解析臺灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續(xù)進步,臺積電看旺明年

過去幾年,臺積電的SGM穩(wěn)定進步,換句話說,同樣一個產(chǎn)能利用率,每年的GM都更高,而標準產(chǎn)能利用率,也一直維持得很高,因此結構獲利能力也持續(xù)進步。
解析臺灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續(xù)進步,臺積電看旺明年

   編按:臺灣晶圓代工龍頭臺積電7日向投審會遞交申請書,將赴中國南京設12吋晶圓廠,臺積電被視為臺灣半導體重要命脈,此舉因而引起外界一片譁然。姑且不論登陸與否,你對臺積電了解多少?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臺積電,《科技新報》取得獨家授權,4篇專文報導,帶你趁勢了解這間臺灣舉足輕重的半導體巨擘。

解析臺灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續(xù)進步,臺積電看旺明年
 
  臺積電3Q15營收2,125E,+3.4QoQ,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(yè)利益率(OPM)從2Q15季的37.5%微降到3Q15的36.9%,營業(yè)利益(OP)從1Q15季866E降到2Q15的771E。GM和OPM都在公司財測范圍內。稅后凈利753E,EPS2.9元。

  根據(jù)公司揭露的資料推估,3Q15總產(chǎn)能約2,300K12″約當晶圓,出貨量產(chǎn)能利用率(Utilization;UTR)約95%,低于1Q15的102%和2Q15的98%,推估BlendedASP估計US$2,935,和上季持平。3Q15制程別產(chǎn)品組合和上季比較變動不大,16nm+20nm共21%(估計16nm2%,20nm19%)、28nm27%,28nm以下制程比率合計48%。

  公司guidance4Q15營收2,010~2,040E,GM47.5~49.5%,OP36.5~38.5%。假設4Q15產(chǎn)能2,368K,出貨量2,068K,產(chǎn)能利用率將降到86%,ASP假設持平,則營收約2,030E,-4~5%QoQ。產(chǎn)能利用率降了9%,毛利率還能維持住,表示臺積電4Q15的良率,尤其是強勁rampup的16nm制程,應該有非常顯著的進步,才能抵銷產(chǎn)能利用率下滑的負面影響。

解析臺灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續(xù)進步,臺積電看旺明年
解析臺灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續(xù)進步,臺積電看旺明年

  結構獲利能力持續(xù)進步

  臺積電近年的結構獲利能力(structuralprofitability)持續(xù)進步,結構獲利能力由兩個部份組成:

  標準毛利率(standardgrossmargin,SGM):特定產(chǎn)能力用率之下的毛利率。

  標準產(chǎn)能利用率(standardutilization):臺積電企圖達到或超過的產(chǎn)能利用率。

  過去幾年,臺積電的SGM穩(wěn)定進步,換句話說,同樣一個產(chǎn)能利用率,每年的GM都更高,而標準產(chǎn)能利用率,也一直維持得很高,因此結構獲利能力也持續(xù)進步。結構獲利能力和整體的長期CAPEX產(chǎn)能投資正確與否、或景氣突然熱絡或低落所造成的產(chǎn)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(huán)境的變化、以及公司對外部環(huán)境的預測能力,比較無關。臺積電的結構獲利能力的進步,來自于以下3方面的努力,讓成本持續(xù)下降。

  工廠營運管理持續(xù)創(chuàng)新,帶來的生產(chǎn)力和效率提升,也讓設備更有效的被使用。

  先進制程產(chǎn)能擴張,非常謹慎小心。雖然這幾年還是有大量CAPEX擴充產(chǎn)能,因臺積電和大客戶已成伙伴關系,新制程產(chǎn)能投資,都能配合客戶的產(chǎn)品規(guī)劃和產(chǎn)能需求,不像后進者,只能先投資制程產(chǎn)能,再來爭取客戶的secondsource。

  這幾年每一代新制程的良率提升速度穩(wěn)定進步。新制程量產(chǎn)后一、兩年,毛利率往往低于公司平均數(shù),因此,每代新制程的良率提升速度,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(yè)成本(COGS)1,102E分成兩塊,「折舊攤提」=561E和「其他營業(yè)成本」=540E,半導體公司大部份的折舊發(fā)生在COGS的廠房機器設備,少部份發(fā)生在OPEX辦公設備,這里簡化都計入COGS,將折舊攤提/wafer出貨量,=每片wafer折舊成本US$795,約略等于2Q15的US$791,(折舊/wafer)影響因素包括:1.總折舊攤提金額、2.產(chǎn)能利用率、3.產(chǎn)能的制程組合、4.出貨的制程組合。

