解析台灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續進步,台積電看旺明年

作者 | 發布日期 2015 年 12 月 07 日 19:35 | 分類 手機 , 晶片 , 零組件 follow us in feedly

編按:台灣晶圓代工龍頭台積電 7 日向投審會遞交申請書,將赴中國南京設 12 吋晶圓廠,台積電被視為台灣半導體重要命脈,此舉因而引起外界一片譁然。姑且不論登陸與否,你對台積電了解多少?資深前分析師 Richard 從財務面、技術面、競爭力分析等角度深度解析台積電,《科技新報》取得獨家授權,4 篇專文報導,帶你趁勢了解這間台灣舉足輕重的半導體巨擘。



台積電 3Q15 營收 2,125E,+3.4 QoQ,12 吋 wafer 約當出貨量 2,216K,-1% QoQ,毛利率(GM)從上季 48.5% 微降到 48.2%,營業利益率(OPM)從 2Q15 季的 37.5% 微降到 3Q15 的 36.9%,營業利益(OP)從 1Q15 季 866E 降到 2Q15 的 771E。GM 和 OPM 都在公司財測範圍內。稅後淨利 753E,EPS 2.9 元。

根據公司揭露的資料推估,3Q15 總產能約 2,300K 12″ 約當晶圓,出貨量產能利用率(Utilization; UTR)約 95%,低於 1Q15 的 102% 和 2Q15 的 98%,推估 Blended ASP 估計 US$2,935,和上季持平。3Q15 製程別產品組合和上季比較變動不大,16nm + 20nm 共 21%(估計16nm 2%,20nm 19%)、28nm 27%,28nm 以下製程比率合計 48%。

公司 guidance 4Q15 營收 2,010~2,040E,GM 47.5~49.5%,OP 36.5~38.5%。假設 4Q15 產能 2,368K,出貨量 2,068K,產能利用率將降到 86%,ASP 假設持平,則營收約 2,030E,-4~5% QoQ。產能利用率降了 9%,毛利率還能維持住,表示台積電 4Q15 的良率,尤其是強勁 ramp up 的 16nm 製程,應該有非常顯著的進步,才能抵銷產能利用率下滑的負面影響。

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結構獲利能力持續進步

台積電近年的結構獲利能力(structural profitability)持續進步,結構獲利能力由兩個部份組成:

  1. 標準毛利率(standard  gross margin,SGM):特定產能力用率之下的毛利率。
  2. 標準產能利用率(standard utilization):台積電企圖達到或超過的產能利用率。

過去幾年,台積電的 SGM 穩定進步,換句話說,同樣一個產能利用率,每年的 GM 都更高,而標準產能利用率,也一直維持得很高,因此結構獲利能力也持續進步。結構獲利能力和整體的長期 CAPEX 產能投資正確與否、或景氣突然熱絡或低落所造成的產能利率用過高或過低無關,代表的是日常營運能力、公司內部的能力和外部大環境的變化、以及公司對外部環境的預測能力,比較無關。台積電的結構獲利能力的進步,來自於以下 3 方面的努力,讓成本持續下降。

  1. 工廠營運管理持續創新,帶來的生產力和效率提升,也讓設備更有效的被使用。
  2. 先進製程產能擴張,非常謹慎小心。雖然這幾年還是有大量 CAPEX 擴充產能,因台積電和大客戶已成夥伴關係,新製程產能投資,都能配合客戶的產品規劃和產能需求,不像後進者,只能先投資製程產能,再來爭取客戶的 second source。
  3. 這幾年每一代新製程的良率提升速度穩定進步。新製程量產後一、兩年,毛利率往往低於公司平均數,因此,每代新製程的良率提升速度,對全公司的整體毛利率影響很大。

從財報上來觀察結構獲利能力的變化。我們將 3Q15 營業成本(COGS)1,102E 分成兩塊,「折舊攤提」=561E和「其他營業成本」=540E,半導體公司大部份的折舊發生在 COGS 的廠房機器設備,少部份發生在 OPEX 辦公設備,這裡簡化都計入 COGS,將折舊攤提 / wafer 出貨量,=每片 wafer 折舊成本 US$795,約略等於 2Q15 的 US$791,(折舊 / wafer)影響因素包括:1. 總折舊攤提金額、2. 產能利用率、3. 產能的製程組合、4. 出貨的製程組合。

