2024年台积电研究:引领万亿晶体管新时代
台积电是全球晶圆代工商业模式的首创者,也是领导者和受益者。台积电成立于1987年,当时全球半导体行业以IDM企业代表的垂直整合型商业模式。而台积电在此背景下通过首创晶圆代工商业模式,聚合晶圆制造需求和对应的资本开支,大幅降低了半导体行业的进入门槛,并通过芯片设计和晶圆制造的专业化分工大幅推进了台湾本土乃至全球半导体行业的专业化分工和发展。最终,由台积电首创的Foundry+Fabless逐渐取代IDM成为半导体设计和制造的主要商业模式,台积电深度受益。并通过在晶圆制造领域的深耕不断提高制程能力,成为晶圆代工制程演进的领导者。根据公司公告和WSTS数据,台积电2000-2023年营收CAGR达11.95%,远超半导体行业的4.2%。同时公司多年保持全球第一大晶圆代工厂的市场地位,根据Trendforce数据,台积电4Q23在晶圆代工行业市场份额为61.2%,为晶圆代工行业增长的核心受益者。
HPC成为公司第一大营收来源,先进制程占比迅速提高。回顾台积电2Q19以来的营收结构,HPC逐渐取代智能手机成为公司第一大营收来源。4Q23公司单季度营收6,255亿新台币,其中HPC占比43%、智能手机占比43%,二者合计占比86%,其中HPC占比逐渐提高,逐渐成长为公司第一大收入来源。按照制程节点来看,台积电先进制程营收占比不断提高,3nm等领先制程技术也在不断兑现为营收,截至4Q23,台积电先进制程营收占比达67%,其中3nm制程营收占比15%。生成式AI带给英伟达、AMD等芯片设计公司发展良机,我们认为台积电将进入AI带动的新成长周期。
3nm技术成熟并已兑现为营收业绩,特色工艺制程引领行业。2022年12月,台积电宣布正式量产3nm制程芯片,这标志着台积电逻辑芯片制程正式进入3nm时代,领先于同行业其他企业,目前台积电正在加紧研发2nm制程芯片,计划将于2025年实现2nm芯片的量产。除逻辑芯片外,台积电在各个特色工艺平台的制程技术也领先于同行业,目前台积电在MEMS、ImageSensor、EmbeddedNVM、RF、Analog、HighVoltage、BCDPowerIC特色工艺平台分别实现了0.13/0.11um、65/55nm、22nm、7/6nm、22nm、40nm、40nm制程节点的量产,并在加紧研发下一代制程工艺。
创始人为张忠谋,大量外资持股彰显市场信心。台积电无实际控制人,创始人为美籍华人张忠谋,张忠谋曾于美国哈佛大学和MIT毕业后就职于德州仪器,并在德州仪器担任半导体工程师负责晶圆生产业务,在任期间推动改善了德州仪器的制造能力。张忠谋于1986年在中国台湾创立台积电,带领台积电首创Faoundry商业模式并让台积电成为全球最大的晶圆代工厂,被誉为“芯片大王”、“半导体教父”。从目前股东情况来看,台积电自1997年在纽交所上市后,外资持股比例不断攀升。截至2023年底,台积电前十大股东中有6家为境外投资者,外资的大量持股彰显了对台积电未来发展的信心。台积电董事会成员拥有十位董事,包括董事长刘德音(已宣布将退休)、副董事长兼CEO魏哲家、龚明鑫(为中国台湾行政院国家发展基金管理会的代表)、曾繁城及6位独立董事。
截至2023年底台积电产能合计3,126kwpm(等效8英寸),且仍在全球范围内扩张先进产能。台积电在发展过程中的不同阶段在不同制程节点均进行了产能储备,截至2023年底,公司在全球范围内共拥有已经投产和在建17座晶圆厂,其中包括1座6寸独资晶圆厂、6座独资8寸晶圆厂和1座合资8寸晶圆厂、以及7座独资12寸晶圆厂和2座合资12寸晶圆厂,公司2023年底等效8英寸产能合计3,126kwpm。目前台积电产能主要集中在中国台湾本土,未来产能扩张聚焦于两个重点方向:1)在本土逐步增加5/3/2nm产能,满足下游客户对先进制程产能的需求;2)公司在日本熊本、美国亚利桑那和德国和当地政府及公司合作建立代工厂,预计分别将在2024年底、2025年和2028进行量产,帮助公司把握日本、美国和欧洲当地半导体产业发展机遇。我们预计到2026年:日本熊本一厂将完全投产达到5.5万片/月,美国亚利桑那一厂正处于爬坡阶段达到2.5万片/月,德国厂尚处于建设期。以上合计月产能仅占2026年台积电总产能的4.9%。同时,当地政府均提供较为客观的补贴支撑建厂成本,且台积电可通过较强的议价能力根据地区成本调整代工价格。综上,我们认为台积电海外工厂建设和运营对台积电毛利率、ROE等盈利能力指标影响有限。
