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风云君还在读书的时候，有一个来自台湾地区学流体力学的同学说毕业后要去台积电（TSM.N，2330.TW）工作。 风云君心想，流体力学跟半导体有什么关系？！真是见了鬼了！ 文章转载自公众号“市值风云” 但是后来又觉得专业只是一方面，被称为“台湾之光”的台积电应该在台湾学生心里有着特殊地位的。 早在2017年，风云君就曾写过《半导体行业风云 | 1900亿美元市值台积电：一个巨头的诞生（上）》和《半导体行业风云 | 1900亿美元市值台积电：巨头的护城河（中）》。（下载市值风云APP，搜索相关文章） 2018年，市值风云的老朋友、台湾半导体投资资深人士张家维还应邀在市值风云平台上写过一篇《给大学同学的一封信：论台积电的长期投资价值》。 最近，美国要求台积电停止向华为提供代工服务，于是这家公司又被推上了风口浪尖。 风云君觉得有必要回头重看一下台积电这家公司。 一、台积电的竞争力 近十年来，引领半导体工艺最先进水平的共有三家公司，分别是英特尔（INTC.O）、台积电和三星（005930.KS）。 2009-2014年，英特尔保持着最先进的工艺，在这期间集成电路制程从32nm缩小到了14nm；2015-2016年，三星追上了14nm；而到了2017年，台积电一口气追到了10nm，并保持领先，英特尔开始落后；从2018年开始，台积电和三星都达到了7nm的水平。 （来源：OUHK -「中國360度透視」系列講座：神秘的半導體集成電路工業） 在最新的2020年一季度，台积电称，5nm良率爬坡正在按计划进行，预计下半年5nm技术贡献10%的营收。 （来源：2020年一季度电话会议） 三星则称5nm技术将在今年二季度开始量产。 （来源：三星2020年一季度电话会议） 至于另外一家巨头英特尔，今年3月英特尔CFO称7nm CPU的生产不会早于2021年下半年。 显然，英特尔已经大幅落后于台积电和三星了。 （来源：https://www.hpcwire.com/2020/03/05/intel-cfo-talks-7nm-5nm-futures-amds-growing-datacenter-market-share/） 至于台积电为什么会后来居上，也有很多种说法。 风云君只提供一个解释： 晶圆制造的关键在于提高良率，而提高良率需要在生产中不断试错，这就需要大量的订单来支持。英特尔在PC时代靠自己的CPU出货量就足够了，而到智能手机时代，台积电因为代工了更多的手机SoC，所以产线良率提高得更快，从而进一步促进研发。 另外需要说明的一点是，近年来的技术发展中，各家公司之间的制程越来越不可比较。比如同样是10nm制程，英特尔的技术中晶体管密度达到了每平方毫米1.008亿个，远高于台积电的5251万或者三星的5182万。 （来源：维基百科） 因此晶体管的密度也成为制程之外的一个重要指标。 从这个角度来看，台积电依然要领先三星和英特尔：台积电2018年量产的7nm技术每平方毫米的晶体管数量就已经达到了0.912亿，早于三星和英特尔于2019年分别达到的9508万、1.008亿。 （来源：wikichip） 二、一半的收入来自16nm及以下的先进工艺 有了先进制程，下一步来看看其带来的收入怎么样。 2019年，台积电的收入约为1.07万亿新台币，折合人民币2491亿元。 分制程来看：7nm技术贡献了27%的收入，10nm贡献了3%，16nm贡献20%。 16nm及以下的先进工艺合计占到总收入的50%。 而16nm是公司2015年成功量产的工艺，也就是说台积电一半的收入来自最近5年内的技术。 （来源：2019年四季度及全年财报电话会议PPT） 而到了今年一季度，台积电的收入为3106亿新台币。 其中，35%的收入来自7nm，0.5%来自10nm，19%的收入来自16nm。 16nm及以下的工艺合计占到总收入的54.5%，比例进一步提高。 （来源：2020年一季度财报电话会议PPT） 如果观察季度数据会发现，自从7nm技术在2018年二季度成功量产以来，其贡献的收入不断增加，而且逐步取代了10nm技术。而16nm技术受到的影响则不大。 （来源：2020年一季度财报电话会议PPT） 这主要是因为根据不同制程的性价比和产能等因素，其应用的主要场景并不相同。 一般来说，最先进的制程主要用于高端手机SoC和高性能运算（如GPU）等大规模集成电路。目前最先进的是7nm，下半年5nm出来后苹果的最新芯片也会使用5nm。 （来源：官网，下同） 16/12nm用于手机SoC、网络通讯、消费和汽车电子。 28nm除了应用在中低端的智能手机SoC、CPU、GPU、通讯芯片外，还广泛应用在消费电子、汽车电子、物联网领域。 40nm及以上技术则多数用在物联网、可穿戴设备、汽车电子，以及MEMS（微机电系统）、CMOS感光元件、非易失性存储器、MCU（微控制器）等。 （CMOS） 我们再来看看2010年以来的技术演进。 每一代技术都是从小规模试产（risk production），到大规模量产（mass production），达到出货巅峰，再逐渐下降，最后被淘汰。 只不过，有些制程的生命周期会长一些，例如40/45nm（浅绿色）、28nm（紫色）、16/20nm（红色）等。 而少部分技术的生命周期明显要短一些，比如说10nm（蓝色）。 （不同制程贡献的收入占比，来源：wikichip） 三、研发投入 维持技术的领先地位，有赖于持续的研发投入。 2019台积电的研发投入达到914.2亿新台币，全部费用化。 从全球范围内晶圆厂的工艺来看，只有三星电子拥有和其接近的7nm工艺。三星电子也是台积电合适的比较对象。 （来源：三星晶圆代工投资者介绍，2020） 2019年，台积电和三星电子的研发投入占营收的比例分别为8.5%、8.8%，差别不大。 台积电的研发投入全部费用化，而且近三年占比平稳。三星电子的研发投入占比在近三年上升明显。另外，三星电子的研发投入有少部分资本化，其中2019年的资本化率为1.4%。 不过，三星电子的业务众多，半导体只占其总收入的28.2%（注：分部间冲销前）。 （来源：三星电子2019年商业报告） 所以有必要知道其半导体业务的数据。这里风云君只找到2017年的数据，当年三星电子半导体业务的研发投入为34.15亿美元，而台积电的研发投入为26.56亿美元，三星要高于台积电。 不过，三星电子的半导体业务除了晶圆代工还有存储芯片、手机SoC的研发等。 只能说，要维持世界领先的工艺，需要投入至少20亿美元量级的研发资金。 （来源：IC Insights） （三星总部大楼） 四、台积电的独门绝技：先进集成和封装 如果以为晶圆代工只是按照客户的图纸来生产芯片，那可就小看这一行业了。 半导体行业一直以来进步一个重要原因是：随着线宽的缩小，每个晶体管的成本会降低。 这也是摩尔定律背后一个重要的经济学意义。 （来源：OUHK -「中國360度透視」系列講座：神秘的半導體集成電路工業） 但是随着技术进入14nm，单个晶体管的成本开始趋平，甚至有上升的趋势。 这时候的一种新的技术路线就是异构集成，或者叫3D集成。 （来源：https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/275775-a-future-vision-for-3d-heterogeneous-packaging/） 由于这种技术直接在晶圆层面进行操作，所以晶圆代工厂在制造环节的重要性愈发突显出来。 台积电在这个领域也可以说是独步天下。 其技术包括3D IC集成、SoIC（系统级集成芯片，system-on-integrated-chip）、CoWoS（基底晶圆上芯片，chip-on-wafer-on-substrate）、高级扇出（fan-out）、集成扇出等。 （来源：2019年业务报告） 以SoIC为例，这是一种在晶圆层面把不同功能的小芯片（chiplet）集成到一起的技术。这些小芯片可以是使用7nm工艺的逻辑芯片、存储芯片、传感器等。SoIC可以进一步提高性能，降低功耗。 （来源：官网） 而英伟达（NVDA.O）最近推出的A100芯片，就使用了台积电的CoWoS技术。A100是目前最大的7nm制程芯片。 （来源：https://techgage.com/article/nvidia-gtc-2020/） 在三星的年报里，风云君只找到存储芯片的3D硅穿孔封装技术，晶圆代工部分则没有相关描述。 三星的技术优势更多还是在其存储芯片。 （来源：三星2019年业务报告） 台积电的这一独门绝技，无疑会加大下游公司对其的依赖。 五、资本开支 如果说研发只是把技术开发出来，那么实现量产还需要大量的资本开支。 2019年，台积电的资本开支为154亿美元，三星电子半导体业务的资本开支则达到195亿美元。台积电要少于三星。 从趋势来看，2014-2019年台积电的资本开支逐渐上升，三星电子半导体业务的资本开支则是在2017年增长超过一倍后，近两年有所下降。 2019年，台积电的资本开支主要投向四个方面： （1）安装5nm产能，扩建7nm产能；（2）扩建先进封装和光罩的产能；（3）建设位于南部科学园区的Fab 18；（4）投入研发新的先进制程的项目。 （台积电位于中部科学园区的Fab 15，拥有目前最先进的7nm技术） 而如果一家公司要在不依靠融资的情况下持续经营，那么它的现金流必须要能支撑资本开支。 2019年，台积电的经营活动净现金流为6151.4亿新台币，资本开支为4604.2亿新台币，自由现金流达到1547.2亿新台币。 2012年至今，自由现金流始终为正。 不仅如此，台积电还把大部分自由现金流用来分红。2012-2020年一季度，公司累计产生的自由现金流约为1.39万亿新台币，累计的股东回报（注：分红减去行使购股权所得款）约为1.22万亿，占自由现金流的比例达到87%。 可以说，台积电不仅是在技术上令人尊敬的企业，也是在商业上非常成功的企业。 六、出货量和收入 研发出新技术、量产之后，还需要把产品卖出去。 对于台积电来说，这都不是问题。2019年，公司的营销费用率仅有0.6%，而且近年来始终维持在1%以下。 我们直接来看出货量吧。 熟悉半导体行业的都知道，目前的晶圆主要有8英寸和12英寸两种尺寸。一般把8英寸晶圆按照面积换算成12英寸，然后用晶圆片数来表示出货量，也称为12英寸晶圆约当量。 2019年，台积电总共出货1010万片12英寸晶圆约当量（注：简称晶圆出货量），同比减少6.4%，是十年来首次下降。 同年，台积电的产能为1230万片12英寸晶圆约当量。 2018、2019年，产能利用率分别为87%、81%，显著低于此前90%以上的稳定水准。 而在2019年，台积电的收入同比仍然增长了3.7%，主要是因为平均售价提高了6.9%，以及新台币对美元贬值了2.4%。 平均售价提高是因为先进工艺贡献的收入占比更高。 在2020年一季度，台积电的收入大增42.0%，晶圆出货量则增长了32.7%，主要与上年同期基数较低有关，风云君在下面还会解释。 （2013年公司调整了收入确认的范围，并重述了2012年数据，使得之前的数据不可比） 目前，台积电最先进的7nm工艺客户主要有：苹果（AAPL.O）、华为海思、高通（QCOM.O）、AMD（AMD.O）、联发科（2454.TW）。 前四家占比约在2成左右，联发科则有13%。 （来源：https://tw.appledaily.com/property/20200101/5BETHKO2V36MEZMTMC35O5MDX4/） 这当中，华为对台积电增长的贡献最大。 2017-2019年，第一大客户苹果每年贡献收入都在20%以上，非常稳定。 来自第二大客户华为的收入占比则从5%迅速提高至14%。 按照上面的数据进行估算，华为占到台积电7nm收入的20%，对应2019年的499.10亿新台币。同年，华为对台积电总营收的贡献为1497.99亿新台币。 也就是说，来自华为的收入中约1/3都是最先进的7nm制程收入，7nm也是台积电最贵的工艺。 （华为海思） 七、增长 在这里，我们不妨从两个维度来观察台积电的增长。 与整个晶圆代工行业对比，台积电的增长速度始终要高0.5-3个百分点（注：美元计价）。这意味台积电的市占率在不断增加。 台积电估计其2019年的市场占有率是52%。 而对比晶圆出货量增长和收入增长，则会发现平均售价始终是在提高的，但是2016-2017年，收入增速和出货量增速相对接近；2018-2019年，收入的增速则要显著高于出货量增速。 要知道，2016、2017年正是台积电的16/20nm、10nm技术增长最火热的时候。为什么这段时间平均售价提升不明显呢？ 这里风云君先卖个关子，我们来看看台积电和其最大客户苹果的季度数据。 