長篇:台積電(TSMC)深度報告-2015/11版

peterlin2010

Richard's Research Blog
長篇:台積電(TSMC)深度報告-2015/11版
目錄:
一、3Q15財報和4Q15展望
二、結構獲利能力持續進步
三、半導體景氣調整，2016年溫和成長
四、20nm和16nm製程良率大幅改善，2016年16FFC推進主流市場
五、10nm製程於end-2016三強對決
六、TSMC 7nm製程的技術抉擇
七、InFO技術讓TSMC取得100% A10訂單，長期將改變封裝產業生態
八、TSMC靠新版28nm HPC+維持28nm製程高市佔率
九、客戶分析-Apple
    1. Apple AP wafer需求量預估今年650K，明年711K，成長9%
    2. Apple AP wafer foundry產值預估

    3. TSMC在Apple AP foundry市佔率預估

十、客戶分析-Qualcomm
    1. Qualcomm "恢復" 分散foundry投片策略
    2. Snapdragon 820轉單Samsung 14nm FinFET製程生產
    3. Snapdragon 412可能轉單SMIC 28nm製程生產
    4. Snapdragon 616是否轉單不太清楚
    5. 2016年TSMC的Qualcomm業績將衰退，Apple變成最大客戶
十一、TSMC產能

十二、Foundry產業的關鍵競爭要素
    1. 先進製程技術
    2. 製造良率和效率
    3. 客戶服務
十三、TSMC競爭力分析
    1. TSMC的先進製程技術能力
    2. TSMC的製造能力
    3. TSMC的製程設備共用性
十四、TSMC 2016年仍可成長5~10%






一、3Q15財報和4Q15展望


        3Q15營收2,125E，+3.4 QoQ，12吋wafer約當出貨量2,216K，-1% QoQ，毛利率(GM)從上季48.5%微降到48.2%，營業利益率(OPM)從2Q15季的37.5%微降到3Q15的36.9%，營業利益(OP)從1Q15季866E降到2Q15的771E。GM和OPM都在公司財測範圍內。 稅後淨利753E，EPS NT$2.9。

        根據公司揭露的資料推估，3Q15總產能約2,300K 12"約當晶圓，出貨量產能利用率(Utilization; UTR)約95%，低於1Q15的102%和2Q15的98%，推估Blended ASP估計US$2,935，和上季持平。3Q15製程別產品組合和上季比較變動不大，16nm + 20nm共21%(估計16nm 2%, 20nm 19%)、28nm 27%，28nm以下製程比例合計48%。

        公司guidance 4Q15營收2,010~2,040E，GM 47.5~49.5%，OP 36.5~38.5%。假設4Q15產能2,368K，出貨量2,068K，產能利用率將降到86%，ASP假設持平，則營收約2,030E，-4~5% QoQ。產能利用率降了9%，毛利率還能維持住，表示TSMC 4Q15的良率，尤其是強勁ramp up的16nm製程，應該有非常顯著的進步，才能抵消產能利用率下滑的負面影響。

                               
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二、結構獲利能力持續進步

        TSMC近年的結構獲利能力(structural profitability)持續進步，結構獲利能力由兩個部分組成:
1. 標準毛利率(standard  gross margin; SGM): 特定產能力用率之下的毛利率。
2. 標準產能利用率(standard utilization): TSMC企圖達到或超過的產能利用率。

        過去幾年，TSMC的SGM穩定進步，換句話說，同樣一個產能利用率，每年的GM都更高，而標準產能利用率，也一直維持得很高，因此結構獲利能力也持續進步。結構獲利能力和整體的長期CAPEX產能投資正確與否、或景氣突然熱絡或低落所造成的產能利率用過高或過低無關，代表的是日常營運能力、公司內部的能力，和外部大環境的變化、以及公司對外部環境的預測能力，比較無關。TSMC的結構獲利能力的進步，來自於以下三方面的努力，讓成本持續下降。
1. 工廠營運管理持續創新，帶來的生產力和效率提升，也讓設備更有效的被使用。
2. 先進製程產能擴張，非常謹慎小心。雖然這幾年還是有大量CAPEX擴充產能，因TSMC和大客戶已成夥伴關係，新製程產能投資，都能配合客戶的產品規劃和產能需求，不像後進者，只能先投資製程產能，再來爭取客戶的second source。
3. 這幾年每一代新製程的良率提升速度穩定進步。新製程量產後一兩年，毛利率往往低於公司平均數，因此，每代新製程的良率提升速度，對全公司的整體毛利率影響很大。

