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7月24日,一场远在美国的法说会,宣告台积电在高速运算时代的大机会正式到来。这一天,英特尔执行长史旺(Bob Swan)透露两个重要的讯息:「我们7纳米的处理器生产时程,会比原先预期的晚6个月。」他接着解释,为了维持「英特尔产品在市场上的领导地位,将会在自家晶圆厂之外,采用其他晶圆代工厂产能生产先进产品」。法说会后,英特尔27日立即开除从高通挖角来的首席工程师。
27日,这个消息让台积电的股价如触电般狂飙,台积电股价从每股386元跳上424元,直接涨停锁死。同一时间,一直追赶英特尔的美国处理器大厂AMD(超微)股价涨幅更为惊人;7月23日,AMD股价为59.5美元,到7月30日,AMD股价站上78.2美元,7天内市值暴涨3成。
制程能力超越英特尔5纳米,强劲成长推进3纳米
为什么会这样?以营收计算,英特尔依然是全球半导体龙头。英特尔去年营收高达2兆元台币(下同),是台积电的2倍;获利约6900亿元,比台积电高出2500亿元。英特尔依然是全球处理器之王,去年在终端和资料中心事业的营业额,则达1兆8000亿元。
然而,英特尔执行长这一次的发言,被投资法人视为台积电制程能力超越英特尔的明确讯号。英特尔先进制程进度一再出问题,10纳米制程原本预计2016年推出,却到2019年才问世;今年初,英特尔财务长更公开承认,10纳米的产能表现不如预期,无法大幅贡献获利。
反观,台积电先进制程不断推进。尽管外界不断质疑摩尔定律已到尽头,新制程愈来愈难做,但在今年7月16日,台积电总裁魏哲家在法说会上却明确表示:「今年下半年5纳米制程将强劲成长,全年将贡献8%的业绩。4纳米为5纳米世代制程技术延伸,预计2022年量产;3纳米制程开发符合进度,将于2022年下半年量产。」
大摩最新报告更指出,从去年底,台积电推出7纳米「强效版」制程后,台积电在制造能力上已开始超越英特尔,在同样面积里,能生产出更多电晶体。台积电的7纳米性能相当于英特尔的10纳米,但当2022年英特尔7纳米量产时,台积电已进入3纳米时代。英国《金融时报》评论:「这标志着英特尔长期领导地位的结束。」
最直接的证据是英特尔竞争对手的市占率数字。过去,AMD市场表现落后英特尔,2018年1月AMD一股只值11美元;但这一年,AMD委托台积电制造CPU和绘图芯片后,AMD不断用效能挑战英特尔,市占率节节高升,市值更在2年内翻升8倍!
台积电和英特尔的市值走势也是如此。2000年时,PC是高科技世界的中心,当时,英特尔的市值可以买下6家台积电;但2001年台积电和ARM(安谋)合作,发展制造超省电处理器的能力,紧紧抓住手机芯片的制造商机,英特尔在手机芯片市场一直难以发展。现在台积电的制程已足以生产最先进的处理器芯片,跨进最重要的云端、处理器、AI等高性能运算市场,有机会让台积电再创高峰。
仅是英特尔,去年靠终端产品和资料中心,就做了1兆8000亿元台币的生意,毛利率也和台积电相当;如果英特尔扩大对台积电释单,即使只释出5%,恐怕都是百亿元起跳的大订单。
台积电原本做的是运算能力较慢的手机芯片,为何能让最顶尖的两家处理器公司,都找台积电制造高效能芯片?其实,背后是台积电一项长达数年的秘密布局。
2016年5月,刘德音在台积电技术论坛上指出,未来台积电将致力发展4个新产品平台,包括行动运算、高效能运算、汽车电子和物联网平台。「这是台积电看到未来成长最快的市场区块。」刘德音明确指出,高效能运算的需求,到2020年就会爆发。说实话,当时没人把刘德音的预测当一回事。
4个新产品平台将发酵,刘德音靠3项秘密武器冲上颠峰
一位业界人士观察,台积电当时已经推算出两件事:第1,沿着台积电制程演进的速度推断,到2019~2020年实力足以进入处理器市场;第2,AI等趋势出现,高效能运算芯片是高价又有规模的大市场。
「这几年,处理器市场百花齐放,」这位业界人士解释,过去的处理器是「一颗芯片处理所有事」,但AI出现后,「有专门处理语音的翻译芯片,专门做人脸辨识的影像识别芯片」。同一时间,高科技公司也都想发展自己的AI芯片或处理器,谷歌有自己的AI芯片,苹果今年也宣布推出Apple Silicon,要把苹果电脑里的英特尔处理器换掉。英伟达更因为发展AI芯片,4年内股价从22美元翻涨到420美元。
中国大陆也想发展自己的处理器,最有名的当属华为旗下海思。去年,海思就推出7纳米鲲鹏伺服器芯片;如今即使海思被禁,中国还有飞腾信息等公司,持续投资中国自有的处理器芯片。
锁定高效能运算市场,刘德音过去几年培养出3项秘密武器,从省电的手机处理器跨入高效能芯片的大市场。
「台积电从2012年开始,就培养自己的处理器团队。」一位业界人士观察,刘德音过去对研发着力甚深,在他支持下,台积电培养出全台湾数一数二的设计团队,「人数约有2 、3千人,而且这些人流动性不高,许多人一待就是10几年」。
