大家好，歡迎來到霏兒的小屋。今天我們來聊聊世界上真實的晶片製造業現狀，一起來吹一吹晶片巨頭——臺積電，如果有片面之處歡迎對吹。
最近，臺積電又傳來訊息，3nm晶片將於2021年內進行風險生產。風險生產對於一項新技術來說尤為重要，它可以檢測出產品早期存在的問題，所謂的“風險生產”指的是原型已經完成並經過了測試，但還沒有達到批次生產的程度。簡單來說就是先生產幾個試試，看有沒有什麼問題？如果沒有問題的話，就可以開始批次生產了。晶片流片的費用高昂，所謂流片就是像流水線一樣透過一系列工藝步驟製造晶片，這就是流片。在一項新技術定型定性之後，晶片製造廠商都會安排風險生產，測試出新工藝的良品率，從而確保大規模投產之後的風險可控。一旦風險生產過後，將進入小規模量產再到大規模量產。
市場環節是評估規模化量產風險的重要一步，蘋果成為了臺積電第一批3nm工藝客戶，蘋果這個科技巨頭承包了臺積電3nm的所有產能，對於大多數手機廠商來說，根本就搶不到3nm產能，也就是說，未來蘋果的A系列晶片、M系列晶片上就可以使用臺積電3nm的工藝，蘋果再次成為臺積電最大的客戶。在這方面，其它的晶片廠商根本追不上臺積電，三星3nm晶片在2020年的時候就傳出遇到大問題，無法突破現有的瓶頸，而在技術研發方面，隨著工藝的迭代升級，難度會越來越大，研發的投入也越來越高，三星遇到的問題將越來越多，其他的晶片企業更是難以進入這個高階玩家的行列。可以說，在3nm之後的工藝，其它製造商很難涉足。
晶片投資費用也是非常高昂，就拿EUV光刻機來說，每臺機器大概需要1。2億美元，這價格足以讓其它晶片廠商望而卻步。其實更加關鍵的因素並不是價格，而是光刻機的生產數量，每年的生產數量有限，產能基本被臺積電和三星預定完了，即使有錢也買不到，從這裡不難看出，其它晶片廠商想入局幾乎不可能。臺積電今年的支出費用高達250億美元，其中大部分用於購買光刻機來生產蘋果所需的5nm跟3nm晶片，它以最先進的技術、最高的良品率贏得了蘋果、AMD這樣的忠實客戶。在技術行列絕對領先的優勢下，臺積電5nm晶片獲得了全世界晶片代工行業大概50%的市場，而且若不是臺積電產能不足，其它晶片廠商根本就沒湯喝。
隨著5G技術、人工智慧的發展，對晶片的要求也在提高，3nm工藝的未來必然是供不應求的。縱觀整個行業，高階晶片的頭部玩家也就臺積電和三星兩家，事實上對比三星而言，臺積電一直都是技高一籌，不僅最新量產出5nm晶片，晶片代工市場佔有率也是行業最高常年收穫50%左右的晶片代工市場。人們提起晶片製造廠商，只會想到臺積電，而對於三星瞭解不多。3nm是未來發展的趨勢，比起5nm來說，3nm的工藝更加先進，效能和功耗也比上一代更優秀。臺積電在5nm還未生產之前就已經開始對3nm進行研究，一直將三星甩在身後，到了2021年，臺積電的3nm產品也即將問世，預計在今年下半年就能實現試產。
在先進製程技術的發展中，英特爾在早年處於絕對領先地位，技術超越臺積電與三星一個時代。然而，在2014年進入14nm製程後，英特爾在下一世代10nm技術節點的研發上陷入瓶頸，而臺積電與三星卻趁勢迎頭趕上，在2018年分別匯入7nm量產製程，並於2020年先後進入到5nm量產製程。英特爾雖於2019年進入了10nm量產製程，但已落後臺積電與三星一年左右，嚴重影響了自制高階晶片的產能與競爭力。為遏制高階晶片的市佔率滑落，英特爾在積極投入下一個技術節點研發的同時，也不得不委託臺積電或三星來完成其部分晶片的製作。