        從財報上來觀察結構獲利能力的變化。我們將3Q15營業成本(COGS)1,102E分成兩塊， "折舊攤提"=561E和"其他營業成本"=540E，半導體公司大部分的折舊發生在 COGS的廠房機器設備，少部分發生在OPEX辦公設備，這裡簡化都計入COGS，將折舊攤提 / wafer出貨量，=每片wafer折舊成本US$795，約略等於2Q15的US$791，(折舊/wafer)影響因素包括(1)總折舊攤提金額、(2)產能利用率，(3)產能的製程組合，(4)出貨的製程組合。通常採用越先進製程生產的晶圓，因為設備越昂貴，以及cycle time越長，每片wafer分擔的折舊金額越高，這也是3Q14和4Q14 當20nm比例大幅上升的時候，(折舊/wafer)暴增到US$800以上的原因，隨後1Q15~3Q15 20nm比例維持在15~20%，總折舊攤提金額降低，(折舊/wafer)下降到US$769、US$791和US$795，預料未來一年，隨著更多20nm和16nm設備投產認列折舊，以及16nm製程產品cycle time長達3個月，(折舊/wafer)未來接近或超過US$800將成為常態，一旦不景氣產能利用率跌破90%時，(折舊/wafer)更可能高於US$850，也就是說，先進製程雖然ASP高，分攤設備折舊也高，加上cycle time長，metal和poly層數更多，耗用的材料成本也更多，量產初期幾個季度，良率還不夠好的時候，往往GM反而低於成熟製程。

                               
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        將3Q15 (其他營業成本/wafer出貨量)，=每片wafer其他營業成本US$765，比1Q15的US$729低，而比2Q15的US$740高，這個數字，最能看出一家半導體公司的真正工廠效率和經營績效，有點類似EBITDA margin的觀念，但直接算成per wafer的數字，更為實際，其他營業成本，主要是製程中消耗的原材料、設備/設施/無塵室維持、線上工程師和作業員等，和會計上的變動成本接近，但有些項目，理論上可變動，實務上不太能變動，例如直接人工、工廠維持等等，還是要算在(其他營業成本/wafer)，影響因素包括(1)生產效率，例如各廠區、各機台和產品的最適當分配、各機台的普遍嫁動率、產品總良率和各單站機台良率、工廠layout等，尤其是foundry廠，有幾百個不同製程的產品在各工廠裡面跑，要最佳化的安排這些多種少量的產品，最能顯現出TSMC這種專業foundry和Samsung LSI這種IDM foundry的管理效率的差距，這一兩年TSMC開始將一些product life cycle長的客戶產品，自行在淡季時增加投片量，降低生產高低波動，也是提高生產效率的一個做法，(2)製程組合和cycle time，越先進製程耗用的材料越多，有些材料耗用和先進製程成正比(例如光阻劑)，有些材料和製程比較無關，但先進製程layer數多，多做幾layer本來就會用更多材料、更多人力時數、更多廠房設施維持成本(氣體水電環保等)。(3)良率。(4)產能利用率的影響不若(折舊/wafer)大，但仍有些許影響。依據TSMC法說會給的4Q15 guidance，計算出，4Q15的(其他營業成本/wafer)將下降到US$715，在16nm製程放量、產能利用率下降的情況下，這個數字還能下降，表示16nm、20nm甚至主流的28nm良率，應有明顯進步，帶來相當的cost down效果。


三、半導體景氣調整，2016年溫和成長


        2015年全球經濟成長趨於緩和，終端產品需求不振，全球Smarphone約成長10%、PC衰退6~7%、Tablet PC衰退15%，半導體市場，年初展望樂觀，下單積極，2Q15中期之後，逐漸發現景氣有變數，下單轉趨保守，但對於年中旺季還有期待，2H15 forecast不敢砍太多，到3Q15中期確定今年景氣不佳，庫存偏高，廠商紛紛大幅下修9~12月的訂單，嚴格控制庫存。終端產品需求不振，讓半導體產業庫存調整時間拉長，2015年全球半導體市場大概只有零成長，預料到2015年底或1Q16季中，才有機會消化完畢，而於2Q16恢復比較健康的成長軌道。預估2016年半導體成長3%。

                               
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2016~2017年，除了總體經濟之外，半導體產業的成長動力，來自於以下幾個方面:
1. 高階手機的半導體含量(silicon content)繼續成長: 手機市場明顯M型化，高階手機這幾年，性能快速提升，CPU/GPU performance已經追上低階PC、Mobile DRAM和NAND Flash容量接近PC DRAM和SSD容量，其他如CMOS sensor、Baseband Modem、LCD解析度都讓半導體含量持續成長，不但半導體含量增加，基於performance、power和cost考量，高階手機對先進製程的需求還是十分強烈，這個趨勢對先進製程技術、產能和服務都相對領先的TSMC有利。
2. 物聯網(Internet of Things)逐漸成型: 最先看到有量應用領用，例如汽車、無人機、機器人、穿戴式裝置等，雖然這些產品用到的製程多是成熟製程，半導體含量也不高，但是數量龐大，當聯網的東西巨量成長之後，背後所需要的運算和儲存能量也將成長，包含資料中心、伺服器、網路處理器、CPU/GPU、影像處理等等，這些則需要半導體先進製程。
3. 主導新應用的系統公司: 以往，foundry的客戶最大是Fabless IC設計公司、其次是IDM、系統公司(sysem houses)非常少，只有Microsoft、Sony、Cisco等少數幾家。但Apple自從涉入AP處理器之後變成foundry超大客戶之後，未來將看到越來越多大型系統公司，或者因為想掌控供應鏈、或者因為市面上的標準IC(ASSP)不符合本身的應用需求，像Apple一樣，開始成立IC設計部門，設計自身產品需要的ASIC，例如華為/海思集團、LG集團，在foundry的投片量越來越大。