  通常采用越先進制程生產(chǎn)的晶圓,因為設備越昂貴,以及cycletime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,隨后1Q15~3Q1520nm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(chǎn)認列折舊,以及16nm制程產(chǎn)品cycletime長達3個月,(折舊/wafer)未來接近或超過US$800將成為常態(tài),一旦不景氣產(chǎn)能利用率跌破90%時,(折舊/wafer)更可能高于US$850,也就是說,先進制程雖然ASP高,分攤設備折舊也高,加上cycletime長,metal和poly層數(shù)更多,耗用的材料成本也更多,量產(chǎn)初期幾季,良率還不夠好的時候,往往GM反而低于成熟制程。

解析臺灣半導體巨擘(一)──16nm 良率持續(xù)進步,臺積電看旺明年
 
  將3Q15(其他營業(yè)成本/wafer出貨量),=每片wafer其他營業(yè)成本US$765,比1Q15的US$792低,而比2Q15的US$740高,這個數(shù)字,最能看出一家半導體公司的真正工廠效率和經(jīng)營績效,有點類似EBITDAmargin的觀念,但直接算成perwafer的數(shù)字,更為實際,其他營業(yè)成本,主要是制程中消耗的原材料、設備/設施/無塵室維持、線上工程師和作業(yè)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(yè)成本/wafer),影響因素包括:

  生產(chǎn)效率,例如各廠區(qū)、各機臺和產(chǎn)品的最適當分配、各機臺的普遍嫁動率、產(chǎn)品總良率和各單站機臺良率、工廠layout等,尤其是foundry廠,有幾百個不同制程的產(chǎn)品在各工廠里面跑,要最佳化的安排這些多種少量的產(chǎn)品,最能顯現(xiàn)出臺積電這種專業(yè)foundry和SamsungLSI這種IDMfoundry管理效率的差距,這一、兩年臺積電開始將一些productlifecycle長的客戶產(chǎn)品,自行在淡季時增加投片量,降低生產(chǎn)高低波動,也是提高生產(chǎn)效率的一個做法;

  制程組合和cycletime,越先進制程耗用的材料越多,有些材料耗用和先進制程成正比(例如光阻劑),有些材料和制程比較無關,但先進制程layer數(shù)多,多做幾layer本來就會用更多材料、更多人力時數(shù)、更多廠房設施維持成本(氣體水電環(huán)保等)。

  良率。

  產(chǎn)能利用率的影響不若(折舊/wafer)大,但仍有些許影響。依據(jù)臺積電法說會給的4Q15guidance,計算出4Q15的(其他營業(yè)成本/wafer)將下降到US$715,在16nm制程放量、產(chǎn)能利用率下降的情況下,這個數(shù)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?shù)腸ostdown效果。

  半導體景氣調整,2016年溫和成長

  2015年全球經(jīng)濟成長趨于緩和,終端產(chǎn)品需求不振,全球Smarphone約成長10%、PC衰退6~7%、TabletPC衰退15%,半導體市場,年初展望樂觀,下單積極,2Q15中期之后,逐漸發(fā)現(xiàn)景氣有變數(shù),下單轉趨保守,但對于年中旺季還有期待,2H15forecast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(chǎn)品需求不振,讓半導體產(chǎn)業(yè)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,而于2Q16恢復比較健康的成長軌道,預估2016年半導體成長3%。

  2016~2017年,除了總體經(jīng)濟之外,半導體產(chǎn)業(yè)的成長動力,來自于以下幾個方面:

  高階手機的半導體含量(siliconcontent)繼續(xù)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/GPUperformance已經(jīng)追上低階PC、MobileDRAM和NANDFlash容量接近PCDRAM和SSD容量,其他如CMOSsensor、basebandModem、LCD解析度都讓半導體含量持續(xù)成長,不但半導體含量增加,基于performance、power和cost考量,高階手機對先進制程的需求還是十分強烈,這個趨勢對先進制程技術、產(chǎn)能和服務都相對領先的臺積電有利。

