台積電如何持續加大投資30幾年，成為晶圓代工霸主? | 光明燈 OA

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半導體產業鏈簡短描述，上游為晶片設計，中游為晶圓製造，下游為封測與模組廠，在還沒有台積電之前，只有像Intel這樣的垂直整合公司，上中下游都是在自己公司，創造最大利潤，像特斯拉也是，但同時要發展所有領域，營運的壓力是最大，但在當時半導體初期也還沒有代工廠，在半導體產業持續發展下，有更多做晶片設計的人才獨立開業，如現在的賽靈思、超微(AMD)、高通、聯發科、Nvidia等，晶圓代工需求漸增，台積電選擇做為專業晶圓代工廠，看似無法賺到設計或晶片銷售到消費者所帶來的高毛利，傳統對於代工業的低毛利印象，通常積極轉型不要當世界工廠，要做自有品牌賺取更高利潤，創造品牌的不可取代性，而台積電如何成為難以取代，又高毛利的代工廠?

晶圓代工的遊戲規則，根據半導體生產時的摩爾定律，摩爾是Intel的創辦人之一，遊戲規則是18-24個月，積體電路IC上的電晶體數量會多一倍，晶片的效能會快一倍，同時生產的精細度需要縮小一倍，生產技術也提高，設備要升級，投入研發的費用也更高，造成先進製程每進到下個世代，投資額就需要增加，也造成了持續增高資本支出競賽，因此進入障礙將越來越高，很少對手能加入，形成少數人能存活的寡佔市場，聯電、GlobalFoundries都已經停在10奈米以上，不再繼續砸錢玩下去了，只剩台積電、Intel、三星三家的寡占市場，而Intel主要是生產自己的產品，因此主要對手為三星。聯電2020資本支出約 10 億美元，僅台積電6%，成長策略改為併購既有晶圓廠，如2019收購富士通的半導體廠，量產40-65奈米產品。

台積電如何持續砸錢30幾年呢?

50%營收來自先進製程高毛利產品，一半對於代工的印象是利潤低，台積電的晶圓代工毛利超高，真的是獨特結果，主來自半導體技術會持續發展的獨特市場，消費者對於更快更省電的晶片慾望一直會提高，而且各種應用市場都在成長，因此客戶對於購買最先進製程的需求強烈，而且晶圓代工寡占市場，客戶能選擇的代工廠不多，因此議價能力不高，造成先進製程的晶片代工能一直維持高毛利，而台積電在代工的產品也進行策略性的分配。半導體主要應用有處理器(邏輯IC)與記憶體，處理器晶片技術門檻高，但毛利較好，所以台積電在初期只有約15%營收來自策略性投資在記憶體市場，記憶體隨市場需求漲跌很大，記憶體在1996年市場價格暴跌，因押寶正確在處理器市場上，記憶體非營收重心，而成功存活。因為先進製程不斷提升，舊技術的晶圓代工毛利就會下降，但台積電不像Intel，是垂直整合的IDM公司，還有CPU品牌的商品的高毛利，因此台積電的營收策略，需要一直保持50%以上營收在先進製程，維持高毛利的商品比例，提高獲利能力，來應對每年擴大的資本支出，台積電近五年淨利率都在32-38%，對手三星營收雖然高過台積電但淨利率只有12-18%，

營業額與獲利必須持續提高，才能一直保持資本支出。而一開始沒有晶圓專業代工的角色，以前的年代就是半導體公司，自己設計晶片，自己生產，掛自己牌子賣，一條龍進行，沒有晶圓代工的模式，所以台積電第一步，只是先接Intel、摩托羅拉、德州儀器把自己不要做的低階產品給台積電做，讓產線使用率提高，而慢慢的有一群做IC設計的人出來創業，不可能投大筆錢去蓋晶圓廠，因此晶圓代工市場開始快速成長，從1987年成立世界第一家專業晶圓代工公司，不到兩年就開始獲利，在半導體每年20-30%高速成長時代，，7年後在1994年客戶有137家，營業額123億元台幣，市佔率23%，已是全球最大的晶圓代工公司，因為大部分都是垂直整合公司，自己有晶圓廠生產。台積電在全球晶圓代工市場佔有率，2000年已經達49%，之後都在50%以上。