四、20nm和16nm製程良率大幅改善，2016年16FFC推進主流市場


TSMC的先進製程近年來僅落後Intel，但領先IBM聯盟的Samsung LSI和GlobalFoundries。Intel早在22nm製程技術，就開始使用3D Tri-gate transistors，14nm Tri-gate也在2014就量產。TSMC和Samsung都是到14/16nm才導入3D FinFET transistors，並且到2015年才量產。

        Samsung LSI這兩年靠Apple AP大訂單練兵，在32/28nm製程逐漸趕上TSMC，當時TSMC繼28nm取得技術和市場的主導地位後，接下來發展的20nm，更幾乎是壟斷地位，Samsung LSI自認20nm已經來不及，加上判斷20nm還是用2D planar transistors，performance/cost不會很好，製程技術生命週期不長，22/20nm僅有研發和自製in-house AP，數量不多，沒有外接foundry訂單，而把主力直攻14nm FinFET，原本外界質疑沒有經過22/20nm的大量產經驗，直接發展14nm本來就很困難，又採用新的3D FinFET transistors，應該不會很順利，沒想到Samsung真的做到了，首度在14nm FinFET製程領先TSMC於1Q15量產，率先生產自家Exynox AP，接著生產Apple A9和Qualcomm Snapdragon 820，使得TSMC公開承認2015年14/16nm製程foundry市場市佔率將首度落後競爭對手。


        TSMC 20nm(20SoC)經驗和良率持續進步，在2015全年扮演重要的業績貢獻角色，但2016年因為主要的20nm業務將轉進到16nm，20nm將衰退，雖然不會消失，仍將是一個長期生存的製程技術(long-lived node)，只是因為部分需求轉移到16nm，TSMC的部分20nm製程設備也將轉為用於16nm FinFET製程產品。


TSMC的16nm FinFET+(16FF+)製程，策略上是將16nm視為20nm的延伸，使用和20nm相同的"metal backend process"，雖然scaling等規格上比不上Samsung的14nm，製作的晶片die size較大，但因為是延續20nm技術，不僅可以充分利用20nm的量產經驗縮短學習曲線，而且90%以上的設備可以共用。TSMC的16nm FinFET+製程產品已經於2Q15正式量產，7月開始小量出貨，3Q15逐漸增大的投產量，將於4Q15大量出貨貢獻營收，研判 4Q15時16nm FinFET+的良率應可大幅拉升。新產品(Apple iPhone 6S/6S+用的A9 AP)量產動能可持續到1H16。TSMC預測2016年全年的16nm製程營收，將比2015年的20nm營收，還要大很多，並將於2016年重新取得主要地位的市佔率(14/16nm)。至於20nm TSMC仍是唯一大量產的foundry。如果用16nm+20nm一起看，無論是2015或2016年，TSMC都是最大的主要供應商。

        TSMC正在開發新版16nm FinFET C(16FFC)製程，C的意思是compact， 在performance、power(降低漏電)和area(die size)都比16nm FinFET+改進，並能在0.6V以下執行，透過製程簡化讓cycle time縮短。即使性能大幅改進，原先基於16FF+製程的晶片設計，還是可以很容易的轉換成16FFC製程，16FFC的市場定位為mainstream和ultra low power，意味在performance的改進，沒有power和cost那麼多。


五、10nm製程於end-2016三強對決


        面對Samsung LSI在先進製程技術上步步進逼，TSMC為重新取回在foundry產業的製程領先地位，一改以往研發單位一個製程(technology node)完成，移交給製造部門，再開發下一個製程的流程，直接用兩個團隊平行研發，同時開發10nm和7nm製程，而不是等10nm做好再做7nm。這也是TSMC宣稱，從16nm到10nm要花將近兩年，但是從10nm到7nm預計只要花5季。目前進度，10nm預計end-2016量產，early-2017 wafer out。

        TSMC研發中的10nm製程技術，和16nm FinFET+ 比較，在同樣耗電之下，10nm製造的晶片產品速度快20%，在同樣速度之下，耗電少40%，gate density則是16nm FinFET+ 的2.1X。預計4Q15將驗證製程技術(technology qualification)，1Q16~2Q16客戶產品tape out，Late-4Q16量產(或Early-1Q17初)、1Q17出貨。


        雖然目前TSMC、Samsung LSI和Intel三家廠商的10nm都預計在end-2016量產，但Intel可能於10nm導入新的all-around gate，TSMC和Samsung LSI還是用3D FinFET，如果三家公司都沒有延誤，順利在end-2016量產10nm的話，Intel的技術還是領先一步。

                               
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         10nm產業界看來，會是一很大的製程世代(technology node)，無論是生命週期，或產品數量，都會是一個重要的世代，因為

1. 從技術發展看，10nm的cost和performance的進步，比22/20nm到14/16nm更大。
2. 從28nm以來，cost per transistor首度於10nm開始下降。

        LAM Research預測到end-2018，foundry產業的10nm產能會成長到140~150K/m。可以想見，10nm將會是一個非常重要的戰爭，也會是TSMC和Samsung LSI的第一次"正面"、"同時"、"基礎接近"的一次大對決，因為:

