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Intel vs. TSMC:摩尔定律和摩尔第二定律之对决

时间:2019-10-25 作者:顾正书 阅读:
随着摩尔定律的终结,其最大受益者INTEL也开始出现停滞甚至萎缩的迹象。与此同时,鲜为人知的摩尔第二定律仍在发挥作用,TSMC成了这一定律最大的实践者和受益者。未来5年,什么会接续摩尔定律继续引导半导体行业的发展呢?在这一关键转折时期,INTEL是否还有机会夺回行业领头羊地位?TSMC会遭遇什么挑战呢?

截至2019年10月24日(美国东部时间),TSMC(台积电)的市值为2483.4亿美元,而INTEL(英特尔)的市值为2291.2亿美元。TSMC已经成为半导体行业市值最高的公司,而且这一趋势将继续下去,与INTEL的差距也将逐渐拉大。HnVEETC-电子工程专辑

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图1:TSMC股票概览和市值数据(来源:Seeking Alpha)HnVEETC-电子工程专辑

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图2:INTEL股票概览和市值数据(来源:Seeking Alpha)

50年来,摩尔定律一直在左右着集成电路和半导体行业的发展方向。大约每隔两年,集成电路上的晶体管数量就会翻倍,自然性能和算力跟着翻倍,而CPU和其它类型的芯片价格却基本保持不变,甚至会下降。得益于摩尔定律的指引,半导体行业已经发展成为在全球经济中具有举足轻重地位的产业,而最大的受益者当数摩尔与诺伊斯联合创办的公司-INTEL。HnVEETC-电子工程专辑

Moore's_Law_Transistor_Count_1971-2018.png 图3:摩尔定律-- 从1971年到2018年的集成电路晶体管数量增长趋势(来源:维基百科)

摩尔定律几乎家喻户晓,但还有个摩尔第二定律却鲜为人知。这是由Arthur Rock提出了,因此也称为Rock定律。该定律指明,晶圆制造工厂的成本也呈现出指数式增长,大约每隔4年就会翻翻。2015年新建一座晶圆厂的成本高达100亿美元,TSMC在台湾的300mm晶圆厂Fab 15投资为93亿美元,预计未来的新工厂投资将达到200亿美元。HnVEETC-电子工程专辑

晶圆制造是一个资本、人才和技术高度密集的产业,门槛越来越高,能够保持领先地位的公司自然会获得高额的利润。然而,以百亿美元计的资本投入在全球范围也没有几家公司有实力持续投入。随着格芯退出先进工艺的竞赛,现在全球最新工艺节点的竞赛中,只有TSMC、INTEL和三星这三家公司了。从半导体行业的发展历史看,晶圆制造一旦跟不上最新工艺节点的竞赛而落后一代,就再也难以赢得竞赛的领先地位。HnVEETC-电子工程专辑

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图4:自2000年以来主要工艺节点的晶圆制造厂商(来源:Seeking Alpha)

自公司成立以来,INTEL一直坚持芯片设计和制造一体化的IDM模式和理念,电脑行业的发展和CPU的高额利润也让INTEL有资金实力坚持这一模式,不断投入最新微处理器的研发和制造,而确保其多年维持市场第一的地位。即便是始终处于“UNDERDOG”地位的AMD原CEO也坚信“真正的男人要拥有自己的晶圆厂”,然而时过境迁,苏姿丰执掌AMD却让这家公司成了一个Fabless,而且借助TSMC这个芯片制造合作伙伴,逐渐摆脱INTEL的阴影,甚至开始跟INTEL分庭抗礼。一直坐享摩尔定律红利的INTEL脚步放缓下来了,其10nm工艺虽然相当于TSMC的7nm,但一再拖延却影响了市场竞争力。HnVEETC-电子工程专辑

与此同时,以TSMC为首的晶圆代工行业却发展迅猛,不但造就了高通、英伟达和赛灵思等业界领先的Fabless芯片公司,也成就了TSMC今天的行业龙头地位。然而,这样的变化并没有引起历任INTEL高层的重视,也许他们很满足于x86带来的财富,而以为这一红利会一直保持下去。HnVEETC-电子工程专辑