不斷擴廠保持產能優勢，晶圓代工主力為3C商品應用，市場升級快速，不可能下單還等你蓋廠，因此不斷準備充足的產能，來強化接單的優勢。在2008年金融海嘯，2009資本支出為27億美元，到2010全球景氣尚未好轉，張忠謀決定大幅提高資本支出至59億美元，就一直擴廠聽起來簡單，但對未來趨勢的洞察，還要真的敢衝才是關鍵，要是擴廠結果沒接到生意或市場成長趨緩，巨額投資虧錢是相當恐怖，近期的觀察，基本上台積電對於擴廠的速度與客戶的需求量，平衡度掌握很好，幾乎都會保持在供不應求。

專業的客戶服務平台，1996年推出[全方位訂單管理系統]服務(Total Order Management Systom，TOM)，利用專責客戶服務部門，到現在的「開放創新平台」（Open Innovation Platform® Initiative）協助解決客戶設計上的專利問題，提供設計流程建議，封裝流程測試等服務，讓客戶跟台積電合作的優勢提高，也讓客戶如果要轉到其他家代工難度提高。

先進製程持續領先，來自取得更多客戶的信任，搶下訂單提高獲利後，再持續擴大投資於產能與研發，在1999年0.18微米到2005年65微米，已取得部分領先，2011在28奈米後閘極（Gate-last）製程研發策略選擇成功，良率大勝三星與Globalfoundries，慢慢跟晶圓代工對手拉開差距，現在更在10奈米與7奈米領先原本的絕對王者Intel。Intel在22奈米跳14奈米，或14奈米跳10奈米，習慣追求技術大跳躍，容易造成開發難度提高、良率提高緩慢，10奈米在2017開發整個延宕4年才量產，而台積電開發策略是逐步提高技術，22奈米->16奈米->14奈米->12奈米->10奈米等，在每一世代又很多的小增進改版，大量經驗值在於生產的良率提升成功率高很多，但也仰賴於台積電是專業代工型態，有大量不同等級的客戶可以使用，而Intel只有自己使用，產品應用沒辦法分這麼細，因此台積電2020量產的7奈米，Intel目前也預估延遲至2023年量產。

資本資支出優勢不在，Intel在IC設計與晶片生產垂直整合獲利高，加上Intel在電腦市場壟斷的優勢，持續成長的大資本支出，讓Intel一直是晶圓製造技術領先者，Intel智慧手機晶片發展策略失敗，於2019年手機數據晶片部門以10億美元賣給蘋果，失去一大塊成長市場，而台積電代工產量與營收提高後，對於資本投入攤提的速度快，手機晶片市場大量成長的IC設計公司，也讓台積電營收成長快速，手機晶片約占台積電營收47%，維持高毛利的利潤，讓2019台積電資本投入已與Intel相當，而且在2021有機會超越Intel的資本支出，Intel仍有垂直整合的營收優勢，2020 Intel營收753億美元，資本支出150億美元，在2020台積電營收為455億元，資本支出170億美元，2021將為250-280億美元。

1) 強化核心競爭力，新品開發策略XPU，是把原本獨立的CPU、GPU、FPGA等晶片，直接做在一起，將成為強勢商品，而在生產面將建立新的垂直整合IDM系統，整合自己與代工的生產流程，來滿足客製化需求。

2) 擴大成長動能，針對成長中的市場，提供多樣化系列性的產品，提供AI或5G應用從硬體到軟體的整包的服務。

3) 重新定位鞏固產業地位，積極擴大CPU以外的市場，除了強化筆電市場，建立高續航力與高速的新認證系列Intel Evo，強調與筆電廠商共同開發的平台系統，另外收購自動駕駛系統公司Mobileye與行動服務軟體公司Moovit，積極發展Intel在自動駕駛市場的一席之地。

