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2023年11月3日

來更新一下積體電路製造服務公司,台積電(2330.TW)

來更新一下積體電路製造服務公司,台積電。


台積電,民國七十六年成立於台灣新竹科學園區,並開創了專業積體電路製造服務商業模式。台積電專注於生產由客戶所設計的晶片,本身並不設計、生產或銷售自有品牌產品,確保絕不與客戶競爭。基於這個創始的原則,台積電成功的關鍵就在於協助客戶獲得成功。台積電的專業積體電路製造服務商業模式造就了全球無晶圓廠IC設計產業的崛起。自創立以來,台積電一直是世界領先的專業積體電路製造服務公司,單單在民國一百一十一年,台積電就以288種製程技術,為532個客戶生產1萬2,698種不同產品。


台積電提供客戶完備的製程技術,並且持續投資先進製程技術、特殊製程技術,以及先進封裝與矽堆疊技術, 以提供客戶更多附加價值。 


除了擁有在先進製程技術和特殊製程技術的領導地位, 台積電亦提供TSMC 3DFabricTM-完備的三維矽堆疊 (3D Silicon Stacking)和先進封裝系列技術,與其製程技術發揮相輔相成的效益。TSMC 3DFabricTM系列技術為客戶提供更靈活的晶片設計彈性來釋放創新,是台積電有別於競爭對手的另一差異化競爭優勢。


台積電的眾多客戶遍布全球,為客戶生產的晶片廣泛地被運用在各種終端市場,例如高效能運算、智慧型手機、物聯網、車用電子與消費性電子產品等。如此多樣化的晶片生產有助於緩和需求的波動性,使公司得以維持高產能利用率及獲利率,以及穩健的投資報酬以因應未來的投資。


民國一百一十一年,台積電保持其在全球半導體業之積體電路製造服務領域的領導地位,其產出佔全球半導體(不含記憶體)市場產值的30%,較民國一百一十年的26%增加。台積電的成長,主要係因5G及高效能運算 (High Performance Computing, HPC)產業相關應用持續擴增所致。 


台積電及其子公司所擁有及管理的年產能超過1,500萬片十二吋晶圓約當量。公司在台灣設有四座十二吋超大晶圓廠(GIGAFAB® Facilities)、四座八吋晶圓廠和一座六吋晶圓廠,並擁有一家百分之百持有之海外子公司-台積電(南京)有限公司之十二吋晶圓廠,以及二家百分之百持有之海外子公司-WaferTech 美國子公司、台積電(中國)有限公司之八吋晶圓廠的產能支援。


市場概況

(A)智慧型手機

由於受到全球嚴峻的COVID-19疫情、烏俄戰爭和較高通膨的影響,智慧型手機的單位出貨量在民國一百一十一年衰退11%,反映出5G商用化的趨緩和4G市場的快速衰退,這樣的結果延長整體換機週期。這樣的情勢可能無法在短期恢復,台積電預估民國一百一十二年智慧型手機市場將呈現低個位數百分比衰退。長期來看,由於智慧型手機持續演進至5G,加上擁有更高性能、更長電池使用時間、生理感應器及更多人工智慧應用,將持續推動智慧型手機銷售。


高性能與高能源效率的積體電路技術是手機製造商的基本要求,而高度整合的晶片和先進的3D封裝設計是最佳化成本、能耗及規格(晶片面積與高度)的首選解決方案。在人工智慧應用、各種複雜軟體運算與高解析度視訊處理的高效能需求刺激之下,先進製程技術將持續推進。台積電在製造高度整合晶片和先進3D封裝設計是公認的製程技術領導者,因此在服務智慧型手機市場處於非常有利的位置。