最近三年多，台积电的收入有着明显的季节性： 每年当中，四季度>三季度>二季度（一季度）；有的年份一季度收入更高，有的年份二季度更高。 再来看苹果。 苹果每年的第三财季（注：对应于自然年的二季度）季度营收最低，最高则是每年的第一财季（注：对应于自然年的四季度），与台积电的规律几乎一致。 当然，苹果贡献了台积电20%多的收入，所以这个结果也不意外。 晶圆代工本身并没有所谓的季节性。但是如果客户的业绩出现波动，那么台积电的收入也会受到影响。 再回到上面台积电季度营收的那张图。近三年多，季度同比增速基本稳定在0%-10%之间，只出现过两个阶段的负增长： 2017年二季度到三季度，收入同比分别下降了3.6%、3.2%；2019年一季度，收入同比下降了11.8%。 接下来，我们详细看看这两段时期的负增长。 其中，2017年二季度和三季度是因为下游客户出现了严重的库存调整（Inventory Correction）。 （来源：2017年二季报电话会议） 库存调整是半导体行业的一种说法，讲的是需求在一段时期内下降，通常为2到3个季度。 具体到2017年的这次库存调整，主要是中国的智能手机市场在上半年需求比较弱。 （来源：https://www.businessinsider.com/semiconductor-inventory-correction-explained-2014-10） 在这种情况下，2017年的平均售价几乎没有提高也就不难理解了。 可见，即使有了最先进的技术，涨价也要看市场供需。 回答了前面的问题之后，再来看2019年一季度。这个季度台积电收入同比减少了11.8%，是近年来最严重的一次下滑。 这次，台积电除了再次遭遇客户库存调整外，自己也出了点状况，光刻胶不合格的问题使得当季营收受到了3.5%的影响。 （来源：2019年一季报电话会议） 稍作总结：台积电的业绩主要受到下游客户的影响，但由于其领先的技术能力和市场份额又有一定的提价空间。 （出现光刻胶事件的台南科学园Fab 14） 八、盈利能力 研发投入、资本开支、收入这三项构成了分析利润率的大致框架。 其中，资本开支通过在建工程转化为固定资产，然后以折旧的方式影响利润。 固定资产和使用权折旧、无形资产摊销占台积电营收的比例常年都在26%上下，其中2019年达到26.8%。 折旧和摊销中的大部分都计入营业成本，少部分计入期间费用。 下面我们来看看具体的营业成本结构。 以2017年为例，折旧占台积电营业成本的比例为47%，摊销和损失仅占1%。 另外，员工福利占比为14%。 （来源：中信证券研报，2018.11） 2017年，计入营业成本的员工福利金额为610.26新台币，计入费用的员工福利金额为431.04亿新台币，合计达到1041.30亿，占总营收的比例为10.7%。 一般来说，人的成本比较稳定。近三年来，员工福利占营收的比重始终略微超过10%。 另外，2017年的成本中还有29%来自专利使用费、间接材料、耗材等，6%来自直接原料，3%来自直接人工。 总的来说，风云君认为与固定资产有关的产能利用率、新工艺投产时的专利使用费及相关耗材对毛利率的影响比较显著，原材料成本较小程度上会受上游供需的影响。 比如说，2019年受产能利用率下降的影响，毛利率下降了2.3个百分点至46.0%。 不过长期来看，台积电的毛利率非常稳定，始终在50%上下。 再来看看费用率。 除了维持技术领先所需的研发投入外，台积电对其他的费用控制得非常好。2019年，一般及行政费用率仅有2.0%，营销费用率仅有0.6%。近年来，两者都比较稳定。 讲完了台积电，风云君还想了解一下行业内的其他公司，尤其是中国内地的晶圆代工企业实力怎么样。 九、中国内地的晶圆代工实力 当前全球晶圆代工的格局，可以用“两超多强”来形容。 “两超”当然指的是台积电和三星，2019年晶圆代工收入分别达到357.74亿、123.80亿美元。 “多强”包括格罗方德、联电（UMC，UMC.N，2303.TW）、中芯国际（00981.HK）。三家营收在30亿-60亿美元的区间。 再往下还有高塔半导体（TSEM.O）、华虹半导体（01347.HK）、力积电（5346.TW）等公司，这些公司营收规模在10亿美元左右。 按照地区来划分，前十公司中有4家位于中国台湾，2家位于韩国，2家位于中国内地，1家位于美国，1家位于以色列。 