5G手机到来,：台积电甩开三星、英特尔上演"神仙打架"

近日，先是传出台积电产能供不应求、需求旺盛、订单超饱满，随后台积电业绩大涨并大手笔扩产;接着有媒体爆出，苹果包了台积电2/3的5nm产能，剩下被华为抢占;而最新消息是，台积电5nm产能已被“抢空”，超大客户高通只能等明年了，至于联发科、英伟达、赛灵思、比特大陆等重要客户也只能在后面排队了。5G手机的到来，让我们有幸看到了“神仙打架”一幕。

下半年最重磅的新机都将使用5nm制程：苹果iPhone 12搭载的A14 处理器和华为Mate40的5G芯片。而高通新一代芯片也将采用5nm，将在明年上线，这意味着与高通合作的中国二线手机品牌，将在制程先进度落后于苹果与华为，更意味着手机性能的落后。

从7nm开始，先进制程之战愈演愈烈，在这背后，是手机厂商和芯片厂商对手机性能的迫切升级需求，在5G升级带来的手机技术变革中，上游晶圆代工厂的地位和竞争凸显，对代工厂、芯片厂和手机厂来说，都意义重大。

台积电(TSM.N，2330.TW)，这家拥有100万片/月产能的全球知名芯片代工商，成立于1987年，由台湾“半导体教父”张忠谋创立，将是5G+5nm浪潮中最大的赢家之一。

5G与5nm互相助推，或将带来“十年一遇”的科技浪潮，而所谓的“5nm”，到底意味着什么?

5nm/7nm代表什么?

智能手机依然是最先进制程最激进的尝鲜者。

2月28日，高通正式向全球发布第三代5G调制解调器到天线的一整套解决方案——骁龙X60 5G，这是第一款 5nm 基带芯片，能够提供高达 7.5Gbps 的下载速度以及 3Gbps 的上传速度。

高通称，从7nm降低到5nm，将减小芯片整体尺寸，在智能手机中占用更少的空间，手机厂商便可用腾出的空间来添加更多资源容量、添加新功能。

高通还声称，骁龙x60是世界上第一个支持跨所有关键5G频段和组合的5G调制解调器，这意味着它将能同时支持sub-6GHz带宽以及毫米波。对多频段的支持也要求芯片更强劲的算力，这也是5nm工艺的特点。

此外，据业内人士爆料称，海思麒麟下一旗舰芯片代号为“巴尔的摩”，也将采用5nm工艺制程，传闻其或直接跳过A77升级为A78构架，CPU和GPU的性能提升超过40%。得益于5nm工艺，这款芯片每平方毫米晶体管数量将达到1.713亿。

同时，据DigiTimes 报道，台积电将于今年 4 月开始量产苹果 iPhone 12 使用的A14 5nm 制程芯片，每个芯片预计将包含150亿个晶体管。

日前，有媒体曝光了一组疑似苹果A14的跑分：Geekbench 5单核1658分，多核4612分，比上一代A13提升了20-30%。

上述“5nm”，是指芯片内部的晶体管的栅长，通俗讲就是芯片内部的最小线宽，线宽越短精细度越高，在一颗芯片上集成的晶体管的数量越多，芯片性能越高。从20世纪60年代至今，从 1 个晶体管到 100 亿，关键尺寸从1988年的1um，减小到2020年的5nm，减少了 99.5%。

目前，能够量产的最先进工艺是台积电的5nm，国内半导体代工厂最新先进的是中芯国际的 14nm。

一位分析师对投中网表示，在5G时代，7nm/5nm EUV 是重要的制程节点，5G频段较高且需兼容2G、3G、4G，给芯片技术提出了更高要求，此外5G时代要求手机内置天线数量增加，手机芯片尺寸的缩小也将为手机尺寸留下空间;另一方面，5nm也适应于人工智能和5G驱动的计算能力的增长。