  物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)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(chǎn)品用到的制程多是成熟制程,半導體含量也不高,但是數(shù)量龐大,當聯(lián)網(wǎng)的東西巨量成長之后,背后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(wǎng)路處理器、CPU/GPU、影像處理等,這些則需要半導體先進制程。

  主導新應用的系統(tǒng)公司:以往,foundry的客戶最大是FablessIC設計公司、其次是IDM、系統(tǒng)公司(sysemhouses)非常少,只有Microsoft、Sony、Cisco等少數(shù)幾家。但Apple自從涉入AP處理器之后變成foundry超大客戶之后,未來將看到越來越多大型系統(tǒng)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(chǎn)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制程良率大幅改善,2016年16FFC推進主流市場

  臺積電的先進制程近年來僅落后英特爾,但領先IBM聯(lián)盟的SamsungLSI和GlobalFoundries。英特爾早在22nm制程技術,就開始使用3DTri-gatetransistors,14nmTri-gate也在2014就量產(chǎn)。臺積電和Samsung都是到14/16nm才導入3DFinFETtransistors,并且到2015年才量產(chǎn)。

  SamsungLSI這兩年靠AppleAP大訂單練兵,在32/28nm制程逐漸趕上臺積電,當時臺積電繼28nm取得技術和市場的主導地位后,接下來發(fā)展的20nm,更幾乎是壟斷地位,SamsungLSI自認20nm已經(jīng)來不及,加上判斷20nm還是用2Dplanartransistors,performance/cost不會很好,制程技術生命周期不長,22/20nm僅有研發(fā)和自制in-houseAP,數(shù)量不多,沒有外接foundry訂單,而把主力直攻14nmFinFET,原本外界質疑沒有經(jīng)過22/20nm的大量產(chǎn)經(jīng)驗,直接發(fā)展14nm本來就很困難,又采用新的3DFinFETtransistors,應該不會很順利,沒想到Samsung真的做到了,首度在14nmFinFET制程領先臺積電于1Q15量產(chǎn),率先生產(chǎn)自家ExynoxAP,接著生產(chǎn)AppleA9和QualcommSnapdragon820,使得臺積電公開承認2015年14/16nm制程foundry市場市占率將首度落后競爭對手。

  臺積電20nm(20SoC)經(jīng)驗和良率持續(xù)進步,在2015全年扮演重要的業(yè)績貢獻角色,但2016年因為主要的20nm業(yè)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制程技術(long-livednode),只是因為部份需求轉移到16nm,臺積電的部份20nm制程設備也將轉為用于16nmFinFET制程產(chǎn)品。

  臺積電的16nmFinFET+(16FF+)制程,策略上是將16nm視為20nm的延伸,使用和20nm相同的「metalbackendprocess」,雖然scaling等規(guī)格上比不上Samsung的14nm,制作的晶片diesize較大,但因為是延續(xù)20nm技術,不僅可以充分利用20nm的量產(chǎn)經(jīng)驗縮短學習曲線,而且90%以上的設備可以共用。臺積電的16nmFinFET+制程產(chǎn)品已經(jīng)于2Q15正式量產(chǎn),7月開始小量出貨,3Q15逐漸增大的投產(chǎn)量,將于4Q15大量出貨貢獻營收,研判4Q15時16nmFinFET+的良率應可大幅拉升。新產(chǎn)品(AppleiPhone6s/6s+用的A9AP)量產(chǎn)動能可持續(xù)到1H16。臺積電預測2016年全年的16nm制程營收,將比2015年的20nm營收,還要大很多,并將于2016年重新取得主要地位的市占率(14/16nm)。至于20nm臺積電仍是唯一大量產(chǎn)的foundry。如果用16nm+20nm一起看,無論是2015或2016年,臺積電都是最大的主要供應商。

  臺積電正在開發(fā)新版16nmFinFETC(16FFC)制程,C的意思是compact,在performance、power(降低漏電)和area(diesize)都比16nmFinFET+改進,并能在0.6V以下執(zhí)行,透過制程簡化讓cycletime縮短。即使性能大幅改進,原先基于16FF+制程的晶片設計,還是可以很容易的轉換成16FFC制程,16FFC的市場定位為mainstream和ultralowpower,意味在performance的改進,沒有power和cost那么多。
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