通常採用越先進製程生產的晶圓,因為設備越昂貴,以及 cycle time 越長,每片 wafer 分擔的折舊金額越高,這也是 3Q14 和 4Q14 當 20nm 比率大幅上升的時候,(折舊 / wafer)暴增到 US$800 以上的原因,隨後 1Q15~3Q15 20nm 比率維持在 15~20%,總折舊攤提金額降低,(折舊 / wafer)下降到 US$769、US$791 和 US$795,預料未來一年,隨著更多 20nm 和 16nm 設備投產認列折舊,以及 16nm 製程產品 cycle time 長達 3 個月,(折舊 / wafer)未來接近或超過 US$800 將成為常態,一旦不景氣產能利用率跌破 90% 時,(折舊 / wafer)更可能高於 US$850,也就是說,先進製程雖然 ASP 高,分攤設備折舊也高,加上 cycle time 長,metal 和 poly 層數更多,耗用的材料成本也更多,量產初期幾季,良率還不夠好的時候,往往 GM 反而低於成熟製程。

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將 3Q15(其他營業成本 / wafer 出貨量),=每片 wafer 其他營業成本 US$765,比 1Q15 的 US$792 低,而比 2Q15 的 US$740 高,這個數字,最能看出一家半導體公司的真正工廠效率和經營績效,有點類似 EBITDA margin 的觀念,但直接算成 per wafer 的數字,更為實際,其他營業成本,主要是製程中消耗的原材料、設備 / 設施 / 無塵室維持、線上工程師和作業員等,和會計上的變動成本接近,但有些項目,理論上可變動,實務上不太能變動,例如直接人工、工廠維持等,還是要算在(其他營業成本 / wafer),影響因素包括:

  1. 生產效率,例如各廠區、各機台和產品的最適當分配、各機台的普遍嫁動率、產品總良率和各單站機台良率、工廠 layout 等,尤其是 foundry 廠,有幾百個不同製程的產品在各工廠裡面跑,要最佳化的安排這些多種少量的產品,最能顯現出台積電這種專業 foundry 和 Samsung LSI 這種 IDM foundry 管理效率的差距,這一、兩年台積電開始將一些 product life cycle 長的客戶產品,自行在淡季時增加投片量,降低生產高低波動,也是提高生產效率的一個做法;
  2. 製程組合和 cycle time,越先進製程耗用的材料越多,有些材料耗用和先進製程成正比(例如光阻劑),有些材料和製程比較無關,但先進製程 layer 數多,多做幾 layer 本來就會用更多材料、更多人力時數、更多廠房設施維持成本(氣體水電環保等)。
  3. 良率。
  4. 產能利用率的影響不若(折舊 / wafer)大,但仍有些許影響。依據台積電法說會給的 4Q15 guidance,計算出 4Q15 的(其他營業成本 / wafer)將下降到 US$715,在 16nm 製程放量、產能利用率下降的情況下,這個數字還能下降,表示 16nm、20nm 甚至主流的 28nm 良率,應有明顯進步,帶來相當的 cost down 效果。

半導體景氣調整,2016 年溫和成長

2015 年全球經濟成長趨於緩和,終端產品需求不振,全球 Smarphone 約成長 10%、PC 衰退 6~7%、Tablet PC 衰退 15%,半導體市場,年初展望樂觀,下單積極,2Q15 中期之後,逐漸發現景氣有變數,下單轉趨保守,但對於年中旺季還有期待,2H15 forecast 不敢砍太多,到 3Q15 中期確定今年景氣不佳,庫存偏高,廠商紛紛大幅下修 9~12 月的訂單,嚴格控制庫存。終端產品需求不振,讓半導體產業庫存調整時間拉長,2015 年全球半導體市場大概只有零成長,預料到 2015 年底或 1Q16 季中,才有機會消化完畢,而於 2Q16 恢復比較健康的成長軌道,預估 2016 年半導體成長 3%。

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2016~2017 年,除了總體經濟之外,半導體產業的成長動力,來自於以下幾個方面:

  1. 高階手機的半導體含量(silicon content)繼續成長:手機市場明顯 M 型化,高階手機這幾年,性能快速提升,CPU / GPU performance 已經追上低階 PC、Mobile DRAM 和 NAND Flash 容量接近 PC DRAM 和 SSD 容量,其他如 CMOS sensor、Baseband Modem、LCD 解析度都讓半導體含量持續成長,不但半導體含量增加,基於 performance、power 和 cost 考量,高階手機對先進製程的需求還是十分強烈,這個趨勢對先進製程技術、產能和服務都相對領先的台積電有利。
  2. 物聯網(Internet of Things)逐漸成型:最先看到有量應用領用,例如汽車、無人機、機器人、穿戴式裝置等,雖然這些產品用到的製程多是成熟製程,半導體含量也不高,但是數量龐大,當聯網的東西巨量成長之後,背後所需要的運算和儲存能量也將成長,包含資料中心、伺服器、網路處理器、CPU / GPU、影像處理等,這些則需要半導體先進製程。
  3. 主導新應用的系統公司:以往,foundry 的客戶最大是 Fabless IC 設計公司、其次是 IDM、系統公司(sysem houses)非常少,只有 Microsoft、Sony、Cisco 等少數幾家。但 Apple 自從涉入 AP 處理器之後變成 foundry 超大客戶之後,未來將看到越來越多大型系統公司,或者因為想掌控供應鏈、或者因為市面上的標準 IC(ASSP)不符合本身的應用需求,像 Apple 一樣,開始成立 IC 設計部門,設計自身產品需要的 ASIC,例如華為 / 海思集團、LG 集團,在 foundry 的投片量越來越大。