其表示，5nm芯片比7nm芯片体积更小、更节能，这使得采用5nm的芯片不仅可用于手机，还适用于空间、耗电要耗高的可穿戴设备，比如AR眼镜和无线耳机等等，这是更先进制程很大的优势。

据台积电官方，5nm 逻辑密度将是之前 7nm 的 1.8 倍，SRAM 密度是 7nm 的 1.35 倍，可以带来 15%的性能提升，以及 30%的功耗降低。

根据台积电的规划，6nm 预计在 2020年一季度进行风险试产，预计 2020 年年底量产;5nm 进入爬坡提升良率阶段，预计2020年上半年开始量产。

摩尔定律引领半导体产业，产业持续升级需要贯穿整条产业链，5G手机与5nm等先进制程的互相推动，才真正带来了产业升级。

一方面，5G拉动先进制程需求，台积电预计2020年5nm制程收入占比达10%，从台积电历年新制程量产的情况看，7nm制程于2018年量产，2018年收入占比为9%;10nm制程于2017年量产，当年收入占比为10%。台积电5nm制程的需求显示，2020年5G手机需求旺盛。

从目前 5nm 制程的需求看，2020 年预计以 5G 智能手机相关产品为主。手机厂商和芯片厂商的竞争以及急迫需求，助推5nm制程的需求。

以市面上的5G芯片为例，各大芯片厂商推出的产品均为先进制程：海思、高通、联发科、三星LSI等相继发布各家产品，基本采用7nm工艺，紫光展锐使用6nm工艺。此外Counterpoint预计，2020年海思将在上半年推出麒麟820(7nm EUV);苹果、海思、高通将在下半年分别推出A14(5nm)、麒麟1000(5nm)、SDM600系列。

这导致，从去年三季度开始，台积电7nm产能全线爆满，2020年上半年都将是产能供不应求的局面。联发科、高通、三星电子及海思等 5G 芯片供应商，都不断要求上、下游协力厂大举扩充产能，以提高自身的备货量。

在2020年，5G手机渗透率的提高，将提高晶圆代工厂的产能利用率并加快技术突破速度。海通证券预计2020年5G手机的渗透率为14%。根据IDC预测，2020年全球5G手机出货量将达到1.9亿部，占所有手机出货量的14%。

另一方面，上游代工厂技术节点的突破，也带来了整个行业的景气度上升。

从全球主要晶圆代工厂台积电、中芯国际、联电以及华虹半导体2019年以来各季度的收入情况看 ，从 2019年一季度以来，晶圆代工环节的增收规模逐季增长，各季度的同比增速逐季改善。主要晶圆厂的营收改善，显示行业景气度回升。

芯片制程决定了芯片性能，意味着未来手机厂商的争夺高下之争已经初步见了分晓，苹果、华为三星领先，小米等其他厂商只能望尘莫及。

台积电的狂欢

由于产能有限，据报道苹果和华为已经包下了台积电5nm的产能，从下图也可看出，苹果与华为的芯片备货量最高，而高通或许只能等到明年了。

对代工厂来说，这或将是“十年一遇”的机会，而率先突破的台积电将是此次5G和5nm时代最大的赢家之一。

目前，先进制程的供给端只有台积电、三星、英特尔。台积电为先进制程的核心晶圆代工厂，目前 10nm 工艺客户已经超过 10 家，7nm EUV 客户至少 5 家(苹果、海思、高通、三星、 AMD)，6nm 客户除了 7nm EUV 的 5 家还多了博通、联发科。

因为上述下游需求爆发，台积电业绩大幅超预期：公司在2019年四季度实现收入104亿美元，环比和同比均增长10.6%;毛利率高达50.2%，远超同行业公司。业绩增长的主要原因是智能手机旗舰机、高性能计算机及相关应用的需求增长，带动 7nm 制程订单大幅增长。