1. 45nm到32/28nm，Samsung LSI和Apple互利的結合，TSMC沒有真正加入競爭，20nm TSMC一出手就全拿Apple AP訂單，但Samsung放棄22/20nm(只有作自家產品)直接跳到14nm又打敗TSMC 16nm(至少在時間上)，這幾個世代，比較像是商業策略運用，不像正面對決。
2. 首度，TSMC和Samsung LSI在下一代10nm製程技術，量產時間類似(end-2016)，技術方向也類似，讓客戶可以好好比較，不像以前，Samsung LSI主力用45nm時TSMC用40nm half node，Samsung量產32nm時TSMC用28nm half node(TSMC的32nm只有研發沒有量產)，Samsung LSI的14nm和TSMC的16nm規格也有差異，不好比較。還有HKMG或SiO2、gate last或gate first之差異，讓客戶有長遠技術走向的不同考量。到了10nm製程世代，則是直接硬碰硬的競爭(1)cost、(2)performance、(3)power(漏電)、(4)yield。


六、TSMC 7nm製程的技術抉擇

        TSMC的7nm製程技術重點，是選擇FinFET下一代新的電晶體結構、以及在不使用EUV曝光之下，如何讓浸潤式微影多重曝光可以順利推進到7nm。相對以前是一個製程接著一個製程的研發，這次TSMC在研發10nm新製程的同時，也同步啟動研發下一代的7nm製程技術，預計1Q17進行製程驗證，7nm將高度相容於10nm的技術成果和製程設備，90%的10nm設備可以繼續用在7nm。並可以利用10nm學習到的製程能力，快速提升良率。TSMC的7nm將不會大量使用EUV設備，但EUV會從7nm開始小量投入研發生產，而大量使用在5nm製程。TSMC的7nm因為技術還沒有確定，還不知道performance、pwoer、density相對10nm的進步程度。TSMC認為相對於10nm是一個相對比較短node，而7nm和16nm一樣，屬於生命週期比較長的technology node。

七、InFO技術讓TSMC取得100% A10訂單，長期將改變封裝產業生態

        TSMC的晶圓級封裝(Wafer Level Package; WLP)技術原本發展的是CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)技術，因良率和材料成本太貴，只有用在少數高階GPU和FPGA產品，其後發展的以業界Fan-Out封裝技術為基礎的InFO(Integrated Fan-Out)技術，在成本和良率上，則取得了重大成功，和Flip Chip BGA/CSP比較，InFO優點如下:

1. 可用在高pin count的複雜晶片。
2. 用封膠面板(Molding Panel)或稱為重構晶圓(Reconstituted Wafer)取代傳統Flip Chip使用的載板(substrate)，成本便宜，而且
3. 厚度減少超過20%。
4. 提高晶片performance 20%。
5. 散熱效果多10%

        TSMC似乎已經克服了InFO各種困難的良率問題，為先進AP提供一個更薄的form factor、更便宜、良好可靠度的晶圓級封裝技術方案。目前看起來TSMC的InFO技術已經開發完成，並通過Apple的驗證，正在龍潭封裝廠積極建置產能中，第一代InFO預計2Q16量產，應該會配合16nm Apple A10訂單量產，預計4Q16可貢獻US$100M營收。雖然營收貢獻比例不高，但可成為10nm競爭Apple A10 AP的加分因素，甚至因為TSMC InFO和Samsung LSI的類似封裝技術完全不同，用同樣的die做出來的晶片(chip)form factor不同，除非在手機內預留空間，否則A10晶片將無法分給兩家不同的封裝技術來生產，但既然用InFO目的就是將晶片減薄，在機構設計上當然會充分利用減薄後的空間，將無法使用Samsung LSI生產的不同厚度的晶片，因此也就無法像A9一樣分給TSMC和Samsung LSI兩家共同生產。因為InFO技術，Apple A10可能從兩家供應商，又改回選擇TSMC成為獨家供應商，果真發生的話，InFO帶來效益則非常大，不只是封裝本身US$100M營收而以，還讓TSMC變成A10獨家供應商。

        如果2016年Apple使用TSMC InFO成功，2017年之後，其他客戶如Qualcomm和MTK勢必跟進，InFO產能需求大增，客戶也會要求有second source，研判TSMC不排除將InFO技術授權給專業封裝廠使用，畢竟TSMC的核心業務是晶圓製造，不是封裝。長期看，對IC Substrate產業影響很大，尤其是做手機用的Flip Chip CSP廠商，其次是Flip Chip BGA廠商，封裝廠多有發展自己的晶圓級封裝技術，或可取得InFO授權，影響比較小。2016年馬上受影響的是Apple的AP載板供應商Ibiden和SEMCO。

        TSMC正在開發第二代InFO技術，將配合10nm和7nm製程技術的進度量產。

八、TSMC靠新版28nm HPC+維持28nm製程高市佔率


TSMC目前幾個主要製程，依特性概分如下:

High performance: 28HP、28HPM、20SoC、16FF+
Mainstream:           28LP、28HPC、28HPC+、16FFC
Ultra low power:     55ULP、40ULP、28ULP、16FFC
(16FFC同時適合mainstream和ultra low power市場)