Intel研發能力趨緩。Intel三大策略之下，多頭馬車同時進行，除了單在晶片生產技術研發外，仍有電腦、資料處理中心、5G等多個不同市場需透入資源進攻，還投入自動駕駛市場，低估新製程的研發時程，製程技術與生產良率難以提升，結果Intel於2015年後的10奈米製程落後台積電，原定2021年量產的7奈米，預計將延後至2023年，造成在桌上電腦CPU的市場被AMD大舉進攻，AMD使用台積電的7奈米製程，在CPU處理速度與耗電量，已追上Intel甚至超越，而且售價較低，在2019開始AMD桌上型電腦CPU市占率由20%成長至2021年1月，已經超越Intel至50.8%，上次市占率贏過Intel是15年前的2006了；不過在筆電市場，Intel仍大幅領先保持83.8%市佔率，筆電比桌上型電腦要求更小與散熱更好，因此AMD仍未順利進攻，但今年已經看到不少筆電開始採用AMD了；資料中心市場，Intel CPU市占率達98.6%，是主要營收來源之一，AMD夾帶台積電領先的製程，會持續搶攻Intel的市場，而未來有機會擴大應用於AI資料中心的FPGA（Field－Programmable Gate Array）技術，AMD在2020宣布砸大錢350億美元併購賽靈思(Xilinx)，賽靈思與之前Intel收購的Alera是FPGA兩大技術領先公司，顯現AMD進攻資料中心的決心。

Intel當資本支出與製程開發落後造成產品效能缺乏競爭力，壓力過大後，在2020年提出委外代工的評估，若真的改為代工後，短期快速提高Intel的CPU競爭力，但長期可能不是Intel原本的發展策略，新任執行長Pat Gelsinger曾是Intel首席技術長，策略重點仍在晶片技術的突破，投注於更先進製程技術直接超越台積電，但也沒把話說死，僅說明主要產品仍是會自行生產，必經自行生產最高階產品一直是Intel的核心價值，部分產品委外代工比例可能會提高，因為台積電在2022下半年3奈米要量產，Intel預計在2023才要量產7奈米，Intel目前要在三年內大超越不太可能，若給台積電代工會損失約10%利潤，還有原本Intel市場技術領先的威望，但在AMD使用台積電更先進製程搶佔市佔率壓力下，這幾年將是Intel發展策略選擇的關鍵。

相較於CPU死對頭AMD，原本也是同Intel自己生產晶片並銷售，但在AMD製造部門連續虧損下，將製造分拆出去成立了格羅方德GlobalFoundries，格羅方德跟台積電一樣就是半導體專業代工廠，原是台積電、三星之後第三大代工廠，但在經營無法突破後，開始將資產變現，賣晶圓廠，就算是相同策略發展也並不容易，。

晶圓代工最大對手三星，三星半導體發展三十幾年，發展重心剛開始在記憶體，並成為記憶體晶片製造的霸主，2005策略轉向開始代工，成工代工蘋果手機晶片帶來第一波成長，但三星手機強勢發展，在2011年市佔率超過蘋果，而一直以來蘋果的晶片都是給三星代工，三星手機的競爭關係與生產晶片的良率效能不佳，於2010年蘋果營運長Jeff Williams開始與張忠謀談合作iPhone6的A8晶片，更換晶片生產廠風險很高，台積電隨之應對組織One Team團隊，擴大投入資源於蘋果專案，統合研發與生產相關部門，獨立拉一條產線進行研發使用，並直接派近百人至美國蘋果總部，解決原本由三星代工的智慧財產權的問題，同時因產能不足供應蘋果，直砸90億美元蓋新廠，在2013年6000人24小時輪班下，在11個月極快的速度下，達到超高良率，完成蘋果的訂單，成功擠下三星。在先進製程開發競賽，三星在5奈米技術與良率不佳，三星想直接在3奈米超車，採用架構環繞閘極技術（Gate-All-Around，GAA），新技術投入資源大，且開發風險較高，台積電則是沿用FinFET技術，看來贏面是比較高，也是下一步觀察的重點。

市佔率太高的風險，容易被告反壟斷或反托拉斯法，Intel、Google、Amazon都被告過，台積電也在2017被GlobalFoundries向歐盟提告不公平的競爭，告台積電以忠誠折扣（loyalty rebates）、排他性條款（exclusivity clauses）、綑綁折扣（bundled rebates），或甚至罰款等不公平手段，讓客戶不能找其他廠家代工，最後歐盟在2020結案，反壟斷不成立，台積電早就對反壟斷有預防政策，立有公司內部規範，並對員工教育訓練，反壟斷要成立最簡單就是幾家大廠聯合定價，或是用非法手段綁住上下游廠商限制對手發展等，但這其實很難界定，因為很多策略就是要提高對手的進入門檻，不過台積電處於代工的角色，比較不容易被告成功，大多是品牌商Intel、高通、微軟等這類的被告成功，但在市佔過半，甚至未來可能更高的市佔率下，對手提出反壟斷的訴訟策略，還是很有可能。

