大幅增加资本支出，台积电(TSM.US)准备进行3nm风险生产

本文来自 微信公众号“半导体行业观察”。

台积电(TSM.US)在本周表示，由于需要建造和装备新的晶圆厂以提高其现有和下一代领先的工艺技术，他将在今年大幅增加资本支出，包括对先进制造节点的需求正在上升。2020年第四季度，N5(5纳米)和N7(7纳米)技术的收入占台积电收入的近一半，因此，制造商继续投资于领先的产能非常有意义。此外，随着苹果(AAPL.US)和英特尔(INTC.US)计划增加对台积电的订单，台积电也将需要更多的产能。

台积电将在2021年斥资280亿美元用于生产设施建设

全球最大的半导体合约制造商本周宣布，台积电管理层计划在2021年将资本支出从250亿美元增加至280亿美元。

如果台积电董事会批准管理层提出的所有投资，那么台积电的资本支出将从2020年的172亿美元同比增长45%〜62%。台积电资本预算中的绝大部分将用于扩大该公司的产能。公司的N5和N7节点，以及为其N3(3 nm)节点配备领先的晶圆厂，该晶圆厂将从2022年下半年开始使用。

台积电首席财务官黄文德在本周的分析师和投资者收益电话会议中表示：“在2021年25至280亿美元的资本支出中，约80%的资本预算将分配给先进工艺技术，包括3nm，5nm和7nm。大约有10%的资金将用于先进封装和mask制造，而大约10%的资金将用于特殊技术。”

“ 2021年的资本支出主要用于N5的扩展(至少是其当前55-60k WPM容量的2倍)，N3的构建仅限于中试线/初始生产(+ 10-15k WPM，尽管我们预计N3的容量与N5的相似)全面扩张后)，” China Renaissance Securities的分析师Szeho Ng 在周五给客户的报告中写道。

半导体生产是一项极其资本密集的业务，并且随着制程技术的进步和制造工具的价格越来越昂贵，芯片制造商不得不增加其资本支出预算，以建造成本高达200亿美元甚至更多的晶圆厂。由于越来越高的研发和制造成本，近年来，许多半导体合同制造商不得不退出领先地位，并专注于专门技术。

2020年第四季度N5和N7占台积电收入的49%

但是随着众多竞争对手的退出，台积电现在拥有比以往更多的客户。考虑到以下事实，即5G，人工智能，高性能计算(HPC)和边缘计算等众多持续发展的趋势，要求使用可能采用最先进技术的先进芯片来生产，因此对台积电高端生产的需求今天，服务在增长，并且在未来几年将继续增长。

在第四季度，使用N5加工的晶圆的销售额占台积电总晶圆收入的20%，而N7和12 nm / 16 nm的销售额分别占29%和13%。通常，领先的N5和N7节点占台积电晶片收入的49%，而高级节点(N5，N7，N12 / N16)占该公司晶片总收入的62%。

台积电(TSMC)在2020年第四季度的N5工艺技术主要由苹果公司使用，该技术用于智能手机和平板电脑的A14片上系统芯片以及最新PC的M1 SoC。该公司的N7被AMD，苹果，Nvidia，高通和Xilinx等公司更广泛地使用，而N12 / N16被数十家公司用于各种应用程序。

黄先生说：“在5G智能手机发布和HPC相关应用的推动下，对我们行业领先的5纳米技术的强劲需求为我们的第四季度业务提供了支持。” “进入2021年第一季度，我们预计我们的业务将受到与HPC相关的需求，汽车领域的复苏以及与近几年相比更温和的智能手机季节性的支持。”

台积电的N5是对N7节点的一项重大改进，可以使性能提高15%(在相同的功率和复杂度下)，功耗降低30%(在相同的频率和复杂度下)，晶体管密度最高提高1.8倍(并非适用于所有结构)。此外，N5在十层以上的设备上使用了极紫外(EUV)光刻技术，以将掩模数量减少到81个，并减少甚至避免了使用多重图形(multipatterning)，从而优化了产量和成本。考虑到N5较N7具有所有优势，现在大多数使用N7的台积电客户都将随着时间的推移迁移到N5。

台积电将于今年晚些时候向其客户提供性能增强的N5版本，称为N5P。后者预计将比N5实现5%的性能提升和/或10%的功耗降低，同时保持总体兼容性。然而，只有明年台积电将提供N4时，N5P才会被特定的芯片设计人员使用，TS4将提供N4，这将进一步增强PPA(功率，性能，面积)，同时在设计规则，IP和SPICE级别上与N5兼容。台积电目前使用其N5技术处理晶圆的晶圆厂也将能够同时使用N5P和N4，因此在那里进行的任何投资都将使用多年。