        TSMC的28nm製程技術，從既有的28LP、28HP、28HPL、28HPM幾個主要製程，延伸擴大到新發展的28HPC和28HPC+，藉著更廣泛改良的製程應用，來擴大28nm的市佔率。去年導入28HPC製程，係針對64 bit中低階市場CPU，今年導入的28HPC+，則是針對4~10核心CPU + LTE Category 4~6 SoC產品市場，28HPC+比28HPC速度快15%，或耗電少30~50%。除了smartphone CPU(AP)/Baseband之外，28HPC/HPC+也應用在其他產品。另外，28nm transceiver RF和28nm flash controller需求已經開始增溫，TSMC認為2016年將有更多客戶產品轉進28nm，包括WiFi、Wearable、Digital TV、Set-top-box、Image processor，幾乎所有的新tape-out的28nm產品都使用新的28HPC和28HPC+製程，這兩個製程的tape-out數目已經超過歷史新高紀錄。

        因為客戶調節庫存，TSMC表示28nm整體產能利用率(billing utilization; UTR)將從3Q15的90%以上，4Q15降到80%以下。TSMC預估2015年28nm wafer出貨量大約和去年差不多，透過新版本的28nm製程，TSMC希望阻檔二線foundry，維持高市佔率和良好的毛利率，2016年的28nm全年營收還是有機會比2015年成長。
九、客戶分析-Apple



1. Apple AP wafer需求量預估今年650K，明年711K，成長9%


        Apple的AP(Application Processor)已經成為TSMC的主要營收之一，假設Apple 2015年iPhone出貨量233M，2016年iPhone出貨244M，成長5%。(本文忽略iPod、Apple Watch、Apple TV等小量AP需求)。A7用28nm製程die size 102mm2，A8用20nm製程die size 89mm2，A9用14/16nm製程，照科技網站公佈的資料，14nm die size 96mm2、16nm die size 104.5mm2，至於用在iPhone 7上的A10，確定還是使用14/16nm，沒有製程微縮的效益，當A10電晶體gate count增加(每一代CPU功能更強電晶體數目一定增加)，die size應比A9大，TSMC 16FF+製程生產的A10 die size增加到 120mm2。


        iPad假設2015 iPad出貨53M，以20nm的A8X為平均數A8X 20nm製程die size 128mm2，只有少部分用14/16nm的A9X，猜測14nm die size 138mm2，16nm die size 150mm2，估計2016年iPad合計出貨47M，假設20nm和14/16nm製程的AP兩者各佔一半。

                               
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        經過良率假設後計算good dies per wafer，2015年Apple iPhone AP的12" wafer foundry需求量為492K，2016年為561K，加上iPad，合計2015需求量650K，2016年711K，成長9% YoY。2015年Apple AP wafer需求量650K中，估計20nm佔389K最多，其次是14nm 105K和16nm 90K。另外，因為Apple新產品鋪貨前的產量，和淡季產量落差很大，單月高峰需求量並不是年度需求量的1/12，單月高峰需求量可能會到100K以上，所幸Apple產品生產週期很長，foundry可以趁淡季預先投片變庫存放著，到旺季再一起交貨。

                               
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2. Apple AP wafer foundry產值預估

         2016年wafer需求量雖然需求量只有微幅成長，但因為主力產品從20nm轉換成14/16nm，wafer的blended ASP售價增加不少，假設2015年foundry wafer代工價格20nm US$7,000, 14nm US$8,500，16nm US$ US$8,700，2016年降到20nm US$6,700，14nm US$7,300，16nm US$8,000，估計2015年Apple AP的foundry產值US$4.4bn，2016年US$5.2bn，+16% YoY，符合一般高階手機的silicon content還在成長的趨勢。

3. TSMC在Apple AP foundry市佔率預估

        2015年TSMC是Apple AP的20nm製程(A8和A8X)獨家供應商，在A9的供應比例眾說紛紜，本文判斷TSMC和Samsung LSI各供應50%，因此2015年TSMC出貨給Apple 12" wafer 479K，市佔率74%，2016年預估A9維持50%供應比例，計畫於mid-2016開始量產的A10，如果TSMC InFO封裝技術能順利量產，將使得產品和Samsung LSI及相對應的封裝技術，有了差異化，Apple無法將A10分配兩家供貨，必需選擇其中之一成為獨家供應商，TSMC因此有很大的機會取得A10 100%的供貨比例，按此假設，2016年TSMC 12" wafer出貨給Apple估計為519K, 成長8%，市佔率稍微降到73%，因為2015年最大量的A8由TSMC 100%供應，2016年最大量的A9供應比降到50%，如果A10恢復100%供應的話，2017年出貨量佔有率應會再度上升。

                               
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    估計TSMC 2015年Apple貢獻營收US$3.4bn，佔公司營收13%。其中16nm約US$719M，佔全年公司營收約2.7%，如果以季度來看，估計佔TSMC 3Q15營收2%，佔4Q15營收9%。2016年Apple貢獻TSMC營收US$3.9bn，成長12% YoY，其中16nm佔US$2.9bn。TSMC在Apple的產值市佔率則由2015年約77%，微降到2016年約75%。