分制程来看，公司晶圆收入中7nm 占比达到 35%，10nm 占比 1%，16nm 占比 20%，先进制程收入占比合计达到 56%，大幅提升。

2020 年 1 月，台积电实现营收1036.8亿新台币(约合人民币241亿元)，同比增长 33%，创下公司 1 月份营收历史新高。目前公司 7nm 制程产能紧张，5nm 制程也已接受预定，受益于智能手机及物联网产品出货量表现强劲，上半年订单饱和度较高。

台积电于1987年由半导体教父张忠谋成立， 是全球最大的专职晶圆加工制造的企业，总部位于中国台湾新竹。

1994年上市至今，台积电的营收增长55倍，净利增长39倍，近十年复合增速为11%与9%，远超同期半导体行业整体复合增速。

台积电目前在美台两地同时上市，其市值从一开始的28.6 亿美元上涨至最新交易日的2780亿美元(3月16日，下同)，市值成长近百倍，成长为台湾证券交易所市值最大的公司。台积电近年来各项利润率指标均保持稳定，公司毛利率、营业利润率、净利率在晶圆行业内一枝独秀。

截止2019年底，公司拥有五座12寸晶圆 厂(Fab 12，14，15，16，18)、七座8寸晶圆厂、一座 6 寸晶圆厂(Fab2)。整体月产能约100万片，近十年产能利用率高达 95%。不论是产能还是营收规模，都占据了全球晶圆代工行业的半壁江山。

根据台积电的规划，7nm 工艺在2020年营收占比将提升到 30%，由于5nm5万片/月产能被预定，台积电将5nm产能上调至7-8万片/月。此外，3nm产能将于2020年开工，2021年完成设备安装，预计2022年底到2023年初量产，2nm工艺研发也已启动。

基于未来5G和HPC持续对先进制程产生强烈需求的判断，2020 年，公司计划资本开支区间在 150-160 亿美元区间，创近年来新高，其中，80%的开支会用于先进产能扩增，包括 7nm、5nm 及 3nm。

国盛证券称，资本开支是创新周期的先行指标，复盘台积电二十年成长，每一轮资本开支大幅上调后均有 2-3 年的显著高增长。历史上台积电基本每十年出现一次资本开支跃升，以 2009-2011 年为例，资本开支从 2009 年 27 亿美元跃升至 60-90 亿美元，此后保持于高位，相应在2011 年率先推出 28nm 制程引领行业实现连续高增长。

凭借出色的工艺制程，台积电在过去很多年与苹果、高通等其核心客户相伴成长。因此，5G手机未到来，上游代工厂便已受益，也是现阶段受益最快、最大的环节。最新交易日，台积电总市值2709亿美元。

先进制程的竞争

对于苹果、华为、高通等全球重点客户的争夺，也导致了晶圆代工厂的排名变动。对于代工厂而言，谁的制程最先进、良率最高、成本最低，谁就能拿下最多的订单。

根据最新第四季度全球前十大晶圆代工厂排名，台积电名列第一，三星和格罗方德分别名列第二和第三，中国大陆的中芯国际(00981.SH)排名第五。

在先进制程赛道，由于资金、技术壁垒不断提高，行业格局逐渐出清，不仅十多年来没出现新的竞争玩家，而且越来越多的参与者从先进制程中“出局”。

格罗方德在2018年宣布放弃 7nm 研发，联电在2018 年宣布放弃 12nm 以下(即 7nm 及以下)的先进制程投资，因此先进制程的玩家仅剩行业龙头台积电、三星、英特尔等，以及处于技术追赶中的中芯国际。

根据拓璞产业研究，2019 年台积电先进制程市场份额为52%，英特尔约 25%，三星约23%。

一方面，制程提高的成本越来越高，但边际效应递减。在14nm 之前，每 18 个月进步一代的制程，性价有 50%的提升，14nm之后边际效果递减。据兴业证券估算，5nm 的 12寸晶圆每千片月产能需要 3 亿美元的资本支出(每片约产出 600-800 颗手机处理器)。这使得先进制程向龙头集中。