(B)高效能運算 

高效能運算平台包括個人電腦、平板電腦、遊戲機、伺服器、基地台等。民國一百一十一年,主要高效能運算產品單位出貨量衰退了11%,主要歸咎於居高不下的通貨膨脹、整體經濟不確定性,以及過度準備庫存導致消費者端之需求疲軟。在此同時,伺服器與數據中心升級週期維持相對健康,以容載快速成長的資訊流量,並滿足在人工智慧應用上日益增加的需求,以及持續的5G基地台部署。 


儘管受到COVID-19刺激而加速之數位化轉型已導致與高效能運算相關之半導體需求產生結構性的成長,經濟逆風將跨大影響個人消費者與企業客戶兩方面的需求。 因此,台積電預估民國一百一十二年高效能運算產品單位出貨量將呈現另一個低十位數百分比衰退。長期來說,隨著產業開始邁入5G時代,一個更智慧化且更加互聯的世界,將會激起對運算能力及低耗能運算的強烈需求。這些都需要更高性能及更佳功耗效率的中央處理器、繪圖處理器、網路處理器、人工智慧加速器與相關的特殊應用積體電路,並將驅動整體高效能運算平台朝向更豐富的半導體含量、更先進製程技術與3D封裝邁進。 基於公司在這些領域的技術領先地位,這些趨勢對台積電是有利的。


(C)物聯網

物聯網平台包含各式各樣的「智慧」聯網裝置,如穿戴裝置、音箱、健康裝置、家庭自動化裝置、城市與製造等。


由於COVID-19疫情改變了消費者的生活與工作型態,並加速了企業的數位轉型,民國一百一十一年物聯網裝置單位出貨量成長18%,並以智慧健康與智慧零售/智慧製造裝置為主要成長動能。 


這樣的成長趨勢將持續,但由於全球通膨將對消費者相關物聯網裝置之出貨造成些許影響,導致民國一百一 十二年的物聯網單位出貨量將成長約低十位數百分比。 此外,由於物聯網裝置將採用更多的人工智慧功能,物聯網裝置將需要更高性能並更省電的控制晶片、聯網晶片與各種感測晶片。台積電除提供業界最領先先進技術,更提供超低功耗(Ultra-Low Power, ULP)與各種特殊製程技術,以強化客戶的競爭力,達到產業ESG永續發展需求,並協助客戶贏得市場。


(D)車用電子 

由於晶片供應改善的帶動,民國一百一十一年全球汽車單位銷量成長7%,但是部分成長受到烏俄戰爭造成的持續供應鏈中斷,以及COVID-19在中國蔓延時的零星停工所抵銷。邁入民國一百一十二年,預期終端需求將受到高通膨及宏觀經濟不確定性的影響,全球汽車單位銷量將僅有低個位數百分比的成長。 


整體汽車產業正朝向更環保、更安全與更智慧化的方向邁進,這將加速電動汽車(EV)、先進駕駛輔助系統 (ADAS)及智慧座艙資訊娛樂系統的採用,加上新的電子/電氣(Electrical/Electronic, E/E)架構,所有這些將帶動AP/MCU/ASIC處理器、車內網路、感測器,以及電源管理晶片的需求增加,從而使每輛汽車的半導體含量不斷提升。台積電提供多種車用製程技術,使客戶能夠在汽車市場上提供具有競爭力的產品。 


(E)消費性電子產品 

物流中斷(如塞港)導致電視供應鏈的交貨時間延長, 影響主要零售商超額預訂而導致民國一百一十一年庫存過多。同時,通貨膨脹、升息及中國清零政策封鎖導致電視、機上盒(STB)和其他消費產品的需求疲軟。總體而言,受庫存調整和需求疲軟的影響,民國一百一十一年數位消費性電子市場總出貨量下降11%。


對經濟衰退的擔憂可能會推遲數位消費性電子市場的需求復甦,預計民國一百一十二年全球數位消費性電子出貨量將呈現低個位數跌幅,其中較高階部分,例如大尺寸螢幕、120Hz/144Hz高幀率電視、語音AI控制及WiFi6無線連接將持續呈現正成長。此外,無論經濟何時恢復,台積電的先進技術將持續協助客戶在DCE市場創造和提供差異化的創新產品。