3nm成功了，人類離2nm晶片還有多遠？對於這個問題，目前最大的著落就看臺積電離2nm成功還要多久？為什麼說是臺積電而不是其它廠商呢？要知道，三星在3nm工藝上還在技術攻關中，對於2nm的研究更是從未提起，而臺積電在臺灣新竹南方科技園的2nm晶片工廠已經在建設當中。按照臺積電方面的說法，2nm工藝研發需要四年時間，最快也要等到2024年才能進入投產，雖然臺積電還未公佈2nm所需的技術和材料，但是開工越早，就越能搶佔未來的晶片市場。在推出2nm晶片的時間裡，臺積電還將推出3nm以及3nm Plus產品，為了滿足客戶需求，臺積電正在為3nm產品的量產做準備，2021年末很可能在蘋果的最新產品上使用。人類距離2nm晶片還有很長一段路要走，每一代工藝的提升都需要數百億美元的支援和數年的研發。臺積電預計2024年生產2nm晶片，雖然它晶片研發實力驚人，但要把更多的元器件放到更小的空間內，同時把成本再降低一倍，這也必將是一個艱難卓絕的挑戰。
臺積電在3nm節點持續採用FinFET結構，並規劃在2nm節點才匯入GAA結構，而步伐落後的三星和英特爾則選擇在下一技術節點，三星在3nm、英特爾在5nm就匯入GAA結構，試圖用GAA結構的優勢來提升晶片的效能用以應對與臺積電之間的競爭。三星更是規劃提前於2021年匯入3nm GAA量產製程，在技術節點的突破時間上再次取得領先地位。
為達成晶片運算效能的持續提升，摩爾定律要求每兩年固定面積的電晶體數量倍增，但是隨著技術節點的推進，微影技術以及搭配的薄膜、蝕刻等技術挑戰與研發成本持續高漲，歷經50餘年的摩爾定律已經面臨極限。以臺積電和三星為例，每一技術節點的尺寸微縮已經無法達到電晶體數量倍增的目標，必須藉由新的方法增加電晶體的密度。如果簡單把晶片行業分為設計、製造、封裝測試三個環節，那麼中間的製造環節恰恰是技術難度最高的一環。目前全球具有先進製程的晶片製造企業只有臺積電、英特爾和三星三家，其中三星是自家“一條龍”自產自用，英特爾主要優勢是PC晶片，在移動端沒有太大話語權。也就是說，在最大市場的移動產品晶片行業，臺積電的角色是“技術攻關者”，新技術一經問世立刻就會被蘋果、AMD等企業預定，拿到臺積電產能的企業基本上就拿到了領先技術的“尚方寶劍”。
由於晶片的設計與製造高度繫結，今天已經取得核心地位的臺積電將把優勢延續到智慧汽車領域，很快會成為各大汽車媒體的焦點。外媒報道稱，臺積電和蘋果正在合作開發自動駕駛晶片技術，努力在美國生產“Apple Car”晶片，並正在談判供應鏈協議。這個訊息一點也不奇怪，在移動領域蘋果已經是臺積電的最大客戶，而在庫克眼裡，蘋果汽車將很快實現“讓人們上車後有一種iPhone體驗”。在去年八月，外媒報道臺積電將開始為特斯拉代工晶片HW4。0，實際上，特斯拉快速量產之後，一直在臺灣尋找晶片供應商，頂級晶片非臺積電莫屬。反過來看，為特斯拉代工晶片對臺積電未來的發展也非常有利，汽車晶片市場將在未來幾年迎來大爆發。
臺積電從特斯拉切入，將就此進入汽車晶片市場。全球晶片製造廠商無一不是資本雄厚，臺積電更是晶片行業的翹楚。晶片製造產能不足已不是什麼新鮮事，晶片行業從前期研發投資到中期的實物驗證，再到後期的生產線建制都需要投入鉅額的資本，這就是為什麼“平凡的企業”根本不能搞晶片。臺積電的生產線從來不會閒置，一旦建制成型，就能充分保證其利潤率，從而形成一個非常美妙的正迴圈。臺積電有實力投資昂貴的晶片生產線，所以臺積電能賺取大量寡頭利潤，而這些利潤又幫助其投資下一代研發。
展望過去，晶片業的需求量與日俱增，從最早的電腦到後來的功能手機，再到智慧手機，而5G時代來臨之後，應用場景更加豐富，晶片的效能需要進一步提高，以應付這種激增的需求。此外，在更長遠的時代，如萬物聯網、人機結合、生物計算等，都需要大量的新型晶片，可以說，只要臺積電能長期處在這樣的迴圈之中，不僅會讓自己的財務狀況越來越好，更會在經年累月中扼殺掉“競爭對手的追趕信心”。如果他們夠狠，又有政策支援，臺積電在晶片業的位置有可能從“天下第一”變成“天下唯一”！
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