台积电指引2024年全球晶圆代工市场规模有望增长超20%至超1083.5亿美元,台积电长期份额有望保持50%以上。据Omdia统计,2022年全球晶圆代工市场规模为1,048亿美元,同比增加25%,2023年受终端需求放缓及去库存周期影响,市场规模同比下降。但我们预计手机、PC等消费电子市场有望逐步企稳回升,且未来AI、汽车电子、HPC等高附加值市场将会带来更多增量。中国市场方面,晶圆代工行业起步较晚,但在国家政策支持下,中国晶圆代工行业实现了快速发展,2018-2022年中国晶圆代工市场规模从96亿美元增长至171亿美元,年均复合增长率为15.44%,高于全球代工市场增长率。根据台积电2023业绩会指引,2024年全球晶圆代工行业有望达到超20%增速,全年规模有望超过1083.5亿美元。其中,台积电有望凭借先进制程优势和长期高资本开支积累的产能优势持续巩固市场优势,在长期维持50%以上的市场份额。
4Q23后行业库存趋于健康,但终端需求整体呈现弱复苏。全球半导体库存调整持续至4Q23,当前已趋于健康。IDC预计2024年全球智能手机/PC出货量将分别同比增长2.8%/3.4%,呈现弱复苏趋势。全球主要晶圆代工企业产能利用率当前仍处于低位,未来有望逐渐复苏,但LCD驱动、MCU等部分成熟制程产品仍将面临一定价格压力。
回顾主要晶圆代工企业4Q23业绩情况,行业整体下行、台积电显著优于同业。据台积电4Q23业绩会,得益于终端需求复苏和下游客户库存转好,2024年全球半导体行业有望迎来新一轮上行周期,预计2024年半导体行业整体市场规模增速有望超过10%,其中晶圆代工领域市场规模增速有望超20%。回顾本轮半导体下行周期各主要晶圆代工厂业绩,我们可以看出台积电营收、毛利和ASP等指标均显著优于同业,得益于公司在先进制程和先进封装领域的技术优势,特别是下游AI需求拉动和公司3nm投产,台积电4Q23实现营收环比增长13.6%,远高于同业其他公司平均-5.2%水平;毛利率水平53%,也远高于同业其他公司平均18.95%水平;ASP为2,949美元,远高于可比公司均值700.18美元。说明台积电在半导体下行周期有更好的业绩韧性,侧面说明了台积电产品的竞争力和技术水平,而这也有望帮助台积电在2024年半导体上行周期取得更高的市场份额和业绩增速。
预计2024年全球半导体行业迎来复苏,AI/HPC、新能源汽车等领域驱动行业迎来新一轮增长。IDC预测,2024年新能源汽车销量、服务器出货量以及光伏新增装机量均将有超10%的增长,长期来看新能源需求将保持快速增长。此外,AI成为全球半导体行业中长期成长的重要动能。目前台积电等龙头代工厂表示已观察到AI需求的明显增加,其中台积电观察到CPU、GPU、AI加速器以及ASIC方面需求明显,认为未来五年AI相关营收将会有50%的复合增长率。我们预计未来AI将驱动汽车、计算、通信等行业产生更大的需求,成为半导体行业走向下一周期的推动引擎。除此之外,供应链安全也有望推进晶圆代工行业进一步走向区域化。伴随国际地缘政治不确定性加剧,越来越多国家和地区开始注意全球产业链安全,其中半导体产业作为对一国消费和生产不可或缺而又全球化联系极强的特殊产业,在这一背景下备受关注。目前全球主要国家均在布局晶圆代工回流战略,例如美国亚利桑那工厂和日本熊本县工厂,他们都希望在确保本国半导体产业安全的同时增加本国就业和产出。可以预见的是,伴随全球各国地缘政治关系趋于复杂,晶圆代工行业也有望进一步走向区域化。
