国出口EUV光刻机的意志。

和中芯国际相比,台积电的未来是畅通的---只是少了华为而已。

它可以自由的获取一切想要的半导体设备和原材料,

使用一切市场上流通的商业软件,并没有任何限制。

不像中芯国际必须搞去美化(为什么后面再说),而台积电则是有选项的。

台积电的长期隐忧

台积电选择遵守美国禁令,也不搞产线去美化,从长期来看,这样做并非毫无风险,

因为不给华为供货,也不搞去美化,这事实上就是一种站队。

尤其是从长时间来看,最大的风险有两个,

一是会在中美竞争的大背景下,台积电被中国大陆客户视为不可靠供应来源

目前全球各国的芯片设计产业发展速度,中国大陆无疑是全球最快的,根据中国半导体行业协会的数据,2019年中国大陆的芯片设计产业销售额增长了19.7%,占全球比例首次超过10%

10%的全球比例虽然不高,但是已经是一个无法忽略的数字了,继续保持这样的增速,

那么中国大陆的半导体设计厂家的市场份额毫无疑问将会继续扩大,

那么如果再翻一倍,就是占全球比例从10%20%,而这给全球业界带来的影响,是注定会比从5%10%要大的。

请注意,如果能保持20%的增速,实际上4年就能翻一番(2.07倍),由于受形势刺激,国内各大企业都在加大对芯片设计产业的投入,我们从2018—2020年芯片类专业校园招聘的薪资涨幅就可以看出来,因此保持这个增速问题不大,

我们可以保守点,5年翻一番,那么到2024年也能够在2019年基础上翻倍,占全球比例20%,那么在2025年之后,中国芯片设计产业在全球比例20%基础上再增长,比例就逐渐冲着30%去了。

而在此背景下,如果台积电在未来的多年内,在去美化为华为供货上毫无作为,而中美关系在未来走向越来越差是很有可能的,这必然会让其他中国大陆芯片公司感到可靠供应的重要性,从而有更大的动力转向中芯国际和华虹等本土厂家。

二是中国下游品牌份额在越来越大,因此中芯国际必然会搞去美化(为什么文章后面讲)

一旦几年内搭建出去美化产线,即使只是一条工艺水平较低的线,

也意味着中芯国际将独享华为订单,得到华为的大力扶持,

这对台积电来说,相当于是让华为专心和尽全力扶持自己的竞争对手。

我们可以从全球十大芯片购买企业的金额来看,下图来自Gartner,体现的是2019年全球购买半导体金额最多的10家公司,

其中华为全球第三购买了208.04亿美元的芯片,其中海思自研的芯片大约50%

可以从华为给台积电的采购订单看出来,台积电2019年的营收中来自海思的占了14%,而当年台积电的营收为357.74亿美元,这意味着差不多50亿美元的代工订单来自华为。

我们也可以据此反推,加上各种费用和利润,海思的营收在100亿美元以上。

除了华为之外,其他全球芯片采购大户还有联想全球第四,步步高全球第六,小米全球第八,鸿海全球第十位。

也就是2019年的十大全球芯片买家,中国占了五家,

而如果看增速的话,2019年购买芯片的增速小米,华为,鸿海,步步高占据了前四位,也就是购买芯片增速最快的都是中国公司(当然鸿海属性特殊点)。

2020年的今天,除了华为的海思以外,OPPO, VIVO,小米都在以不同的形式在投资芯片设计产业,

20191210日,OPPO在深圳举办了一场未来科技大会,OPPO创始人兼CEO陈明永登场做了演讲,

他透露OPPO2019年的研发总投入是100亿人民币,

未来三年(2020-2022)OPPO总研发投入预计将达到500亿人民币,最重要的投入将会放在核心的硬件底层技术和软件工程架构。

而在2018年底陈明永的演讲中,他说OPPO当年的研发投入是40亿人民币。

今年OPPO在大量招聘芯片设计人才在上海进行芯片研发。

其他公司如VIVO也招聘了不少芯片研发人员,

而小米则更多是以股权投资的形式加码国产芯片设计产业。以上都是在几年前还不存在的情况,也充分说明了中国公司在越来越意识到芯片设计工作的重要性。

那么对台积电来说,有可能永远不搞去美化吗?