看到TSMC的纯代工业务如火如荼,INTEL也一度涉足。自己的晶圆厂若有空闲产能就可以为其它Fabless公司提供代工服务,从理论上合情合理,但自己的三心二意却没能赢得客户的完全信任,最终以终止代工服务而告终。两家最大的FPGA公司选择了不同的代工合作伙伴,从而导致了不同的命运。选择TSMC的赛灵思现在是FPGA行业老大,而且乘AI春风越发得意飞扬。而选择INTEL为代工伙伴的Altera最终的命运是卖给INTEL。HnVEETC-电子工程专辑

为了满足Fabless芯片设计公司的需求,采用纯代工模式的TSMC在资本投入上遵循了摩尔第二定律。预计2019年TSMC全年资本支出约140-150亿美元,已经接近INTEL的资本支出,而前者2019年营收大约350亿美元,只有后者的一半(INTEL 2019年营收预计为690亿美元)。虽然两家公司的营收数字不能直接对比,毕竟TSMC是销售给芯片设计公司,相当于“批发”,而INTEL直接面向设备和服务厂商甚至终端用户,相当于“零售”,但从资本支出金额也可以大致比较两家公司在晶圆制造方面的投入。HnVEETC-电子工程专辑

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图5:INTEL自2016至2019财年的资本支出(来源:INTEL)

TSMC已经成为晶圆制造市场的领先者,而且其市场会继续扩大,7nm工艺已经成为其主要营收和利润来源,相信会继续增长,因此有更多的资金投入研发和晶圆厂设备。而INTEL的营收很大可能平坦甚至萎缩,因为来自AMD的竞争日益加剧,迫使INTEL通过降价等手段来维持其市场份额,这必然对其盈利能力产生负面影响,自然也影响研发和资本支出。HnVEETC-电子工程专辑

INTEL的10nm工艺已经拖延,要赶上TSMC就要加大资本投入,但根据目前的行业、市场和公司情况,INTEL不大可能增加制造方面的资本支出。从投资者的角度,一个方案就是将其芯片设计业务与晶圆制造业务拆分。这样其芯片设计业务才不至于受到晶圆制造业务的拖累,有望继续保持行业领先地位。HnVEETC-电子工程专辑

INTEL在享受摩尔定律带来的红利时,却忽略了摩尔第二定律,其晶圆制造业务已经不大可能赶上TSMC。另一家跟INTEL处于同样尴尬位置的公司是三星,其晶圆代工业务也是疲于奔命地追赶TSMC。鉴于其多头兼顾的商业模式“基因”,要超越TSMC也基本没有可能了。一个大胆的提议是,将INTEL晶圆业务与三星的代工业务合并,组成一家新的晶圆代工公司,这样也许有可能跟TSMC抗衡。HnVEETC-电子工程专辑

这一想法可能只是投资者的一厢情愿罢了,INTEL这样体量的企业有其固有的惯性和惰性,在重大危机没有来临之前不大可能做出“王佐断臂”的决策。财务出身的现任CEO Bob Swan也没有INTEL创始人高登摩尔和Andy Grove那样的魄力和决断力(上世纪80年代迫于日本存储器的竞争,INTEL毅然决然地放弃存储器业务而转向微处理器,逐渐发展出PC电脑CPU,进而成就了INTEL的半导体行业龙头地位)。HnVEETC-电子工程专辑

TSMC的成功在于其专注力,全身心投入到纯晶圆代工业务,为其芯片设计客户提供值得信任的制造服务。其资本支出也许有意无意地遵循了摩尔第二定律,但接下来的路也不会平坦无忧。从技术角度看,摩尔定律已经走到物理极限,工艺节点达到1nm之后呢?整个半导体界都在探索后摩尔时代的出路,“异构集成”似乎让人们看到了希望。在这样的关键转折时期,技术创新往往扮演着比资本支出更为重要的角色。INTEL也许失去了晶圆制造工艺的竞赛,但异构集成也许是其新的弯道超车机会。能否把握机会重返领先地位,就看INTEL高层如何驾驶操作了。HnVEETC-电子工程专辑

参考来源:https://seekingalpha.com/article/4297720-intel-taiwan-semiconductor-tale-two-cities-revisited;维基百科;TSMC和INTEL官方数据等。
 
责编:Steve Gu
本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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