首创晶圆代工模式,通过技术创新和产能扩张,成长为全球第一大半导体企业。台积电1987年创立时,全球半导体主要由IDM企业主导,为在技术、资金等条件不利的环境下实现对国际领先IDM企业的赶超,台积电首创了Foundry商业模式,通过聚合晶圆代工领域的资本开支和技术研发大幅降低整个半导体产业的进入门槛和生产成本,从而拉动全球范围内Fabless和Foundry两类公司的迅速发展。从1988年公司抓住Intel开始生产研发和制造分离的CPU机遇拿到第一笔代工大单开始,台积电不断获得来自全球各地半导体公司的代工订单,并在终端产品变革的关键节点不断扩充苹果、英伟达等关键核心客户,和优质客户共同成长。根据Gartner、ICInsights,2022年台积电已超越三星半导体业务成为全球半导体行业第一大企业(按营收来计),市值也一度突破6000亿美元。
过去乘智能手机、PC、IoT、数据中心市场增长的快车道,公司伴随核心客户共同成长。2007年苹果正式发布iPhone,开启了全球范围内的智能手机热潮,同年全球智能手机出货量首次突破亿台,并在2016年达到了14.7亿部。手机极快的迭代速度不仅使得代工成为主流的芯片生产模式,而且台积电凭借着在晶圆代工领域积累的领先技术和充足产能,充分把握市场机会,获得并和高通(通信芯片)、苹果(手机处理器)、海思(基站及手机芯片)以及AMD(高端计算芯片)等核心客户一起成长。2023年台积电实现营收21,617.4亿新台币,2000年至2023年CAGR为11.95%,2023年智能手机和数字消费电子合计营收占比39.80%。
凭借28nm及以下工艺节点对三星的赶超,以及独创的InFO封装技术,台积电2016年起成功取代三星成为苹果A系列独家代工商。在28nm制程的关键技术上,台积电选择后闸级路线,而三星选择了前闸级路线。更优的技术路线与高投入让台积电率先量产28nm制程。在2011年入局封装行业后,台积电开发出了InFO封装技术,可让逻辑芯片与DRAM直连,虽然三星在封装领域也有充足经验,但InFO相比三星的改良PoP技术封装厚度小30%,满足了苹果对封装密度及体积的严格需求。同时,因苹果手机与三星手机的业务竞争关系,台积电2014年开始为苹果代工,2016年起成为苹果A系列芯片唯一代工商。截至2023年苹果是台积电最大的客户。
研发费用远超代工行业竞争对手,技术优势进一步拉大。台积电持续增加研发投入以保证半导体先进技术的发展,2023年研发费用为1,823.7亿美元,远高于其他晶圆代工企业。技术上的先发制人与高额的研发投入将进一步扩大技术优势。2018年格罗方德与联华电子已宣布放弃7nm制程的研发投资,目前全球先进制程制造商基本仅剩台积电、Intel和三星三家。5nm以下的EUV等关键设备的高昂投资与先进制程高昂的研发成本是其他厂商投产先进制程的关键屏障。台积电资本开支规模远超代工行业竞争对手。半导体经晶圆厂的每一代工艺建设成本都在急速增加,据Digitimes估计,5万月产能的5nm工艺所需资本支出已经超过1000亿人民币。台积电的资本开支规模显著高于其竞争厂商,2015-2022年台积电资本开支占营收比重都在30%以上,明显领先于英特尔和三星。2023年台积电全年资本开支305亿美元,营收占比44%,可以看出台积电扩产意愿仍较强,积累产能有望半导体上行周期持续释放。2024年,台积电预计2024年全年资本开支280-320亿美元,其中先进制程占比70%~80%、特色工艺占比10%-20%、其余10%用于先进封装、测试及其他。
技术领导地位支撑台积电主导先进工艺代工市场,7nm以下节点市场份额超90%。根据Trendforce,2022年全球先进制程代工产能主要分布在中国台湾(79%),主要由台积电贡献,联电等先进制程产能较小。其中,台积电在3/5/7nm等更先进节点占据市场主导地位。根据Gartner,台积电在7nm以下的节点拥有全球90%以上的市场份额。即使三星在2022年率先台积电量产3nm,但良率等工艺指标落后台积电,2022年苹果独占台积电3nm产能,并于2023年开始陆续出货并使用在苹果手机等产品上。