十、客戶分析-Qualcomm


1. Qualcomm "恢復" 分散foundry投片策略


        早期，使用先進製程的Fabless公司，time to market比cost重要，其foudnry策略有兩種，一種是選定一家做長期夥伴，這樣RD可以熟悉這家foundry的design rule、製程能力，有助於在設計階段就充分利用這家foundry的能力，追求第一個cut就成功，以及良率快速提升，也可以提高採購時的忠誠客戶的議價優惠，早期的Nvidia、Marvell、Altera、ADI都是100%在TSMC投片，Xilinx絕大部分在UMC投片就是此類。另一種Fabless則藝高膽大，本身RD對半導體製程能力有相當掌握，可以分散投片，有信心靠自己的能力，在不同的foundry都能有好的良率，並充分利用二線foundry優惠的價格，這類Fabless包括ATI、Qualcomm、Broadcom等，至於使用成熟製程的公司，考量的則是cost performance，而不只是良率。Qualcomm早期就屬於分散投片的公司，TSMC、UMC、Chartered(Globalfoundries)都有投片。後來到了45/40nm製程技術時代，TSMC的競爭力大幅提升，這類客戶已經沒有選擇，通通變成以TSMC為主要供應商的類型，到28nm更進一步，TSMC幾乎壟斷28nm HKMG市場，毫無選擇，大部分需要先進製程的Fabless公司都變成倚賴TSMC的客戶。

        但經過幾年的學習，UMC、Globalfoundires、SMIC的28nm Poly/SiON製程已驚漸漸成熟，HKMG也有進展，Samsung LSI和Intel也利用先進製程的優勢積極切入foundry生意，Qualcomm 從幾乎100%在TSMC投片，到"恢復" 早期分散投片模式，並不特別意外，SMIC有中國政府用市場吸引，Samsung LSI有Samsung手機採用Qualcomm晶片的吸引，有機會先馳得點，瓜分Qualcomm wafer代工市場。

2. Snapdragon 820轉單Samsung 14nm FinFET製程生產

        從Qualcomm揭露的公開資訊，中高階手機使用的Snapdragon 8xx系列，2015年主力產品8核心810和6核心808都是用TSMC的20nm製程，下一代主力產品Snapdragon 820，將使用Samsung LSI的14nm FinFET製程，從標準ARM核心A57和A53，改為ARM授權自行改架構的Kyro核心，雖然只有4核心，但整體performance應該比Snapdragon 810大幅改進，預計foundry 4Q15量產，晶片1Q16出貨，這將讓2016年TSMC的Qualcomm的訂單比2015年衰退。

3. Snapdragon 412可能轉單SMIC 28nm製程生產

    另外，SMIC公佈4Q15即將量產Snapdragon 400系列產品，判斷應該是最新的cost down版的Snapdgragon 412，採用4核ARM標準的A53，研判SMIC製程上還是用比較落後的28nm Poly-SiON，而非TSMC主力的28nm HKMG，預計4Q15量產，1Q16出貨。猜測SMIC要不就是用價錢取勝，要不就是有政府支持本地半導體產業的考量，否則實在看不出來，同樣4核A53，用SMIC 28nm Poly-SiON製造的Snapdragon 412和一年前TSMC同樣28nm Poly-SiON製造的Snapdgron 410，performance會改進到那裡去。

4. Snapdragon 616是否轉單不太清楚

        至於同樣規畫於4Q15量產、1Q16出貨的Snapdragon 616，有點奇怪，因為其他600家族成員，都已經改用TSMC 28nm HPM/HKMG的時候，做為取代一年前615的Snapdragon 616，據報導還是使用舊的28nm LP/Poly-SiON，如果616繼續在TSMC投片，似乎沒有必要從28nm HPM改回28nm LP製程，是不是也可能轉到其他HKMG還沒有很成熟的二線foundry生產? 訊息還不明顯。

                               
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5. 2016年TSMC的Qualcomm業績將衰退，Apple變成最大客戶


        這兩三年，拜Smarphone興起、AP復雜化、Qualcomm高市佔率、以及TSMC在Qualcomm市佔率提高之賜，Qualcomm一直維持是TSMC最大客戶，2014年貢獻營收約1,576E，佔全公司營收約21~22%。估計2015年隨著(1)Qaulcomm在Samsung手機市佔率下降、(2)Qualcomm在中國手機客戶市佔率下降、(3)Snapdragon 820於4Q15轉單Samsung LSI之前，Snapdragon 810消化庫存減少foundry訂單，全年對TSMC的營收貢獻應該稍微下降，蓋估1,300E，佔全公司營收估計將到約15%，僅略高於Apple 13%的佔比，2016年Apple則有機會超越Qualcomm成為TSMC的最大客戶。

十一、TSMC產能

                               
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       2015年TSMC 20nm製程主要在Fab 12和Fab 14生產，TSMC 20nm產能有90%可以轉換到16nm，因此Fab 12和Fab 14也是2H15 16nm的主力工廠，估計到2015年底，TSMC約有65~70K/m 16nm FinFET +產能4。1Q16估計16nm產能增加到80~90K/m。Fab 15在2015年主要製程是28nm，預測2016年將大量裝機10nm製程設備，成為4Q16 10nm投產的主力工廠。VIS和SSMC的部分產能也由TSMC接單，外包生產。