N3比N5和N7更成功

台积电在N5之后的下一个主要步骤将是 N3(3 nm)。这项技术可保证性能提升高达15%(在相同的功率和晶体管数量下)，功耗降低高达30%(在相同的速度和晶体管数量下)，并且SRAM密度也提高了20%。逻辑密度高达70%。该技术仍在开发中，将从2022年下半年开始使用。台积电表示，与N5和N5相比，HPC的潜在客户(TSMC认为所有CPU，GPU，FPGA，FPGA，非移动SoC，专用加速器等都是HPC)和智能手机领域对N3的兴趣更大。N7处于类似的发展阶段。

台积电(TSMC)首席执行官CC Wei表示：“与同期的N5和N7相比，N3的HPC和智能手机应用程序的客户参与度要高得多。” “风险生产定于2021年，批量生产目标是2022年下半年。”

台积电没有透露任何可以量化其客户对N3兴趣的实际数字，但是由于未来几年将会出现许多新应用，因此越来越多设计厂商选择领先工艺也就不足为奇了。此外，由于N3继续依赖具有可预测的性能和成本的FinFET晶体管结构，制造过程将是一个非常长的节点，因为其后继产品将转移到GAAFET(全能栅场效应晶体管)上，GAAFET将具有对设计成本的重大影响。例如，在采用制造工艺九年之后，台积电基于平面晶体管的28 nm节点在2020年第四季度占其晶圆收入的11%。

中国复兴证券(China Renaissance Securities)的分析师Szeho Ng周五在给客户的一份报告中写道：“我们注意到，大胆的扩张反映了N3-5是长期的大型节点，其预期强劲的未来需求超出了主要客户的第一波 。”

尽管最终有数十家公司将使用台积电的N3和N5，但有两个客户将对台积电在未来几年的资本支出预算产生重大影响：苹果和英特尔。

苹果需要更多的芯片

传统上，苹果向台积电的订单大部分是其用于智能手机和平板电脑的SoC。它的许多供应商也在台积电(TSMC)生产他们的芯片，但是这些半导体不是根据苹果的命令制造的，也不是专门为该公司制造的。随着苹果将其PC过渡到其自己的SoC，开始在智能手机和平板电脑内部使用其自己的调制解调器以及依赖于其自身的系统级封装(SiP)的配件的销售量增加，它将大大增加对台积电的订单。

苹果是全球第四大PC供应商，去年出货了231.02万台计算机，占据了PC市场的7.6%。根据IDC的数据，2020年PC的销量总计为3.026亿台 。一旦这家技术巨头完成Mac从Intel CPU到其Apple Silicon SoC的过渡，它将至少需要231.02万个相当大的芯片(M1的面积为120平方毫米，比Intel的Tiger Lake-U小)假设市场保持平稳，并且Apple不再获得市场份额(它已经做了很多年了)。

根据IDC的数据，苹果还是2019年第三大智能手机供应商，出货量为1.91亿部 。当该公司停止使用第三方5G调制解调器(碰巧是使用领先的工艺技术制造)并过渡为自己的产品时，它将每年向台积电的订单再增加约2亿个芯片。

苹果将在未来几年内完成向PC SoC和调制解调器的过渡。虽然现在很难以台数来量化苹果公司向台积电的订单，但是可以肯定地说，今天台积电生产的约2亿部智能手机SoC中增加了约2500万台PC SoC和约2亿个调制解调器，将大大增加代工厂为Apple处理的晶圆数量。

英特尔的委外代工计划

英特尔已经将多种产品的生产外包给了台积电，并已正式和非正式地确认将在台积电生产 Atom和Xeon SoC 以及 GPU。现在没人知道英特尔是否打算在台积电生产客户端和服务器CPU，如果有这样的计划，那么英特尔将在台积电生产百分之多少的CPU。

由于英特尔的外包计划尚不清楚，甚至可能尚未 决定，因此目前做太多的假设不是一件好事。但是，有几件事要牢记。英特尔每年为客户PC出售数亿个处理器和芯片组，即使该公司决定将其客户CPU /芯片组输出的10%〜15%外包给台积电，英特尔现有的产品仍将增加数千万个向晶圆厂订购。

英特尔传统上使用高级节点，因此要下达订单将是非常重要的，台积电将需要有足够的能力为CPU巨头以及其他客户提供服务。

总结

台积电管理层计划将其2021年的资本支出预算同比增加45%〜62%，达到250亿美元至280亿美元，以扩大其领先的产能并准备使用其N3工艺技术提高产量。2022年下半年。

该公司将持续发展的大趋势(如5G，人工智能，高性能计算(HPC)和边缘计算)视为未来几年对高级半导体需求的主要驱动力。

苹果已经是台积电先进节点的主要客户，随着其向PC和内部设计的调制解调器过渡到自己的苹果芯片SoC的未来几年，苹果可能会大大增加向代工厂的订单，这将进一步推动对台积电的需求。领先的制造技术。

英特尔还将在未来几年中将更多产品外包给台积电，这将是增加对代工厂的复杂制造工艺的需求的另一个因素。

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