发力特色工艺降低成熟制程领域竞争加剧压力,IDM外包趋势持续。今年来,随着全球范围内特别是中国晶圆代工厂在成熟制程领域资本开支和产能扩充不断增长,我们预期未来成熟制程市场竞争程度将会加剧,市场成熟制程产品价格和厂商毛利率可能会承受一定压力。针对此,台积电通过布局CMOS、eNVM、RF等特色工艺平台,在自身长期积累的较强晶圆代工技术和能力的基础上,和客户共同研发和生产特色工艺产品,有望缓解成熟制程领域竞争加大给公司带来的压力,并成为公司毛利率的重要支撑,帮助公司将毛利率保持在53%的目标水平。2017-2022年,台积电对特殊制程技术投资的CAGR超过40%,并且将在南京、日本及德国等地区新建特色工艺晶圆厂,公司计划2024年将10%~20%的资本开支用于特色工艺,并预计到2026年将特色工艺产能提升近50%。除设计公司外,IDM企业也为台积电重要客户。Intel、恩智浦、英飞凌等大客户更多制造外包趋势持续,台积电有望继续受益。
生成式AI发展加速驱动全球数据中心和AI芯片市场规模快速增长。伴随着以ChatGPT为代表的大模型在全球范围内不断迭代和落地应用,对数据处理的需求量也在快速增长。根据彭博一致预测数据,2025年全球前五大数据中心相关公司数据中心业务营收将达到持续增长。与此同时,全球AI芯片市场也在不断扩容,据Gartner预测,2024年全球AI芯片市场规模将达到671.48亿美元,2022至2024年CAGR为23.23%。
从制程节点看,台积电已成功实现对Intel、三星的技术赶超,未来有望持续巩固龙头地位。台积电在2015年之前制程技术落后于三星和Intel,台积电2015年末才实现16nm量产,而Intel在此之前就成功量产了14nm芯片。但台积电凭借着专注于晶圆代工领域和大量研发投入,在2016年以后迅速实现技术赶超,台积电在1Q17实现10nm量产,领先Intel打平三星。之后全球半导体制程进入先进制程阶段,台积电分别在2018、2020和2022量产了7nm、6/5nm、3nm芯片,制程技术领先于Intel、三星和中芯国际等代工厂。在制程节点总体领先的同时台积电在每个制程节点上也往往能做到极致,台积电在同等制程芯片上的晶体管数量往往更高,例如,2022年台积电虽3nm量产时间晚于三星,但其3nm芯片不论是良品率还是单位晶体管密度均优于三星,陆续斩获苹果等订单,巩固了在全球芯片制程技术的领先地位。
市场担心Intel等制程节点规划冲击台积电在先进工艺制造的龙头地位,但我们认为对台积电市场份额影响有限,三星代工业务可能受到较大冲击。Intel制定了4年5个制程节点的工艺演进路线nm以下节点上赶超台积电。Intel计划在2024年先后量产Intel20A和18A,先于台积电计划在2025年量产的N2节点。1)从商业模式的角度,我们认为Intel的IDM+代工业务模式或存在管理效率和客户利益冲突等潜在问题,对于英伟达、AMD等行业中领先的既是竞争对手又是潜在客户的企业订单来讲,可能较台积电存在一定劣势;2)从工艺制造能力的角度,Intel或能够领先台积电量产部分节点,但我们认为仍需观察Intel新节点大规模量产后的工艺实力和成本情况,这将决定和台积电在代工领域的竞争力,同时需要关注采用Intel20A和18A节点制造的Intel自有产品的市场竞争力。因为我们目前看到,虽然Intel4已于去年10月量产,且最新Intel3节点已具备量产能力,但未来几年Intel仍会外包大量订单给台积电的N3/N4等工艺节点,如ArrowLake和LunarLake的CPU等主要模块;3)从技术平台应用领域的角度,过往Intel的自有产品主要聚焦PC及数据中心领域,较少涉及手机、汽车、IoT等领域,而台积电在消费电子、HPC、汽车等半导体几乎所有应用上均有IP、工艺等深厚的积累;4)从订单和战略规划的角度,Intel代工业务的远期目标为取代三星成为第二大代工厂。Intel在2月21日的IFS活动上宣布目前代工业务已获得150亿美元的订单,约占2022年全球晶圆代工市场规模的14.3%,并规划2030年成为全球第二大代工厂的目标。因此,对于代工业务,我们认为台积电在商业模式、工艺平台等方面较Intel具备优势。Intel或能领先台积电量产部分先进逻辑制程节点,但其大规模量产后的工艺技术、成本及产品力仍有待观察。Intel目前代工业务订单规模占代工行业市场规模比例依然较小,且从Intel的中远期规划来看,其主要目标为取代三星代工当前的市场地位,我们认为更多可能作为主要芯片设计公司、系统厂商的第二供应商角色,对台积电市场地位可能影响有限。