十二、Foundry產業的關鍵競爭要素

1. 先進製程技術

        半導體產業，只要摩爾定律(Moore's  Law)持續作用，必然讓更多功能、更多電晶體納入晶片中，而功能複雜的晶片，需要更先進微縮的製程技術，來降低die size、降低成本，32/28nm以前，每一世代technology node的cost都會降低，但到20nm和14/16nm的cost per transistors沒有降低多少，預期到了10nm和7nm，cost per transistor會再度明顯下降。除了成本之外，先進製程也可提高晶片的performance/speed，和行動產品最重要的: 降低耗電。在邏輯製程(Logic process)半導體領域，通常會優先考慮使用最先進製程的產品包括: CPU、AP(Application processor)、GPU、FPGA/PLD，高整合度的複雜SoC，其次是Baseband、DSP、中整合度SoC等。誰能領先進入更先進的製程技術，就能吸引這些產品客戶來下單，客戶之間也是競爭對手，勢必和具有先進製程技術能力和未來研發潛力的foundry廠合作，才能維持客戶自身的競爭力。

        先進製程的研發，除了研發投資金額越來越昂貴之外，更是基礎物理和半導體科學的競爭，有紮實深入的基礎研究，才能正確的預測幾年後、下一代的技術發展方向，然後投資下去，把這個技術開發出來商品化，將摩爾定律再往下推進，突破自己的製程競爭力，一旦對技術走向預測錯誤，不但會造成龐大的投資付諸流水，更會讓公司的技術發展落後對手，喪失競爭力。在先進製程研發領域，"博士"只是基礎訓練，製程實驗室戰場上面對的往往是 "院士" 級的對手。

2. 製造良率和效率

        相較於先進製程技術，是由研發部門決定勝敗，生產效率和良率，則由製造部門負責，通常一個新的製程，不論是下一世代的先進製程(advanced technology node)，或是水平發展的specialty porcess，研發部門將新製程開發出來之後，將移交給製造部門負責，製造部門的工程能力非常重要，除了要和客戶IC設計研發人員密切配合，了解產品特性，也要對製程技術和機台特性透徹了解，才能快速提升客戶新產品的生產良率，生產良率有三個重點，第一是良率爬升速度要快，第二是良率要高，例如，同樣新產品量產三個月時的良率高低，良率高代表創造更多價值，或者提高foudnry本身的毛利率，或者分享給客戶更低的價格，第三是良率的穩定性，有些foundry良率上來之後，忽上忽下，讓客戶很難作生產規畫，良率時好時壞，隨時影響客戶的成本結構、業務能力和庫存政策，

        再來，一家大型foudnry會有上百家客戶、上千項產品，同時間在晶圓廠內跑，產品組合、客戶組合、製程組合、每個製程又有很多複雜的生產流程，大批量、小批量的產品，通通混在廠內，生產管理要兼顧品質和效率，非常不容易，線上工程師，面對不同產品的品質挑戰、交期挑戰、產出挑戰，尤其當各種各樣問題出現的時候，如何快速解決，都將在最後的效率上展現。

3. 客戶服務

        foundry的客戶是包括Fabless、IDM和System house，每家客戶的產品變化很大，每家foundry業者的製程特性和design rule也都不相同，foundry產業屬於客製化程度很高、服務性質很高的產業
。客戶對foundry廠的需求包括: 幫助客戶熟悉foundry製程的design rule、幫助客戶設計出很容易製造併提高良率的IC、幫助客戶依據製程發展藍圖規劃自己的產品藍圖、基本IP支援、良好的EDA/tools環境、良率快速拉升、良率穩定、交期準確、成本/價格有競爭力、生產問題解決、生產資訊的分享、產能投資承諾、技術研發投資承諾...等。

十三、TSMC競爭力分析

1. TSMC的先進製程技術能力

        邏輯製程的先進製程技術，Intel還是第一名，但TSMC和Samsung LSI急起直追，三家公司都預計在End-2016量產10nm，但Intel可能率先進入下一代新的電晶體架構，如同Intel在22nm率先進入3D transistors，TSMC和Samsung LSI到14/16nm才進入3D transistors，而Intel雖然10nm量產時間沒有繼續領先，但可能在10nm採用新一代的Gate-all-around架構，TSMC和Samsung LSI則繼續用3D FinFET架構。

        TSMC這兩年製程技術，已經超越IBM，Samsung LSI本來屬於IBM技術聯盟，28nm時和IBM一樣用Gate First技術，不像Intel和TSMC用Gate Last技術，後來承認錯誤，IBM聯盟廠包括Samsung LSI到20/22nm才改回來用Gate Last，加上20nm市場幾乎被TSMC通吃，累積不少經驗，Samsung LSI則沒有20nm大量產經驗，要從28nm Gate First，直接跳到14nm Gate Last，有其困難度，這應該也是TSMC之所以輕敵的原因，不料，Samsung LSI的14nm作的出奇的好，量產時間領先TSMC 1~2季，TSMC從早年的Intel第一、IBM第二、TSMC第三名，一度追成Intel第一、TSMC第二、IBM變成第三名，到2015年又變成Intel第一、Samsung LSI第二、TSMC再度淪為第三名。從此，Samsung LSI正式變成TSMC在先進製程研發上面的強勁對手。未來勝負很難預料。

