半导体行业专题研究：台积电，晶圆代工霸主从攻擂到守擂

弘则弥道（上海）投资咨询有限公司·科技 ·智造 ·消费 ·医药2023年6月专题研究台积电：晶圆代工霸主从攻擂到守擂弘则研究科技组电话：021-6194-6708核心观点•半导体作为人类科技进步的技术核心，过去一直按 “摩尔定律”前进。智能手机芯片小型低功耗的要求显著放大制程微型化的作用，台积电沿着晶体管缩小的路径屡试不爽，始终保持行业领先。尤其28nm后在FinFET技术上逐步甩开竞争对手，14nm以下基本处于市场垄断地位。摩尔定律正接近物理极限使得晶体管微型化变得越来越困难，全周围栅极（GAA）技术为制程突破提供了可行解决方案。从各晶圆厂技术路径规划来看，2nm采用GAA成为业内普遍选择。•终端市场需求从智能手机向人工智能转变，高端需求集中在云端的高算力AI芯片，成本平衡的考量更凸显。GAA解决了技术问题，但伴随着制程复杂性的增加和制造成本的剧增。芯片制造商要在推进技术创新的同时考虑成本和可行性。封装技术进入3D世代，更小空间内能包装更多功能模块，提供了摩尔定律之外新的技术路径，以此来提升芯片性能。晶圆厂可通过优化封装和设计来降低成本，而无需依赖于制程的微型化，这一趋势可能会弱化先进制程的影响。•三星和英特尔先后加入先进制程的专业代工市场，行业竞争格局可能变得更复杂。3nm节点三星选择GAA以期实现追赶跨越式发展，台积电则坚守FinFET。英特尔分拆代工部门寻求对外代工业务扩张，计划2nm节点赶上台积电且先进封装技术大力投入后望建立优势。这两家有能力投入大量的资源来开发新技术和提高产能，潜在可能导致竞争加剧和产能过剩。成熟制程市场，中芯国际为代表的厂商正逆周期扩张。美对华技术封锁下中国设计厂商往先进技术节点的迁移受阻，倾向更为成熟可行的替代方案。1晶圆代工市场规模1300亿美金，成长性高于半导体行业23056335833523389412246884123440455595741-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%010002000300040005000600070002013201420152016201720182019202020212022全球半导体市场规模及增速全球半导体市场规模（亿美金）同比增速4034684896527027367238741101132113%14%15%19%17%16%18%20%20%23%-5%0%5%10%15%20%25%30%35%40%02004006008001000120014002013201420152016201720182019202020212022晶圆代工市场规模及占半导体市场比例晶圆代工市场规模（亿美金）同比增速占半导体市场规模比例来源：WSTS、IC Insights台积电占据全球近60%市场份额3来源：Counterpoint半导体作为人类科技进步的技术核心，始终沿着摩尔定律前进4半导体过去70年发展历程硅基半导体的技术演进，每 18 -24 个月晶体管的数量翻倍带来芯片性能提升一倍，或成本下降一半。十多年来，CPU和GPU的性能每两年多稳步提高一倍，而晶体管密度每三年翻一番，能源效率用了近四年的时间才达到这一目标，摩尔定律仍在前进但在明显放缓。来源：AMD高端应用场景下数字逻辑芯片追求先进制程工艺5来源：互联网台积电一直保持工艺节点的领先地位60.5-0.35 um0.18 um0.13 um/90 nm65 nm45 nm32 nm/28 nm22 nm14 -5nm引入CMP化学机械抛光技术使芯片的截面有序STI前沟槽隔离技术，用氧化层隔开各门路Cu代替Al金属成为互连线，采用BEOL集成工艺引入Ge strained沟通，提高电子迁移效率采用high-k值绝缘层/金属栅极第二代HKMG，继续改换更好的材料通过3D FinFET增加了一个栅极继续FinFET199519992001/2004200620082010/201120122014-2022来源：TSMC28nm后开始逐步甩开竞争对手7180 nm130 nm90 nm65 nm45/40 nm32/28 nm22/20 nm16/14 nm10 nm7 nm5nm3nmIntelIntelIntelIntelIntelIntelIntelIntelIntelIntelTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCTSMCSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungSamsungAMDAMDAMDGFGFGFGFGFIBMIBMIBMIBMIBMIBMIBMSTSTSTSTSTSTUMCUMCUMCUMCUMCUMCPanasonicPanasonicPanasonicPanasonicPanasonicPanasonicTITITITITIFujitsuFujitsuFujitsuFujitsuFujitsuToshibaToshibaToshibaToshibaToshibaSMICSMICSMICSMICSMICNECNECNECNECNECFreescaleFreescaleFreescaleSharpSharpSharpInfineonInfineonInfineonSonySonySonyCypressCypressCypressHitachiHitachiONONAtmelAtmel生产各制程的厂商来源：弘则研究整理14nm以下技术节点处于市场垄断8•14nm以下（10nm、7nm、5nm）技术节点台积电占据绝对领先地位，联电、格芯、中芯国际等晶圆技术水平尚未达到。即使是三星也主要是内部手机芯片代工需求，体量不足台积电的10%。3nm节点将在2023年下半年规模量产，主要为苹果新一代手机芯片，2nm节点将在2025年规模量产。三星、intel的技术节点规划跟台积电基本一致，目标扩大先进制程的代工市场。•16/28nm及以上的成熟制程方面，台积电的规模在360-370亿美金，超过联电、格芯、中芯以及三星的总和（约300亿美金）。三星之外，其他晶圆代工厂正大力扩产成熟工艺的产能或加剧市场竞争。头部晶圆代工厂不同制程的收入规模来源：弘则研究整理三星半导体代工整体规模估计180亿美金，其中一半是对内业务，另外一半大概90亿美金是对外提供代工服务的收入最先进的两代制程工艺合计贡献占比过50%90%20%40%60%80%100%23Q122Q422Q322Q222Q121Q421Q321Q221Q120Q420Q320Q220Q119Q419Q319Q219Q118Q418Q318Q218Q117Q417Q317Q217Q116Q416Q316Q216Q115Q415Q315Q215Q114Q414Q314Q214Q113Q413Q313Q213Q112Q412Q312Q212Q111Q411Q311Q211Q110Q410Q310Q210Q109Q409Q309Q209Q108Q408Q308Q208Q1台积电营收按制程占比0.25um+0.15/0.18um0.11/