中芯国际一旦去美化上路了,将会稳定的获得华为的订单,

这将会大大促进中芯国际的发展,而中芯国际的技术进步反过来又会吸引更多的大陆品牌转投中芯国际,这将是台积电长期面临的一个问题。

对于台积电,另外一个不确定因素就是中国大陆的反制,

我在上一篇文章写过,中国大陆的庞大市场是绝佳的武器,完全可以利用巨量的市场规模要求台积电制定去美化产线时间表,

仿效美国对华关税随时间的推移层层递进的方式,

迫使台积电生产的一切最终会在中国大陆销售给最终消费者的芯片,

其产线必须逐步去美化,否则将会征收高额关税,这将使得其竞争对手三星,中芯国际等获利。

我个人认为,如果没有外力驱动,例如我上面提到的中国大陆的关税武器,

台积电在中短期内主动搞去美化产线的可能性接近为零。

再说中芯国际,

中芯国际为代表的中国芯片代工制造现在已经处于事实上被制裁状态,由于得不到EUV光刻机,它的技术上限已经被美国封锁,预计2-3年内到达技术上限,美国已经给我们设置了天花板,也就是说,如果我们搞不定国产半导体装备,那么中国制造将会停留在7nm的天花板。

中芯国际的14nm在去年(2019年)底才刚刚量产,

现在还在产能爬坡阶段,真正开始放量要到今年年底。

他的相当于台积电10nmN+1要在今年底才开始小规模量产,

而相当于台积电7nmN+2要开始小规模量产最快也要到2021年底-2022年了。

注意,中芯国际从未正式宣布N+1N+2相当于台积电的哪个节点,以上是外界根据其公布的相对14nm的性能和功耗改进数据做的估计。

目前中芯国际的两个挑战:

第一个是大客户困境,

现在华为遭受制裁,那么根据美国的禁令,使用了美国设备的中芯国际也是不能为华为代工的,华为不仅是中芯国际的核心客户,也是最先进14nm制程的最主要客户,这会让中芯国际在营收方面受到较大的影响。

当然,这对中芯国际来说,还是可以克服的,毕竟国内芯片设计产业在蓬勃发展,而且华为海思的被制裁,也让大量国产厂家感到唇亡齿寒,因此中芯国际是有大量的潜在客户的。

第二个是美国制裁

我们在思维上还普遍认为半导体产业界就是华为在被制裁,这是错误的。

首先我国三大存储器项目之一的福建晋华项目就被美国制裁了,晋华现在就在美国的实体清单上,享受和华为一样的待遇,而晋华项目现在也处于停滞的状态。

而另外实际上,中芯国际受制裁比华为还早,或者说中芯国际现在已经在被美国制裁了,只是形式表现不是以美国政府官方禁令的形式。

中芯国际在2018年向ASML采购的EUV光刻机本来应该在2019年就到货,但是因为美国的阻拦,至今未能到达中国,这其实就是对中芯国际的制裁,我们要清楚的认识到这一点。

我们估计EUV光刻机在短期内到达中国的可能性很小,尤其是美国现在对中国越来越走向对抗。

也就是对中芯国际来说,其当前技术发展的上限已经被美国锁定在了7nm,再想往下就受制于EUV的光刻机了。

而中芯国际在梁孟松的带领下,预计将在2021-2022年实现N+2工艺的量产,也就是说从现在开始计算,中芯国际还有2年的时间就将达到自己技术能力的上限。

或者说我们保守一点,中芯国际2023年也会到达自己的技术上限。

那么中芯国际在下一步如果想继续向前,那就必须要等待国产EUV光刻机登场了,而根据我国的中国制造2025规划,攻克EUV光刻机的时间是在2030年,还要算产线验证时间的话,还要再一两年,那就得到2032年了。

那么这对中芯国际甚至对整个中国来说,将是非常尴尬的局面,这意味着如果不能获取EUV光刻机的话,那么在2023—2032年长达10年的时间,芯片制程要停留在7nm

当然了,我们相信无论是国家,还是华为,都会看到这个巨大的短板,

10年的时间不进步将是难以估量的损失,一定会采取行动,加大资源投入,加快EUV光刻机的研发进度。

在当前来说,对中芯国际最有利的选择,

第一是其将在华为禁令120天缓冲期后暂停对华为的供货,

遵守美国禁令,因为其当前需要美国设备完成14nm产线建设,以及在未来一两年内也需要美国设备实现N+1N+2的量产。

第二是争分夺秒抢时间,

一边是在2-3年内也就是在2022--2023年完成N+1N+2工艺的量产,达到自己的技术上限,同时要完成产能扩充。

一边全力和上游的半导体生产设备厂家配合实现建设一条去美化产线。

基于目前国产光刻机的进度,要争取在2022-2023年建立一条包括国产化设备在内的28nm节点去美化产线。注意,我们把目标先定为建立一条,而不是所有产线都去美化,毕竟今年中芯国际还在买美国设备,不可能两三年内就折旧完不用了。

简单的说,

中芯国际在未来两三年成功突破N+2工艺,实现7nm量产之后,

做产线去美化就是唯一向前的道路了,否则技术就无法继续进步。

也就是说,中芯国际必须从现在开始,

在工艺节点从14nm7nm推进并且逐步实现量产的同时,就开始把去美化作为战略任务来抓,推动上游的半导体生产设备厂家一步步的,逐步实现28nmN+2产线的去美化。

你总不能说,我现在在产线去美化上面什么也不做,等到了2022-2023年做到7nm了,发现无法继续向前进步了,这个时候才开始大搞去美化,那就晚了,我们没有多少时间可以浪费。

