台积电：构建产业链关键节点：去全球化背景下的半导体产业链

行研新视角 去全球化背景下的半导体产业链 ——台积电：构建产业链关键节点 2023年9月15日 研究部 姓名：徐晨 SFC：BTK332 电话：0755-82846076 证券研究报告 请务必阅读投资评级定义和免责条款 去全球化背景下的半导体产业链 ——台积电：构建产业链关键节点 2023-09-15星期五 新视角： 去全球化背景下的半导体产业链： （1）芯片法案出台： 自2019Q4开始受疫情、相关政策影响全球供应链开始持续紧张，美国在半导体产业链中处于顶端位置，掌握核心科技，几乎涵盖了设计到制造到封装全产业链，但制造环节大部分外包给了台积电、联电等亚洲代工厂。缺芯潮的出现刺激了美国产业链安全的敏感神经。在充分考虑到半导体制造对于美国自身经济安全、未来竞争力的重要性，美国开始考虑制造产业链的转移并相应出台了芯片法案。 （2）政策压力下的建厂： 人力资源、建厂成本问题凸显 地方政府与行政法规掣肘 成本的承担与消耗 （3）去全球化背景下：紧抓核心竞争力-技术： N3(3纳米)与N5(5纳米)核心制程领先 光刻技术应用领先 知识产权（IP）数量、质量领先 （4）去全球化背景下：紧抓核心竞争力-客户： 苹果(AAPL.O)芯片主要代工 超威半导体的(AMD.O)跻身第二大客户 台湾本地联发科(2454.TW)的支持 去全球化背景下的思考与启示： （1）现实主义理论(Realism)看去全球化 国际关系现实主义理论认为：一个稳定的全球供应链离不开一个拥有统治霸权政府使用强权迫使其他国际贸易的参与者按照其规定的贸易准则行事。当具有统治霸权的国家难以确保其绝对统治地位时，去全球化必然会发生。 （2）美半导体产业政策外溢效应： 在美国颁布芯片法案后，出于确保自身半导体产业链安全地位，欧盟、日本、中国台湾地区先后出台了一系列的产业政策，重点关注芯片制造。 （3）台积电在去全球化背景下的应对与启示： 应对不断变化的去全球化挑战，即便面临成本大幅增加的问题，台积电积极在海外建厂，美国、日本、新加坡和德国都计划建立新的代工厂，以便覆盖可能的新的产业链结构。 台积电积极扩展的主要目的就是建立联系，增加自身在各个地区产业链结构中的重要性。台积电能这么做一方面得益于其本身的先进技术及部分技术的不可替代性；另一方面源于台积电对各个产业链系统中其他关键节点企业的把控。 在当前不断变化的去全球化挑战中，政策等宏观因素变化过快，企业仅拥有先进技术往往难以应对市场的变化，生存与发展的关键是企业能否将利用自己的技术将自己链接到产业链上下游关键节点的企业网络中去，形成关键的产业链节点，以不变应万变。 目录 1.去全球化背景下的压力—美国建厂6 1.1美国压力下的建厂6 1.2人力资源、建厂成本问题凸显7 1.3地方政府与行政法规掣肘8 1.4成本的承担与消耗8 2.去全球化背景下：紧抓核心竞争力-技术9 2.1N3(3纳米)与N5(5纳米)核心制程领先9 2.2光刻技术应用领先11 2.3知识产权（IP）数量、质量领先13 3.去全球化背景下：紧抓核心竞争力-客户14 3.1苹果(AAPL.O)芯片主要代工14 3.2超威半导体的(AMD.O)跻身第二大客户16 3.3台湾本地联发科(2454.TW)的支持18 4.去全球化背景下的思考与启示19 4.1现实主义理论(REALISM)看去全球化19 4.2美半导体产业政策外溢效应20 4.3台积电在去全球化背景下的应对与启示20 风险提示21 图目录 图1：各个地区半导体刺激计划汇总7 图2：寻找合适工人难度9 图3：制程与元器件结构10 图4：电晶体密度比较10 图5：台积电制程的演进10 图6：运算微影技术示意图13 图7：台积电专利管理系统14 图8：2023年一季度智慧型手机出货量16 图9：2022年四季度手机市占率16 图10：超威半导体EPYC霄龙处理器17 图11：AMDV.S.Intel服务器份额18 图12：手机SOC芯片排名前五19 表目录 表1：美国半导体与科技法案补贴时间表（单位：十亿美元）7 表2：台积电制程收入贡献10 表3：台积电高端制程片单价（ASP）11 表4：苹果芯片制程及代工15 表5：2022年全球半导体收入排名18 1.