五個技術平台

針對智慧型手機、高效能運算、物聯網、車用電子,以及消費性電子產品這五個主要市場,及因應客戶需求從以製程技術為中心轉變為以產品應用為中心,台積電已經分別建構五個對應的技術平台,提供客戶完備且具競爭優勢的邏輯製程技術、特殊製程技術、矽智財,以及封裝測試技術,協助客戶縮短晶片設計時程及加速產品上市速度。這五個技術平台分別為:


(1)高效能運算:

在巨量數據運算和應用創新的驅動下,高效能運算已成為台積電業務增長的主要動力之一。台積電為無晶圓廠設計公司及系統公司客戶提供領先的技術,例如N3、N4、N5、N6、N7和12奈米/16奈米鰭式場效電晶體等邏輯製程技術,以及包括高速互連技術等完備的矽智財,以滿足客戶產品在任何地點和時間傳輸和處理大量資料的需求。尤其是,台積電推出了第一個為高效能運算產品所量身打造的製程技術-N4X,在台積電5奈米系列製程技術中,展現極致效能與最高運作時脈。基於先進製程技術,多種高效能運算產品已被導入市場,例如個人電腦中央處理器(Central processing unit, CPU)、繪圖處理器(Graphics processor unit, GPU)、可程式邏輯閘陣列(Field programmable gate array, FPGA)、伺服器處理器、加速器、高速網路晶片等。這些產品可以應用於當前及未來的5G/6G通訊基礎設備、人工智慧(AI)、雲端(Cloud)和企業資料中心 (Data center)。台積電也提供涵蓋CoWoS®、InFO和 TSMC-SoIC®的多種先進TSMC 3DFabricTM封裝及矽堆疊技術,協助完成異質和同質晶片整合,達到客戶對高效能、高計算密度和高能源效率、低延遲以及高度整合的需求。台積電將持續優化高效能運算平台,並強化與客戶協同合作,以幫助客戶掌握高效能運算領域的市場成長。 


(2)智慧型手機:

針對客戶在頂級產品的應用,台積電提供領先的3奈米鰭式場效電晶體(3nm FinFET, N3)、4奈米鰭式場效電晶體(4nm FinFET, N4)及5奈米鰭式場效電晶體(5nm FinFET, N5)等邏輯製程技術以及完備的矽智財,更進一步提升晶片效能、降低功耗及晶片尺寸大 小。針對客戶在主流產品的應用,則提供廣泛多樣的邏輯製程技術,包括6奈米鰭式場效電晶體(6nm FinFET, N6)、7奈米鰭式場效電晶體強效版(7nm FinFET Plus, N7+)、7奈米鰭式場效電晶體(7nm FinFET, N7)、12 奈米鰭式場效電晶體精簡型強效版(12nm F in F E T Compact Plus, 12FFC+)、12奈米鰭式場效電晶體FinFET 精簡型(12nm FinFET Compact, 12FFC)、16奈米鰭式場效電晶體精簡型強效版(16nm FinFET Compact Plus, 16FFC+)、16奈米鰭式場效電晶體精簡型(16nm FinFET Compact, 16FFC)、28奈米高效能精簡型製程技術 (28nm High Performance Compact, 28HPC)、28奈米高效能精簡型強效版製程技術(28nm High Performance Compact Plus, 28HPC+)和22奈米超低功耗(22nm Ultra-Low Power, 22ULP)等,以及完備的矽智財,滿足客戶對高效能、低功耗晶片產品的需求。此外,不論頂級與主流產品應用,台積電也提供客戶領先業界且具高度競爭力的特殊製程技術為客戶產出配搭邏輯應用處理器的特殊製程晶片,包括射頻、嵌入式快閃記憶體、新興記憶體、電源管理、感測器、顯示晶片等特殊製程技術, 以及領先產業的多種先進TSMC 3DFabricTM封裝技術, 例如整合型扇出(InFO)技術。 