对于中芯国际来说,必须要争分夺秒,

因为如果动作慢了的话,甚至以上的计划都会难以按时完成。

美国这几年来对中国的动作在越来越多,

2020515禁令的120天后如果美国如期开始对华为的限制而不延期,

那么必然导致我国开始公布不可靠企业清单进行反击,

预计伟创力,联邦快递,高通,思科,波音等都是潜在反击对象。

那么美国会不会再进一步反报复,如果反报复的话,毫无疑问中芯国际是热门的被打击对象,这一切按照底线思维来说,都是可能发生的。

所以当前中芯国际越快购入美国设备扩充产能,越快在制程上进步到7nm并且规模量产,同时越快的从28nm一直到N+2工艺的设备搞去美化,

则对我们越是有利,毕竟中芯国际所在的行业和华为一样,都是战略产业,

也是美国半导体产业链上最薄弱的环节之一,美国半导体几乎在各个环节都是数一数二甚至绝对垄断(EDA, 芯片设计,半导体生产设备,半导体原材料),唯独在制造领域不行。

下图是按照IC insight的数据,2018年底全球晶圆产能的分布,

中国台湾世界第一,而韩国是世界第二,

日本世界第三,美国世界第四,中国世界第五。

可以看出在芯片制造领域,美国的优势相比于其他领域大大降低,实际上按照中国大陆的扩产速度,美国的晶圆产能今年(2020年)肯定被中国大陆超过了,那么2020年美国的晶圆产能只能排在世界第五位,排在中国台湾,韩国,日本,中国大陆之后。

这也是美国游说三星,英特尔,台积电在美国设厂的原因,事实上是为了弥补自己在制造方面的不足。

半导体制造业对美国是如此的重要,反过来遏制中国芯片制造的也变得重要,

所以中芯国际被美国打击,从2018年购买EUV光刻机的时候就已经开始了。

我国也非常清楚这一点,不只是大基金和上海地方基金在今年5月份给14nm的中芯南方注资,而且中芯国际在火速回国在科创板上市,由于各方面都知道紧迫性,因此上市速度会非常快。中芯国际必须争分夺秒,不只是为华为,也是为自己。

中芯国际的长期发展速度取决于国产设备的进度

国产半导体设备,要想追上国际同行的水平,时间还很长,

但是再过三年的时间,将会有初步规模。

我们以国内的龙头企业北方华创为例子,

2019年北方华创的营收是40.58亿元,同比增长22.10%;归属于上市公司股东的净利润3.09亿元,同比增长32.24%

其中半导体生产设备的营收为25.93亿元,净利润为7771.3万元。

2016年对比,2016年北方华创半导体设备营业收入为8.13亿元。

也就是说,从增速来看是很快的,三年的时间半导体生产设备的营收从8亿进步到了26亿,

当然也要注意,北方华创半导体生产设备相当一部分是LED芯片生产设备和光伏电池片生产设备,集成电路制造设备也只是其中的一部分。

2019年半导体生产设备营收26亿人民币,也就是差不多3.7亿美元,在全球是什么水平?

我们可以看下美国的半导体行业调查公司VLSI Research20203月发布的2019年全球半导体设备厂商的销售额排名(速报值)

全球第15位的佳能,营收也有6.92亿美元。北方华创是佳能的大约53.5%

而全球前十位的门槛要达到15亿美元了。

目前由于美国开始利用美系生产设备打压中国的发展,以及国内芯片制造厂在大规模扩产,给国产半导体厂家带来了很大的机会,

2020年第一季度报告,北方华创实现整体营业收入9.38亿元,同比增长32.49%

实现归母净利润2648.65万元,同比增长33.01%

我看国内证券公司的报告,甚至认为北方华创2022年营收能够超过120亿人民币,是2019年的三倍,而以2019年为例,半导体生产设备占了公司营收的63.9%如果按照同比例计算的话,那2022年半导体生产设备的营收就有70-80亿了。