去全球化背景下的压力—美国建厂 1.1美国压力下的建厂 自2019Q4开始受疫情、相关政策影响全球供应链开始持续紧张，美国在半导体产业链中处于顶端位置，掌握核心科技，几乎涵盖了设计到制造到封装全产业链，但制造环节大部分外包给了台积电、联电等亚洲代工厂。缺芯潮的出现刺激了美国产业链安全的敏感神经。在充分考虑到半导体制造对于美国自身经济安全、未来竞争力的重要性，美国开始考虑制造产业链的转移并相应出台了芯片法案。 美国芯片法案共分三大部分，其中第三部分是“2022年最高法院安全资金法案”。法案整体涉及金额约2800亿美元，其中包括在2022年—2026 年向芯片产业提供约520亿美元的资金支持，为企业提供价值240亿美元的投资税抵免，鼓励企业在美国研发和制造芯片，并在2023年—2027年提供约2000亿美元的科研经费支持等。在520亿中，半导体先进制程工 厂建设390亿，2022财年首期190亿；研发（R&D）和劳动力补偿110 亿，2022财年首期5个50亿。 受宏观政治经济环境、美国政府政策吸引等多重因素影响，台积2020年 五月计划投资电120亿美元建厂，2021年决定提高投资至400亿美元在美国亚利桑那州凤凰城建N5(5纳米)晶圆厂，后续提升到N4(4纳米)并且规划2024年投产。 表1：美国半导体与科技法案补贴时间表（单位：十亿美元） 授权法案 22财年 23财年 24财年 25财年 26财年 27财年 半导体fab（先进制程） 19 5 5 5 5 0 R&D和劳动力补助 5 2 1.3 1.1 1.6 0 补充计划 0.15 1.8 0.525 0.525 0.525 0.525 税务刺激 240亿2022-31财年 资料来源：CSIS、国元证券经纪（香港）整理 图1：各个地区半导体刺激计划汇总 资料来源：SIA、国元证券经纪（香港）整理 1.2人力资源、建厂成本问题凸显 根据台积电业绩会发布会披露的内容来看，在美国建立的4纳米、3纳米工厂的建造成本为台湾的4到5倍。主要为劳动力支出、许可证，安全和健康规定。 人力资源问题是在美建厂的关键问题之一，这一观点在《纽约时报》2023年2月23日的报道中得到部分佐证。首先是企业文化冲击，受访者表示在台湾工程师工作时间长，周末轮班，而美国员工可能不太愿意做出这样 的牺牲。美国员工向经理提出挑战，质疑是否有更好的方法。一些美国人 在分配多项任务时表现不佳，有时会拒绝接受新任务，而不是更加努力地完成所有任务。其次是人才外流，台积电工程和建筑承包商中鼎工程的董事长杨宗兴表示，台积电的美国竞争对手英特尔也在亚利桑那州扩张，并争夺技术工人和建筑设备。作为东道主的英特尔无疑拥有台积电难以匹敌的在美各项资源。 在美国半导体企业还面临者美国工会的压力，这是在台湾所没有的。美国的工会往往和当地政党选举联系紧密，罢工、加薪等一系列问题一旦发生对高度注重时效、成本控制的半导体代工厂无疑是重大打击。 最后，台积电面临在美找不到合适工人的情景，根据德勤的研究，在2020 年找到匹配技术员工的难度已经是2018年1.4倍，并成上涨态势。伴随着数字化转型，原先技术工人所熟练的技术将不在适用，根据SIA的数据，到2023年美国制造业人才缺口：工人/技师26,400人、工程师27,300人、 计算机科学家13,400人。在工程师缺口中，本科学历缺口9,900人、硕士 学历缺口12,300人、博士学历缺口5,100人。 1.3地方政府与行政法规掣肘 美国从州、市、县都有一定程度的自治权限，并且可能存在相同事项需要应对不同行政层级和不同行政法规的尴尬境地。