(3)物聯網:

台積電提供領先、完備且高整合度的超低功耗(Ultra-Low Power, ULP)技術平台來實現智能物 聯網(Artificial Intelligence of Things, AIoT)的產品創新。台積電提供領先業界的技術,包括採用FinFET 架構的新一代12奈米技術-N12e TM技術,具備能源效率與高效能以提供更多運算能力及人工智慧推論 (AI inferencing)能力、22奈米超低漏電(Ultra-low Leakage, ULL)技術、28奈米ULP技術、40奈米ULP技術以及55奈米ULP技術,已被各種終端智能系統單晶片(Edge AI system-on-a-chip)和電池供電的應用廣泛採用。台積電更進一步擴展其低操作電壓(L ow Operating Voltage, Low Vdd)技術,並提供更寬操作電壓範圍的電子電路模擬模型,以 滿足極低功耗 (Extreme-low Power)產品應用。同時,台積電也提供客戶具備競爭力且完備的射頻、強化版類比元件、嵌入式快閃記憶體、新興記憶體、感測器和顯示晶片、電源管理晶片等特殊製程技術,以及包括整合型扇出(InFO) 技術的多種先進的TSMC 3DFabricTM封裝技術,以支援智能物聯網邊緣計算和無線連網快速增長的需求。 


(4)車用電子:

台積電提供完備的技術與服務,以滿足車用電子產業中的三大應用趨勢:更安全、更智慧和更環保。同時,也是業界推出堅實的車用矽智財生態系統的領導公司之一,提供5奈米、7奈米與16奈米鰭式場效電 晶體(FinFET)技術,以滿足汽車產業對先進駕駛輔助系統(Advanced Driver-Assistance Systems, ADAS)、 先進座艙系統(In-Vehicle Infotainment, IVI),及針對 新型電子/電氣(Electrical/Electronic, E/E)架構的區域控制器的需求。除了先進邏輯技術平台外,台積電亦提供廣泛而且具競爭力的特殊製程技術,包括28奈米嵌入式快閃記憶體,28奈米、22奈米和16奈米毫米波射頻,高靈敏度的互補式金氧半導體影像感測器(CMOS Image Sensor, CIS)/光學雷達(Light Detection and Ranging, LiDAR)感測器和電源管理晶片技術。新興的磁性隨機存取記憶體(Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM)方面,22奈米技術已符合汽車Grade-1 標準的驗證,而16奈米技術也正順利開發中,以滿足汽車Grade-1標準的要求。這些技術均符合台積電基於美國車用電子協會(Automotive Electronic Council, AEC) AEC-Q100汽車等級製程規格驗證標準,或客戶對技術規格的要求。 


(5)消費性電子:

台積電提供客戶領先且全面的技術,以 推出應用於消費性電子產品人工智慧智能元件,包括數 位電視(Digital TV, DTV)、機上盒(Set-top Box, STB)、 具備人工智慧的智能數位相機(AI-embedded Smart Camera)及相關的無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)、電源管理晶片(Power Management IC, PMIC)、時序控制器(Timing Controller, T-CON) 等。台積電領先業界的7奈米鰭式場效電晶體(7nm FinFET, N7)、16FFC/12FFC、22ULP/ULL以及28HPC+ 技術,已被全球領導的8K /4K數位電視、4K串流機上盒/過頂服務(Over-the-top)、數位單眼相機(Digital Single-lens Reflex, DSLR)等廠商廣泛採用。針對客戶數位密集的晶片設計,台積電將持續縮小晶片尺寸,推出 更具成本效益的技術,並推出更低功耗的技術,以利採用更具成本效益的封裝。


三維積體電路(3DIC)與系統整合晶片(TSMC-SoIC®)