先不管证券公司预测的这个数字的准确性,

如果实际比预测发展慢一点就是到2023-2025年

或者说营收数字再少点半导体生产设备50-60亿人民币,

总之快则三年内(2023年),慢则五年内(2025),北方华创也能进入全球前15位,

将会是一家在全球看也有初具规模的半导体生产设备公司了。

或者这样说,作为中国半导体生产设备的龙头企业,

如果对标美国应用材料这样的全球龙头企业的话,北方华创来自半导体生产设备的营收还有在2019年基础上增长30倍的潜力。

如果是对标日本的龙头企业东京电子,美国LAM research这样的企业,那么北方华创的半导体生产设备营收还有增长20倍以上的潜力。

潜力其实就是差距,所以即使再过10年,中国半导体生产设备发展的故事也不可能讲完,

我们的期望,也就是能够争取在2022-2023年实现建设一条28nm节点去美化产线能够开始生产。

到时候预计目标只是搭建一条去美化的28nm节点产线开始生产,其他的28nm产线仍然要依靠美国设备生产,直到国产设备的水平基本能够追平美系设备为止。

而即使是这个“一条去美化生产线”的小目标,也只是有完成的可能性,毕竟半导体生产设备去美化这样的事情,目前还从来没有人做过。

而如果要继续实现7nm以下的产线实现去美化甚至国产化,

还要等EUV光刻机等各种国产生产设备的研发进度,

预计除了EUV光刻机以外的其他设备的进度都会快于EUV光刻机。

以北方华创对2019年的总结为例,称在2019年,

“公司12吋集成电路装备在工艺验证、工艺拓展及下一代关键设备研发方面取得长足进步,年内推进了二十余种新工艺的开发验证,下一代先进技术核心设备研发也取得较好进展。”

由于EUV光刻机是瓶颈,相信2030年做出EUV光刻机的时间节点必然会修改,因为这个时间节点已经早已不适应时代的发展需求。

实际上这个时间点是来自于2015年中国政府公布的《中国制造2025》,也就是这也是5年前制定的规划,那么该报告开始论证,则是2015年之前的事情了,那个时候的世界跟今天完全不一样,我们今天熟知的长江存储和合肥长鑫在2015年甚至还都不存在,中兴第一次被制裁还是在2016年的事情,第二次制裁是在2018年。

当时制定EUV光刻机规划的人们,估计也很难预感到5年后形势变化会如此激烈。

因此加大资源投入,重新制定EUV光刻机研发节点是必然的事情,这个时间会提前到什么时候我们就不去猜测了,但是必然会从2030年大大提前,

相应的其他国产半导体生产设备的进度也需要能够跟得上,以配合7nm以下的去美化产线搭建。

华为将成为中芯国际的X因素

华为必然会深度和中芯国际,国产半导体生产设备厂家三方合作,注入研发资源力推,加快研发去美化产线的时间节点。

但是我认为华为一定会走上小规模IDM的道路,

原因有两个,

一是行业内的大公司,一向都是多供应商策略,相信华为更是如此,台积电这个主胎爆掉之后,中芯国际毫无疑问成为了主胎,

但是我认为华为不可能接受其海思芯片代工制造只有中芯国际一家先进供应商,势必会需要找备胎,而国内其他厂家在技术上的进度也不可能赶得上中芯国际,而华为对先进芯片有迫切的要求,因此华为很可能也自建小型生产线进行技术验证和小规模生产,确保自家核心业务的芯片发货需要。

二是按照本文前方的分析,中芯国际在2022-2023年到达7nm极限之后,由于EUV光刻机等国产半导体设备的限制,将会使得中国长时间停留在7nm芯片时代,这个时间如果按照当前公开的规划节点的话,将会持续10年以上。

作为华为,必然是难以忍受如此长时间的使用落后工艺芯片参与市场竞争,很可能会亲自上阵推动和加快产业发展。

在之前的文章写过,美国当前禁令并没有限制华为“自己使用美系设备为自己生产芯片”,美国人没有这样规定倒也算不上漏洞,是因为华为本来就并不具备自产芯片的能力。

所以华为如果自建小规模产线,至少开始是可以搭建含美系设备的产线进行技术学习的,之后再逐步实现去美化。

对于华为来说,想办法获取半导体生产设备并不困难,

因为目前国内除了28nm节点光刻机暂时没有,其他工段大多都有国产化设备了,即使还不堪重用,也可以和国产设备厂家一起改进。

另外华为还可以购入非国产的生产设备,办法有很多,从日本,欧洲,韩国进口,另外一个简单的例子,已经停滞的福建晋华项目,有没有已经购入安装的生产设备?

简单的做个总结,

对于未来五年国产半导体设备的发展的期望,只是能够支撑国产芯片生产和设计厂家活下去;

而对未来十年的期望,是能够逐步的接近甚至部分追上最先进的制程设备;

对于十年后的期望,也即是10-20年后才有可能开始实现超越,也就2030年以后的事情了。

因此如果按照以上时间节点的话,意味着至少在未来十年内,我们将始终面临使用较为落后的产线,生产较为落后的芯片的局面,这意味着中国公司必须在芯片落后的情况下通过高水平的系统硬件设计,算法,材料,其他先进元器件来提升产品的总体性能。

因此对我们来说,国产半导体产业,尤其是国产半导体生产设备产业的故事还远远没有讲完。

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