先进封装成为后摩尔时代满足AI海量算力需求的重要方法,台积电先进封装解决方案行业领先。随着人工智能应用的不断演进,对于更高的计算能力、更低的功耗和更高的集成度的需求将持续增加。而在后摩尔时代通过制程演进提高芯片性能在技术和成本方面难度不断提高,而通过先进封装来满足计算能力、延迟和更高带宽的要求,越来越成为提高整体芯片性能、超越传统的晶体管几何缩放、提高芯片性能的重要方法。台积电在2.5D/3D先进封装领域布局多年,目前有成熟的FE3D和BE3D先进封装平台,拥有成熟的CoWoS、InFO、SoIC等先进封装技术。根据我们统计。目前全球领先的AI芯片英伟达H100、AMDMI300、谷歌TPU等基本均采用台积电先进制程及台积电CoWoS等先进封装技术。未来,我们认为台积电将继续引领HPC/AI芯片先进封装技术发展,3D堆叠/SoIC封装解决方案将继续提升芯片互联密度。先进工艺及先进封装的双重领先地位下,我们认为台积电为AI浪潮下的核心受益者之一。
产能利用率保持在行业中位,利润水平不断提高。台积电产能利用率主要随行业周期而变,2018年至2021年,半导体周期总体处于上行周期,台积电产能利用率也接近100%;但伴随2022年以来全球半导体进入下行周期,处于代工行业的台积电等晶圆厂产能利用率有所下降,依据Omdia数据,台积电4Q23产能利用率为71%,位于行业中位。但长期来看,台积电利润水平保持上升趋势,2023年台积电实现归母净利润8,380亿新台币,1997至2023年CAGR为23.71%,盈利能力保持稳健增长。
公司盈利能力稳健提高,除研发项目外各项费用率均有所降低。台积电近些年来ROE、毛利率和净利率等盈利指标均有持续提高趋势,主要得益于公司在HPC、智能手机等领域的技术和产能前瞻布局,带来的较强的议价能力。除此之外,台积电2008年以来销售和管理费用率以及财务费用率总体呈下降趋势,主要得益于公司营收规模扩张摊薄单位管理成本、公司产品力和知名度提升降低销售成本以及公司良好现金流降低财务成本。但公司为巩固技术优势以及前瞻性投入,研发费用率总体呈上升趋势,2023年研发费用率8.4%,周期下行背景下却同比提高1.2pct。
台积电创收能力和盈利能力均明显领先于晶圆代工同业。台积电作为晶圆代工领域的龙头企业,在营收规模以及盈利能力(如毛利率)上均领先于同行业可比公司。2023年,台积电实现营收21,617亿新台币,超其他代工厂商总和。得益于先进制程能力、优质的客户资源、产能所带来的规模效应和在HPC等领域前瞻布局,台积电ASP、毛利率和ROE等盈利指标均处于行业可比公司前列。2023年,台积电毛利率为54%,分别高于中芯国际/联电34.74/19.10pct;ROE为26.20%,分别高于中芯国际/联电21.78/8.65pct,台积电各项盈利能力指标均领先于同行业可比公司。台积电较高的毛利率部分得益于先进制程龙头地位带来的溢价,以及先进制程对营收贡献占比不断提高带来ASP持续改善,自1Q20以来台积电ASP一直对可比公司保持领先态势并且幅度有提高趋势,4Q23台积电ASP为2,949美元,高于联电(1027美元)和中芯国际(931美元)。
公司充沛现金流为加大资本开支提供稳定支撑,近年来折旧与摊销占营收比重较为稳定。台积电依托良好的销售情况积累了良好的经营活动现金流净额,并为公司开展资本开支提供有力支撑。据公司公告数据,近年来公司资本开支/经营活动现金流净额始终维持在70%左右,公司良好的现金流状况为资本开支提供背后支撑。除此之外,伴随台积电不断进行高强度的资本开支,所积累的折旧及摊销压力也有所加大。公司2009年以来折旧及摊销金额不断增加,2023年折旧及摊销金额5,322亿新台币,占比营收24.62%。预计未来几年伴随公司过去几年投资的3nm、2nm工厂以及海外工厂产能逐步爬坡并开始计提折旧,台积电折旧及摊销金额预计将稳步增加,但占营收比重或依然较为稳定。
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