中国台湾的企业有台积电、联电、力积电、世界先进积体电路（5347.TW），韩国除了三星还有东部高科（000990.KS），中国内地有中芯国际和华虹半导体，格罗方德和高塔半导体分别位于美国和以色列。 （来源：公司年报，TrendForce，市值风云整理） 而从技术的先进性来看，台积电和三星同处第一阵营，都达到了7nm或者以下的水平。 10nm水平的还有格罗方德，后者的12LP+工艺已经接近台积电的7nm水平。 16/14nm水平的则有中芯国际、联电。 其他厂家工艺相对落后。 （来源：三星晶圆代工投资者介绍，2020） （来源：https://www.tomshardware.com/news/globalfoundries-12lp-plus-node-process-12nm,40478.html，2019.09） 对比同属第二梯队的联电，中芯国际最近两年来自28nm和14nm的营收占比分别为6%、4%，少于联电的15.2%、11.3%。不过联电14nm及以下技术在2019年占比为0，中芯国际的14nm技术则是从2019年四季度开始贡献收入。 （来源：中芯国际2019年年报） （来源：联电2019年年报） （来源：中芯国际2019年年报） 回到三年前的2017年，台积电仍然排名第一，市场份额为51.6%。 2017-2019年间的最大变化是，三星一举从第四崛起到了第二。当然，三星最近三年的资本开支也是有目共睹的。 （来源：IC Insights） 这里再提一下华虹半导体。与中芯国际不同的是，华虹半导体的业务方向主要是非易失性存储器、分立器件、模拟和电源管理等技术，其最先进的制程水平也只有65nm。 （来源：华虹半导体2019年年报） （来源：华虹半导体2019年年报） 十、台积电股东 最后，我们来看看台积电的股东和实际控制人。 台积电在台湾、纽约两地上市。 截至2020年2月29日，台积电共有流通股约259.30亿股，其中20.54%的股份是托管在花旗银行的ADS（美国存托凭证）。也就是说，在台湾股票交易所流通的股份占比79.46%。 台积电的股权相当分散。 第一大股东是台湾地区的“国家发展基金”，持股比例6.38%。 第二大股东Capital World Investors名下有Capital Research and Management Company和Capital International Limited两家提供投资管理服务的实体，分别是美国资本集团旗下的子公司和私募股权公司，合计持有5.16%的股份。 第三大股东贝莱德（BLK.N）持有5.15%的股份。 前三大股东合计持股16.69%。 台积电的管理层和高管合计持股仅有0.35%。 另外，截至2019年12月25日，在所有的流通股中外国机构和自然人合计持股78.48%，比例非常高。 简单来讲，就是近8成的股息都分给了台湾以外的机构或者个人。 台积电是同股同权的。股权分散意味着，董事会一定是多方利益制衡的。 截至2020年2月底，台积电共有9名董事会成员，其中有5名独立董事。 在这9人中，Mark Liu（刘德音）和C.C. Wei（魏哲家）分别是董事会主席、董事会副主席兼CEO，F.C. Tseng（曾繁城）是台积电的联合创始人之一。三人都在台积电任职较久。 Mei-ling Chen是台湾地区“国家发展基金”的代表。 Sir Peter L. Bonfield除了担任台积电的独董外，目前还是恩智浦（NXPI.O）的董事会主席，并曾经担任过英国电信、爱立信（ERIC.O）的董事会成员。 Stan Shih是宏碁 (Acer)联合创始人和荣誉主席。 Kok-Choo Chen在2009-2016年之间是中国台湾行政院顾问，目前是台积电的独董。 Michael R. Splinter曾经是应用材料（AMAT.O）的CEO和董事会主席。 Moshe N. Gavrielov曾经是赛灵思（XLNX.O）的总裁和CEO。 总结一下，1/3的董事会成员来自公司，1/3来自美欧半导体行业，1/3来自台湾地区政府及企业界。 $台积电(TSM)$ $中芯国际(00981)$ $苹果(AAPL)$ $英特尔(INTC)$ $AMD(AMD)$ $高通(QCOM)$