此外，工艺尺寸的升级需要光刻系统配合，7nm 后光刻系统从 DUV 升级至EUV，投资成本急剧增加，例如三星升级7nm 产线Hwaseong 的晶圆厂，单单设备就需要超百亿资金：需要8台 EUV，每套15 亿人民币。

另一方面，先进制程的IC设计费用也越来越高，例如 7nm 芯片设计成本超过 3 亿美元，使用7nm制程的华为 mate20 麒麟 980 芯片，由超过 1000 名半导体工程师组成的团队历时 3 年时间、经历超过 5000 次的工程验证才成功应用。从芯片设计经济效益看，7nm 是长期存在节点，5nm/3nm 的功耗性能面积成本难达到平衡点，除非有超额的出货量来均摊成本。

而纵使代价非常高，先进制程提升的脚步也无法停止。根据 ASML 在 2018 年底的预测，先进制程的占比会迅速提高， 其中部分现有制程的产线通过设备升级成先进制程产线。ASML 预测 2025 年 12 寸晶圆的先进制程占比会达到 2/3。

在进入先进制程后，三星和英特尔明显落后于台积电。

与台积电相比，三星7nm的产能利用率较低，在量产初期以10K左右的少量量产开始的，初期客户只有IBM，后来才有了英伟达和高通，三星拿下了高通X60芯片的部分订单，预计会在明年采用5nm制程生产。

三星的5nm LPE(5nm Low Power Early)工艺原计划今年上半年投入量产，但从目前的情况来看，量产要等到2021年了。

另一家半导体制造大厂英特尔的 10nm 工艺已经量产，但存在缺货问题。英特尔预计 2020 年推出 10nm+，2021 年推出 7nm 及 10nm++，2022 年推出 7nm+，2023 年推 出 7nm++。英特尔的晶圆厂主要用于生产自家 CPU，产能不足使得英特尔向台积电寻求代工的比例越来愈高。

近日，英特尔也承认了自身的落后：英特尔首席财务官乔治·戴维斯坦言，10nm芯片所带来的利润收益，将不及22nm，更不及14nm。英特尔称将在2021年底之前迈入7nm时代。

2007年起，电脑处理器“行业老大”英特尔就定下“Tick-Tock”战略，严格遵循着两年升级一次处理器芯片架构及制程工艺的计划。但在10nm制程上，英特尔进度缓慢，不仅市场份额下滑，也影响了英特尔整体的表现。

据Steam硬件调查报告统计的数据，从2018年9月到2020年2月，英特尔电脑处理器的市场份额呈下跌态势，从83.5%下降到了78.1%。

2019年4月，台积电市值超过英特尔，位列全球半导体行业第一位。

兴业证券表示，2020 年半导体市场进入复苏周期，叠加半导体产业链逐步向国内转移，中国大陆的晶圆代工厂(如中芯国际)行业地位与能力有望持续提升。

中芯国际成立于2004年，是目前大陆最大的晶圆代工厂，目前14nm产品少量出货，12nm处于客户导入阶段，7nm处于客户产品认证期，预计 2020 年第四季可以看到小量产出。也就是说，在技术节点上，中芯国际有希望领先英特尔。

中芯国际于 2015 年开始研究 14nm 制程，良品率已经达到 95%，2020 年 2 月，中芯国际从台积电手里抢下了华为海思的 14 nm 订单，这被视为中芯国际制程开始逐渐追赶主流的信号。

但中芯国际 14nm 的产能非常有限，目前产能在 1000 片晶圆左右，财报显示，其第一代 FinFET 14nm 只能贡献 1% 的营收，目前主要的收入来源还是 55nm 及以上，量产最先进的 28nm 工艺占比只有 4.3%。

为了追赶，中芯国际也投入了大量资金购置设备。2月19日，花费6.01亿美元向泛林团体购刻蚀设备;3月2日，花费5.43 亿美元向东京电子集团购买设备;3月4日，中芯国际从荷兰进口的大型光刻机进入口岸，中芯国际称，生产线扩容后全年预计可增加 10% 左右的营收。