台积电在亚利桑那州获批的土地横跨多个行政区域，开工建设所涉及的人员行政审批、环评、建设审批等各种行政程序缺一不可。有些程序冗长或涉及地方发展利益的审批可能耗费大量时间和人力成本，如台积电业绩会中提到的造成成本升高的许可证，安全和健康规定。 1.4成本的承担与消耗 成本大部分会转嫁到每片晶圆上。在美两个厂的建成产能满产约为60万片/年，相较于台积电1500万片的年产能，只占4%。高额的单片成本加上少量的出货，美国出货的片单价（ASP）不会低，最终成本还是体现在 终端产品价格上。具有讽刺意味的是美国纳税人出资金建厂同时也要出高价购买终端产品。 图2：寻找合适工人难度 资料来源：DeloitteInsights，国元证券经纪（香港）整理 2.去全球化背景下：紧抓核心竞争力-技术 2.1N3(3纳米)与N5(5纳米)核心制程领先 根据台积电公司官网资料，公司的N3制程技术将是N5制程技术之后的新制程。在N3制程技术推出时将会是业界最先进的制程技术，具备最佳的PPA及电晶体技术。相较于N5制程技术，N3制程技术的逻辑密度将增加约70%，在相同功耗下速度提升10-15%，或者在相同速度下功耗降低25-30%。 在2023Q1业绩会中管理层表示，下半年25%营收增长来自于客户基于3 纳米的新产品，台积电3纳米的产能全部利用尚不足以满足客户的需求。 3纳米产线的营收将于三季度开始增长，全年贡献2023年中单位数百分比 营收。目前已将5纳米可与3纳米共用的设备转做3纳米使用。在2023Q2业绩会中管理层表示，在技术端方面公司始终保持技术领先地位，2nm芯片预计2025年投产。 图3：制程与元器件结构图4：电晶体密度比较 资料来源：公司官网,国元证券经纪（香港）整理资料来源：DigitimesAsia，国元证券经纪（香港）整理 图5：台积电制程的演进表2：台积电制程收入贡献 资料来源：公司官网，国元证券经纪（香港）整理资料来源：公司官网,国元证券经纪（香港）整理 从行业前三的个公司-英特尔、三星、台积电在N3-N5比较来看,目前可以达到N3制程的只有三星和台积电。英特尔目前只能实现N5制程。全面实现量产并有良率保证的只有台积电。 从电晶体密度来看，5nm上，Intel亦是预计可以做到3亿/mm²，台积电 1.73亿/mm²、三星1.27亿/mm²；3nm部份，三星仅有1.7亿/mm²，相对台积电5nm甚至是低2级的Intel7nm的标准更低；2nm部分，IBM2021年达3.33亿/mm²，台积电以4.9亿/mm²领先。 高端制程对应的是高片单价和高营收贡献率，根据台积电2023年Q2业绩：N5制程营收占比从2022Q221%上升到了2023Q230%，上涨了近50%。N7+N5制程的营收贡献率达到了总营收的一半以上，充分体现了台积电以高技术拉动营收的整体策略。N3制程方面，台积电3纳米的客户大概率 是苹果，具体的芯片应该是供iphone15型手机及相关新产品使用。 从片单价来看，3纳米的ASP在20,000美元左右一片，5纳米ASP在13,000美元一片,预计2025年出的2纳米ASP高达24,000美元一片。鉴于高ASP，全产线生产，在苹果产品正常出货的前提下，3纳米的2023H2营收贡献率不会低。考虑到2024年台积电将推出N3E，3纳米加强版本，拥有更好的能耗表现，潜在客户包括苹果、英特尔、联发科、高通。N3E采用成熟的N3工艺，单片ASP可能略有所下降，相应的3纳米的使用客户会大概率会增加。目前，台积电2纳米(中科台中科技园区工厂)用地计划已经 于2023年8月获批，预计2024年6月交付台积电建厂。表3：台积电高端制程片单价（ASP） 资料来源：TheinformationNetworkviaSeekingAlpha,国元证券经纪（香港）整理 2.2光刻技术应用领先 先进的制程离不开先进的设备与技术。极紫外光刻机（EUV）是目前5纳米以下光刻的关