台积电有能力设计出世界一流的IC参考设计,但这些设计,都留在自家供客户选择使用,不跟客户竞争。业界人士观察:「台积电做这么多年的晶圆代工,光是电源管理用的IP,就有非常多的选择。」这些设计早已经过台积电内部千百次的试炼,只要客户点头,马上就能上线生产。「三星IP不够多,要什么没什么,很多都必须外购。」他分析,IP正是台积电看不见的秘密武器。
关键1:独家IP 拿下AMD订单的决胜武器之一
业界人士透露,台积电拿下AMD订单的关键,就与一个处理器专用的设计有关,「以前AMD的单一核心,与英特尔相比,效能始终无法超越」。过去要设计多核处理器是非常复杂的技术,但台积电团队设计出一种全新的设计,「让芯片上资料交换的速度能达到全世界最快,而且只送不卖!」有了这个设计之后, AMD可以在短时间内把处理器核心从4核发展成8核,甚至64核。「这个过程里,祥硕的团队也有贡献。」他透露。
从此,AMD改变策略,核心数愈多,与竞争对手的性价比拉得愈高。同时,由于台积电能在同样面积里创造出更大的运算能力,AMD开始猛攻高阶市场。「AMD为了让台积电能顺利代工,也与台积电签下授权协议。」过去台积电曾为英特尔生产X86手机处理器,但跟AMD的合作,才让台积电正式跨入高性能X86架构PC和伺服器处理器市场。
「生产1颗处理器,从设计开始,大约需要一年半时间。」他观察,从刘德音2016年端出高效运算平台后,「台积电派了一组人与AMD一起设计处理器」,2018年,AMD把所有处理器订单都交给台积电生产。他研判,这次英特尔CEO宣布委外制造,台积电团队应已与英特尔开始合作。
业界人士观察,AMD和台积电合作,今年下半年会端出杀手级的产品,「没有意外的话,今年下半年AMD会推出第一颗3D封装IC」。过去,英特尔在伺服器市场的市占率超过95%,但现在已有人预测,未来AMD和英特尔在伺服器市场的市占率,将达到3:7。
这几年,外界多把焦点放在台积电微缩制程的发展上,但是先进封装才是台积电另一个重要的武器。以前一片主机板上,处理器要处理资料,必须透过主机板上的线路,到记忆体里拿资料,不管处理器跑得再快,主机板上资料传输的速度,最快也只有每秒十G;处理器跑得再快,没有资料,也只能空转。
关键2:先进封装技术业界人士:效能提升「会非常恐怖!」
但是,台积电先进封装技术,能把记忆体和处理器放进同一颗芯片里。台积电负责先进封装专家曾在论坛上表示,在同一颗芯片里,记忆体和处理器之间资料交换的速度,传输速度可以增加10倍以上。业界人士观察,AMD要推出的新处理器,就会把记忆体和处理器包进同一颗芯片,「效能提升会非常恐怖!」
他说,台积电与弘塑等设备商合作开发3D封装用的新材料,在芯片上层再叠一层芯片,中间用特制的纳米双晶铜材料贯穿。「再过3年,台积电就有能力把PC主机板上的芯片,Type C、HDMI相关的芯片都放进来。」他分析,一旦解决散热的问题,未来一块芯片,就能完成现在一台PC才能做的工作。
另一个值得注意的是,台积电原本擅长生产的ARM处理器,被认为运算效能无法与英特尔竞争,但这几年,台积电和ARM合作后,已经可以和英特尔匹敌。
美国媒体观察,台积电代工生产的苹果手机处理器芯片就是采用ARM的技术,「A10就比前一代效能增加4成」,接下来,从A10到A14,每一代效能都稳定成长。根据《MacWorld》的报导,台积电今年用五纳米打造的A14处理器,效能已经足以取代部分笔电处理器。
关键3:手机处理器具直接挑战PC处理器能力
「ARM早已称霸手机,只剩下PC和伺服器的市场还没吃下来。」业界人士观察,ARM和台积电联手研发新技术,台积电透过微缩制程增加运算能力,ARM透过修改指令集,增加运算效率。今年,日本的富岳电脑就是用ARM芯片,拿下全球超级电脑运算力第一的宝座。
对苹果来说,iPhone芯片效能达到PC水平后,苹果就可以用自己设计的处理器取代英特尔处理器,不但成本更便宜,还能用同一套作业系统和服务,通吃PC和手机,苹果的营收跟着水涨船高。
这也能解释,为什么台积电在刘德音出任董事长之后,不断加大资本支出,推动新厂建设案,总投资规模超过1兆元台币。因为今年底Apple Silicon订单将涌进,AMD也会追加订单,明年到后年还有英特尔的高阶订单需求,这些芯片要的全是最先进的制程,台积电的投资手笔,反映对接下来的需求相当乐观。
现在,是台积电在云端和高效能运算商机爆发的前夕,投资人要关注台积电是否真能按照时程推进制造技术,拉开与英特尔的差距;如果一一实现,台积电将成为全世界处理器制造之王。现在,外资对台积电的目标价,几乎全是4字头起跳,最高喊到530元;高效能芯片时代,台积电的未来会很不一样。
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