資本投資優勢強大，越玩越大，營運壓力也一直墊高，2020年台積電資本支出為170億美元，已與Intel相當，而三星約260億美元，不過大部分為記憶體支出，台積電2021資本支出為250-280億美元，將超過三星，主要投資5奈米與3奈米設廠需求，也包含未來封裝技術與2奈米研發費用當。因為NVIDIA、蘋果、AMD等大需求上升，比2020資本支出大幅增加了六成100億美元，看得出台積電對未來非常有把握，台積電近五年的ROA(資產報酬率)在15-20%，相當優秀的賺錢能力提供了足夠的基礎，資本競賽優勢已足夠強勢下，如聯電、GlobalFoundries等對手，已轉換策略退出賽局。

客戶過於集中風險高，前六大客戶佔比超過六成，因此客戶的變動直接衝擊是很大的，最大客戶是蘋果占20%以上，2021預估到26%，第二大原本是幫華為供應晶片的海思（HiSilicon）占約10-15%，在2020年美國封殺華為的政策下，因此失去了海思這個第二大客戶，影響很大，不過在聯發科、蘋果、超微AMD、高通和其他客戶追加訂單下，很快填補產能出口，在此可見寡占市場的優勢，市場仍處於供不應求的狀態，甚至丟了10幾%的業績，馬上就有其他客人願意買單。因為主要客戶真的很少，而先進製程比較貴，用得起的客戶也不多，如2021年5奈米製程，光蘋果預估就包下53%的產能，其次為高通會佔24%，因此若蘋果一個銷量不好，對業績衝擊就很大，如何掌握潛在客戶很重要。

台積大同盟（TSMC Grand Alliance）策略優勢，台灣很少能做為全球產業的帶領者，因為很少企業能有如此的號召力，去聯合全球頂尖業者的同盟，串連IC設計客戶、上中下游設備供應商、專利業者，加速整個供應鏈的合作與創新，降低客戶開發門檻，建立起新的屏障，來對抗Intel與三星的垂直整合策略，在5G、互聯網、AI等市場大量成長下，更多公司產生晶圓代工的需求，三星在許多與客戶競爭關係下，不易模仿台積大同盟策略。在新製程發展變慢，半導體市場成長趨緩後，台積電的客戶們要強化自己的產品，在晶片製程技術大家都差不多之下，需要靠更好的IC設計或元件整合，台積電領先製程的重要性就會被削弱，因此台積電營造的大同盟生態系統，能提供更多無法取代的服務將更重要，不過這還很久，短期是不用太擔心。

新製程開發風險，因為每一個新製程的都有不同的研發途徑，在3D架構FinFet關鍵技術研發競賽下，台積電仍是落後的，而在提早導入EUV製程下，成功領先Intel與三星，台積電現在有技術領先與規模化的優勢，三星、Intel在不同的研發途徑下，也不會完全不可能超車台積電。

先進製程設備短缺風險，EUV極外紫光機台為10奈米以下關鍵製程，只有ASML能生產，2021預計只能生產40幾台，而且下單需要一年半才能交貨，消息上台積電取得15-20台，未來如何穩定供貨來應付產能的擴張，也是策略的佈局重點。2012年因ASML需要大筆資金來研發，開放客戶入股，Intel、台積電、三星都曾經投資ASML，不過都退股了，而三星可能還剩很小的股份，但無法直接影響ASML決策，初步看來，ASML也不會單壓一家客戶，應該三家都會供貨，畢竟也是做生意的風險，目前消息上台積電應可取得一半的供貨，可能來自於台積電目前過半的市佔率，先進製程的高良率，台積電也力One Team合作開發EUV機台，因此ASML願意在台積電上投入較大的賭注。

新憶體市場佈局，發展延伸市場，雖DRAM記憶體市場因供需所造成的價格波動太大，毛利差，一不小心就賠錢，並非台積電重心，但也不是完全沒布局，在新世代的磁阻隨機存取記憶體（MRAM）於2002年投入開發十幾年了，當AI、5G等需要高速記憶體需求提高，MRAM將快速成長，DRAM停在十幾奈米，MRAM因可至10奈米以下製程，研發難度高，Intel、三星也有投入，台積電先進製程優勢經驗下，未來仍有高機會領先市場。