系統整合晶片(TSMC-SoIC®)是創新的晶圓級前段三維積體電路(3DIC)晶片堆疊平台,具有卓越的接合密度、 互連頻寬、功耗效率和薄形輪廓,可透過系統級微縮來延續摩爾定律,具有持續性的效能提升和相對應的成本優勢。系統整合晶片接下來可以使用傳統封裝或台積電嶄新的3DFabricTM技術,例如CoWoS®或整合型扇出來做封裝,以支援下一世代高效能運算(HPC)、人工智慧 (AI)和行動應用產品。目前已有多款SoIC產品正在驗證中,台積電同時在規劃下一代SoIC平台,頻寬改進更多,成本也有競爭力。台積電將繼續追求SoIC技術改進,並與台積電先進的矽技術共同優化,進一步提高電晶體密度、系統 PPA(功耗、性能及面積),以及成本的優勢。 


(A)CoWoS® 

含有矽中介層的CoWoS®是針對高端高效能運算與人工智慧產品應用的2.5D領先技術。此技術之矽中介層具有次微米級的繞線層和整合電容(integrated capacitors, iCap),因此可以在上面放置系統單晶片(SoC)和高頻寬記憶體(HBM)等各種小晶片。新的HBM3(第三代 HBM)已於民國一百一十一年通過CoWoS-S認證。同時,正在開發在有機中介層中嵌入多重LSI(局部矽互連)的CoWoS-L技術。與CoWoS-S相比,CoWoS-L釋放了矽中介層的尺寸限制,並能加入更多功能以提升整體系統性能。 


(B)整合型扇出(InFO) 

民國一百一十一年,台積電持續領先業界大量生產第七代整合型扇出層疊封裝技術(InFO_PoP Gen-7)以 支援行動應用。第八代InFO_PoP也已成功通過驗證支援行動應用並呈現更良好的散熱性能。第四代InFO_oS 提供更多的晶片整合、支援更大封裝尺寸和頻寬需求, 已在民國一百一十一年完成驗證。此外,以扇出層疊封裝技術為基礎,開發出多晶粒整合型扇出層疊封裝技術 (InFO_M PoP)以支援穿戴應用,並於民國一百一十一 年完成驗證。進一步提供背面線路重佈層以整合通用型低功耗動態記憶體(LPDDR)的次世代InFO_PoP也如期進行開發。


特殊製程技術

除了先進邏輯製程外,台積電也積極發展混合訊號/射頻(MS/RF),電源IC/雙極-互補金屬氧化半導體-雙重擴散金屬氧化半導體(BCD),微機電系統,氮化鎵半導體,互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器,嵌入式快閃記憶體/新興記憶體製程


主要原物料供應狀況

台積電,是一家積體電路製造服務公司,公司佔全球半導體(不含記憶體)產值的30%。近5年 ROE為40%,30%,30%,21%,22%。毛利率為60%,52%,53%,46%,48%。資產負債率為40%,42%,33%,28%,20%。在2022年公司有53%的晶圓營收來自先進製程技術(7奈米及以下更先進製程)。2022年依據產品平台來區分,高效能運算佔41%、智慧型手機佔39%、物聯網佔9%、車用電子佔5%。此外,消費性電子產品佔3%,其他產品則為剩餘的3%。以地區劃分(主要依據客戶營運總部所在地),北美市場佔68%、台灣佔11%、中國大陸市場佔11%、歐洲、中東及非洲市場佔5%、日本市場佔5%。


以2023年Q3為例,台積電最先進製程3nm已佔公司營收6%。


N2先進邏輯製程

在台灣,台積電的N3甫於台南科學園區邁入量產,公司亦正為預計於民國一百一十四年開始量產的N2做準備,該製程技術將座落於新竹和台中科學園區。


台積電的2奈米技術將採用奈米片(Nanosheet)電晶體結構,並提供全製程效能和功耗效率的效益,相較於N3E,N2在相同功耗下速度增快10%-15%,或在相同速度下功耗降低25%-30%,以滿足日益增加的節能運算需求;N2將為台積電的客戶提供最佳的效能、成本,和技術成熟度,並將進一步擴展台積電未來的技術領先地位。