        從基本研發實力分析，TSMC人才濟濟，研發部門博士碩士只是基本履歷，重量級的 "院士" 、半導體學術界的重量級論文、關鍵專利創作者，都具有相當份量，是TSMC先進製程研發的重要優勢。十幾年來TSMC在技術發展方向上，幾乎都走在正確的道路，一一過關斬將，終於拉近和Intel的技術落差，真正進入世界一流先進製程技術公司的決賽圈。每一次選擇正確的技術方向，都是重大戰役，TSMC目前的紀錄無懈可擊，例如，0.13um銅製程low K材料，TSMC正確選擇以FSG材料為基礎的，Applied Material的Black Diamond(IBM/UMC/Infineon選擇Dow Chemica的SILK)，High speed/CPU製程主力選擇放在Bulk CMOS (IBM/AMD/Chartered選擇SOI)，45nm開始將主力放在40nm half-node，32/28nm世代和22/20nm更直接只量產half-node 28nm和20nm，45/40nm選擇Gate Last(IBM聯盟Samsung/Globalfoundries等全部選擇Gate First)，當全球半導體界受阻於65/55nm以下193nm波長微影極限，重金研發157nm乾式光微影(optical lithography)遲遲無法突破時，TSMC林本堅院士提出繼續用193nm但改用浸潤式微影(Immersion Lithography)，完全主導業界技術走向，將製程技術順利推向45nm以下，透過多重曝光，193nm波長浸潤式微影scanner機台甚至確定可以作到10nm還沒問題。至於今年TSMC、Samsung LSI開始量產的FinFET 3D電晶體，其發明人胡正明院士也曾於2001~2004年任職TSMC。

        接下來下一製程技術的大戰，就是何時開始用EUV微影，TSMC目前規劃10nm製程不用EUV，7nm開始試用，5nm才全面使用，EUV從32/22nm就開始研發，TSMC似乎有信心將 193nm波長浸潤式微影，繼續推進到7nm，屆時，TSMC的193nm波長浸潤式微影7nm，將和Intel的EUV微影7nm對決。

2. TSMC的製造能力

        先進製程通常只有1~2家少數對手，彼此爭取為數很少和但訂單量大的大客戶，主要競爭在新製程量產時程和良率，但成熟製程的foundry對手多，主要競爭在製造能力，TSMC的製造能力展現在以下幾點

(1)產品投產後良率拉升快: 客戶可time to market
(2)平均良率高 : 雖然TSMC wafer報價比對手高，但良率高good die產出也多，實際價差沒有那麼大
(3)良率穩定: 客戶銷售和庫存管理負擔輕
(4)所有製程都是自行研發，製程參數資料庫完整，RD知其然也知其所以然，不像UMC、Globalfoundries的部分製程技術是和別人合作或授權，出問題很難調整，大案子可以由RD人員特別客製化，但推廣到幾十幾百個大小案子時，就不能事事靠RD，必需製造部門自己解決，授權來的製程技術，很多細節要慢慢摸索消化吸收。
(5)製程portifolio完整，28nm橫向發展各種應用或cost down新版，其他specialty製程也很廣泛。
(6)生產流程效率化、自動化，在一家有幾百個產品同時生產的foundry，尤顯重要
(7)因為生產管理和良率上軌道，交貨(delivery)能力強
(8)Fab 12(新竹)、Fab 14(台南)、Fab 15(台中)三大超大晶圓廠(Giga Fabs)有降低生產成本、縮短cycle time、提高生產彈性等好處，資深人力的調度、支援也是無形的好處。
(9)台灣半導體廠共有的另一項優勢，做二休二，這種制度讓工廠一天只要輪兩班，不用輪三班，狀況、問題只有兩批人交接，不是三批人交接，會比較順利，責任也比較容易釐清，做二休二對生產效率和品質控管的好處，很少人提到，但個人認為這是台灣獨特的地方。
(10)生產線工程師素質高: TSMC生產線上有很多一流大學甚至碩士學歷的工程師，基層工程師素質高於國外半導體廠，就國家資源分配的角度，有點殺雞用牛刀，但對TSMC則無疑是加分的。

3. TSMC的製程設備共用性



  TSMC的20nm和16nm技術經驗沿用性很高，設備也有95%可以共用。10nm是下一個階段，投資額可能比較大，但跨過10nm之後，10nm和7nm技術經驗沿用性也很高，設備也有90%可以共用。這應該不是產業普遍的現象，牽涉到新的製程開始研發的時候，就要考量到設備共用性，還有對設備的了解和知識，才有修改設備沿用到下一世代製程的能力。不是每個人都可以做到的。推估，這是TSMC長年和設備廠商共同研發先進製程設備所累積的經驗，和積極cost down創造利潤和高ROE的企業文化使然。至於Intel和Samsung LSI有沒有這種考量，不得而知，但他們是IDM出身，理論上比較重視技術領先第一，至於要不要在技術領先的同時，考量到設備共用的成本節省，恐怕未必。

十四、TSMC 2016年仍可成長5~10%

        假設2016年TSMC產能成長8%、平均產能利用率94%、Blended ASP持平、匯率32，則營收估計9,089E，成長8%。假設折舊增加9%、其他成本per wafer US$740，毛利率約48~49%、OP% 37~38%、稅後淨利3,208E，成長6%。

                               
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liuwj5500

thanks a  lot

raga21

Thanks...

cmmjava

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