 

20nm 和 16nm 製程良率大幅改善,2016 年 16FFC 推進主流市場

台積電的先進製程近年來僅落後英特爾,但領先 IBM 聯盟的 Samsung LSI 和 GlobalFoundries。英特爾早在 22nm 製程技術,就開始使用 3D Tri-gate transistors,14nm Tri-gate 也在 2014 就量產。台積電和 Samsung 都是到 14 / 16nm 才導入 3D FinFET transistors,並且到 2015 年才量產。

Samsung LSI 這兩年靠 Apple AP 大訂單練兵,在 32 / 28nm 製程逐漸趕上台積電,當時台積電繼 28nm 取得技術和市場的主導地位後,接下來發展的 20nm,更幾乎是壟斷地位,Samsung LSI 自認 20nm 已經來不及,加上判斷 20nm 還是用 2D planar transistors,performance / cost 不會很好,製程技術生命週期不長,22 / 20nm 僅有研發和自製 in-house AP,數量不多,沒有外接 foundry 訂單,而把主力直攻 14nm FinFET,原本外界質疑沒有經過 22 / 20nm 的大量產經驗,直接發展 14nm 本來就很困難,又採用新的 3D FinFET transistors,應該不會很順利,沒想到 Samsung 真的做到了,首度在 14nm FinFET 製程領先台積電於 1Q15 量產,率先生產自家 Exynox AP,接著生產 Apple A9 和 Qualcomm Snapdragon 820,使得台積電公開承認 2015 年 14 / 16nm 製程 foundry 市場市佔率將首度落後競爭對手。

台積電 20nm(20SoC)經驗和良率持續進步,在 2015 全年扮演重要的業績貢獻角色,但 2016 年因為主要的 20nm 業務將轉進到 16nm,20nm 將衰退,雖然不會消失,仍將是一個長期生存的製程技術(long-lived node),只是因為部份需求轉移到 16nm,台積電的部份 20nm 製程設備也將轉為用於 16nm FinFET 製程產品。

台積電的 16nm FinFET+(16FF+)製程,策略上是將 16nm 視為 20nm 的延伸,使用和 20nm 相同的「metal backend process」,雖然 scaling 等規格上比不上 Samsung 的 14nm,製作的晶片 die size 較大,但因為是延續 20nm 技術,不僅可以充分利用 20nm 的量產經驗縮短學習曲線,而且 90% 以上的設備可以共用。台積電的 16nm FinFET+ 製程產品已經於 2Q15 正式量產,7 月開始小量出貨,3Q15 逐漸增大的投產量,將於 4Q15 大量出貨貢獻營收,研判 4Q15 時 16nm FinFET+ 的良率應可大幅拉升。新產品(Apple iPhone 6s / 6s+ 用的 A9 AP)量產動能可持續到 1H16。台積電預測 2016 年全年的 16nm 製程營收,將比 2015 年的 20nm 營收,還要大很多,並將於 2016 年重新取得主要地位的市佔率(14 / 16nm)。至於 20nm 台積電仍是唯一大量產的 foundry。如果用 16nm+20nm 一起看,無論是 2015 或 2016 年,台積電都是最大的主要供應商。

台積電正在開發新版 16nm FinFET C(16FFC)製程,C 的意思是 compact,在 performance、power(降低漏電)和 area(die size)都比 16nm FinFET+ 改進,並能在 0.6V 以下執行,透過製程簡化讓 cycle time 縮短。即使性能大幅改進,原先基於 16FF+ 製程的晶片設計,還是可以很容易的轉換成 16FFC 製程,16FFC 的市場定位為 mainstream 和 ultra low power,意味在 performance 的改進,沒有 power 和 cost 那麼多。

(全文未完;本文由 Richard’s Research Blog 授權轉載;首圖來源:達志影像

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