客戶

台積電的客戶遍布全球,產品種類眾多,在半導體產業的各個領域中表現傑出。客戶包括有無晶圓廠設計公司、系統公司和 IDM整合元件製造商,例如:Apple,Advanced Micro Devices, Inc.、Amazon Web Services, Inc.、Broadcom Inc.、Intel Corporation、聯發科技、NVIDIA Corporation、NXP Semiconductors N.V.、Qualcomm Incorporated、Renesas Electronics Corporation、Sony Semiconductor Solutions Corporation、STMicroelectronics N.V.等。


其中,Apple公司佔2022年營收為最大,有23%。


研發總支出佔營收比例

台積電致力於維繫與許多世界級研究機構的強力合作關係,包括美國的SRC及比利時的IMEC。公司亦持續擴大與全球頂尖大學的研究合作,達到半導體技術進步和培育未來人才的兩大目標。台積電投資研究與開發,全年研發總支出佔營收之7.2%。在2023/07/28,台積電全球研發中心正式啟用。


競爭對手

台積電在高階先進邏輯製程主要競爭對手為美國的Intel,南韓的Samsung。


全球佈局(不包含台灣)

根據客戶的要求,台積電正在擴大全球製造版圖,以增加客戶信任,擴展未來的成長機會,並可接觸到全球性的人才。


(1)歐洲

台積電、博世、英飛凌和恩智浦半導體成立合資公司歐洲半導體製造公司(European Semiconductor Manufacturing Company, ESMC) 在歐洲引入先進半導體製造。

(2)美國

民國一百一十一年十二月,台積電宣佈台積電亞利桑那州晶圓廠除了預計在民國一百一十三年開始生產N4製程技術的第一期工程,其第二期工程亦已動工,並預計於民國一百一十五年開始生產3奈米製程技術;兩期工程總投資金額約為400億美元,完工後將合計年產超過60萬片晶圓。

(3)日本

民國一百一十一年二月,台積電、索尼半導體解決方案公司(Sony Semiconductor Solutions Corporation, SSS)及電裝株式會社(DENSO Corporation)共同宣佈合資設立 Japan Advanced Semiconductor Manufacturing, Inc.(JASM),除了先前宣布的22/28奈米製程,台積電亦進一步提升JASM的製造能力,提供 12/16奈米鰭式場效製程之專業積體電路製造服務,並將月產能提高至5萬5千片12吋晶圓。隨著產能提升,並在日本政府的大力支持下,JASM熊本廠的資本支出約為86億美元。


未來

隨著世界突然意識到半導體在現代經濟中所扮演的要角,半導體產業的重要性開始更加受到關注。地緣政治的緊張局勢加劇,也突顯了人們重視具韌性的半導體供應鏈,以及其在經濟和國家基礎設施安全中所發揮的關鍵作用。


就長期而言,因電子產品採用半導體含量的比例提升,無晶圓廠設計公司持續擴大市佔率,整合元件製造商委外製造的比例增加,以及系統公司增加採用自有特殊應用元件等因素,積體電路製造服務領域的成長可望較整體半導體產業(不含記憶體)的中個位數百分比年複合成長率更為強勁。


儘管近期全球總體經濟仍存在不確定性,但來自5G和高效能運算(HPC)相關應用等產業多年來的大趨勢使得長期半導體需求結構性增長的根本軌跡依然強勁。


我們進入了一個更智慧和互聯的世界。當半導體在我們日常生活的各個面向中變得越趨重要且無處不在,半導體技術正成為現代數位經濟的基礎技術,半導體的價值在全球供應鏈中持續提升,為客戶與台積電創造了更大的價值機會

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