有錢也難進入戰場，想要加入戰場狂砸錢的大陸半導體廠，做記憶體的紫光，在2020年爆出財務危機，而中芯半導體花了二十年，砸大錢，挖了台積電一堆人，在[中國製造2025]國家政策大力支持下，至今仍落後至少2-3個世代的技術，都順利研發成功也需要將近5年，在大量內需與國家政策支持，應該是還能撐一陣子，但要進入10奈米以下的威脅度不高，可見光是砸錢要能進入高階晶圓代工市場，難度很高，三星也是花了幾十年。

晶圓廠變動的發展策略，原第三大晶圓代工廠Global foundries，已退出7奈米賽局，2019賣了兩個廠、一家半導體子公司、一家光罩廠，反而由聯電變成超越世界第三大，聯電發展策略在2018大改版，專注成熟市場，提高投資報酬率ROI，因過去經驗下追趕台積電的最新製程，追到最新製程時，價格已經下滑，台積電下一代製程也準備中，又要砸錢下一代研發，因此整體投資報酬率並不好，改為直接收購晶圓廠，降低投資新廠的成本，發展成熟製程更多的應用市場，2019收購了日本富士通的12吋晶圓廠，搭配自己的客戶群與良率提升經驗，快速增加營收與市占，策略蠻成功的，世界先進策略類似，在2018收購了Global foundries新加坡的8吋廠；IC設計公司開始往下收購，如台灣的新唐，2020年9月收購了日本松下Panasonic的6吋與8吋晶圓廠，不過實際上看來很吃力，因為花了76億台幣收購，是新唐公司兩倍股本以上了，我認為是有一定難度整合成功。

目前半導體生產技術發展速度已經變慢，不像以前一年半就多一倍效能，巨大的投資門檻，還有難以快速量產的良率地獄，確實建立出足夠高的護城河，不想再燒錢研發新技術的聯電，重新市場定位，進行收購發展策略，剩下三星與Intel都是垂直整合的發展策略，但在開發新製程的技術密集度越來越高，三星與Intel研發力道已見疲乏，台積電專精於代工的定位，市場佔下足夠的份額，大量客戶促成比對手累積更多的新技術開發經驗，在客戶轉換成本很高之下，持續的優勢累積是可能的。

不過三星、Intel仍可能利用在IC設計優勢下，取得相當的產品校能，雖然在10奈米開發落後台積電，，Intel 10奈米製程的電晶體數量1億顆比台積電7奈米的91.2百萬萬顆還多，Intel霸主的怪力仍不容小覷，也讓對手AMD用7奈米製程的CPU，跟Intel的10奈米產品效能差不多。

垂直整合品牌端帶來的獲利，可提供更久的投資資本，因此三星、Intel都可能在新製程跳躍世代，超車台積電，台積電雖然穩健發展，但在新製程的研發路線上，也需要每次都押對寶，不過晶圓廠的投資最快要2-3年才能看到結果，三星與Intel要能超越台積電挑戰不小。

客戶轉換成本高，蘋果當初花了五年從三星轉給台積電代工，可見轉換成本之高，而2015年後至今，蘋果將100%的供貨給了台積電，可見台積電所創造的客戶信任度是很高，但以蘋果的立場，只有一家供應商也是很大的風險，因此也不會放棄培養第二供應商，也就是三星，因此未來就算有部分蘋果訂單是三星接走，也不意外，但三星如何突破技術困境，同時在手機市場的競爭關係下，如何在代工市場取得信任，將是最大挑戰，而就算三星追上台積電的技術，但客戶的轉換時間要好幾年，台積電仍有很多防堵的時間，而Intel接受來自AMD與台積電的聯盟強勢進攻，2023的7奈米可能是決勝點，若不能有效防止AMD的進攻，Intel的市占要再拿回來相當困難。

所以不論產業，只要用台積電的專業代工策略，就一定成功嗎? 前提是要在資金密集且技術密集的產業之下，並搭上長線的高速成長市場，譬如化妝品專業代工廠很多，但並不是砸錢就有幫助，因為不需要極大資本，而大部分的化妝品製程，不存在持續需要研發突破的技術，因此並不容易如台積電建立出這樣堅固的護城河，搶下全球過半市佔率。