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來源：雷科技AI 硬件組?|?編輯：失魂引?|?排版：Kenny

首家在美股上市且市值突破萬億美元的亞洲科技公司誕生了：來自中國臺灣的半導(dǎo)體巨頭臺積電。10月17日，臺積電公布了最新財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)。今年第三季度臺積電營收高達(dá)7596.9億新臺幣（約合235億美元），同比增長39%（以美元計(jì)算同比增長36%），凈利潤3252.58億元新臺幣（101億美元），同比增長54.2%，毛利率為57.8%，稅后純益率為42.8%。資本市場立竿見影，臺積電股價(jià)一路飆升。截至10月17日收盤，臺積電股票上漲9.79%，已達(dá)205.84美元/股，市值達(dá)到了1.07萬億美元。

近幾年因AI、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域飛速發(fā)展，不少投資者增加了對半導(dǎo)體行業(yè)的投資。然而日前光刻機(jī)巨頭阿斯麥卻交出了一份令人失望的成績單，導(dǎo)致不少投資者憂心忡忡，擔(dān)心自己對于AI的前景預(yù)判錯(cuò)誤，紛紛拋售阿斯麥的股票。

在此背景下，臺積電的卓越表現(xiàn)無疑為整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)注入了一劑強(qiáng)心針。臺積電的成功更令人好奇，相較于三星、Intel等資深行業(yè)巨頭其起步較晚，為何能逆襲成為全球半導(dǎo)體代工行業(yè)的領(lǐng)頭羊？

半導(dǎo)體代工之王是怎么樣煉成的？

在臺積電之前，半導(dǎo)體行業(yè)普遍采用IDM（Integrated Device Manufacture）模式，即芯片企業(yè)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)、測試、生產(chǎn)、封裝等全流程。然而，這種重資產(chǎn)模式限制了行業(yè)的發(fā)展。臺積電率先推出代工模式，芯片企業(yè)只負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并與臺積電配合對芯片進(jìn)行測試，可專注于設(shè)計(jì)工作。生產(chǎn)環(huán)節(jié)和所需的制程工藝技術(shù)研發(fā)、工廠建設(shè)等成本則交由臺積電負(fù)責(zé)，從而降低了行業(yè)門檻，釋放了創(chuàng)新活力。

臺積電的毛利潤超過50%，凈利潤率超過40%，這樣的業(yè)績讓汽車、手機(jī)等行業(yè)都羨慕不已。曾經(jīng)看不起芯片代工業(yè)務(wù)的Intel，后來也一頭扎進(jìn)了芯片代工領(lǐng)域，但因低估了芯片代工的難度，已決定剝離芯片帶動(dòng)業(yè)務(wù)。臺積電首席執(zhí)行官兼董事長魏哲家明確表示，完全沒有收購Intel晶圓廠的想法。Intel晶圓工廠最終可能會被高通收入囊中。

在臺積電的發(fā)展過程中，三星一直是其最大的競爭對手。2014年之前，蘋果是三星的最大客戶，但在蘋果的支持下，三星在芯片代工市場占據(jù)了重要地位。2010年左右，蘋果開始與臺積電接觸，A8和A9芯片由兩家公司共同代工。到了2015年，蘋果將所有A10芯片代工訂單轉(zhuǎn)給了臺積電，原因可能是兩家公司代工的A9芯片在穩(wěn)定性上存在明顯差異。

為實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面的領(lǐng)先，臺積電一方面利用法律手段迫使加入三星的原臺積電高管梁孟松離職，另一方面啟動(dòng)了研發(fā)人員三班倒的“夜鷹計(jì)劃”，通過24小時(shí)不停歇奮戰(zhàn)，最終在2016年底成功攻克了10nm制程工藝。時(shí)至今日，三星和Intel依然是半導(dǎo)體行業(yè)的巨頭，但在芯片代工領(lǐng)域，已無力與臺積電抗衡。Counterpoint Research統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2024年第二季度，全球芯片代工市場臺積電份額高達(dá)62%，超過其他所有品牌的總和。

臺積電的成功源于其創(chuàng)始人張忠謀對IDM模式弊端的洞察，他率先推出了專業(yè)代工模式，解放了半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)造力。在技術(shù)層面，臺積電始終堅(jiān)持研發(fā)，通過夜鷹計(jì)劃攻克了10nm制程工藝，后續(xù)的7nm、5nm制程工藝同級競對，臺積電的表現(xiàn)也領(lǐng)跑行業(yè)。然而，即便是臺積電這樣的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，制程工藝的物理極限如同一把懸在臺積電的頭頂?shù)睦小?/strong>

技術(shù)撞到天花板，滿分學(xué)霸也有煩惱

臺積電營收和利潤率之所以超出預(yù)期，關(guān)鍵在于AI和自動(dòng)駕駛行業(yè)的崛起。AI計(jì)算依賴算力，而提供算力的芯片則需要晶圓工廠生產(chǎn)，位于行業(yè)上游的臺積電自然吃到了AI時(shí)代的紅利。為滿足AI時(shí)代的算力需求，OpenAI CEO Sam Altman特地拜訪了臺積電、三星，并提出了堪稱瘋狂的“7萬億美元計(jì)劃”。按照Sam Altman的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)該計(jì)劃需要數(shù)年時(shí)間，累計(jì)投入7萬億美元，在全球建設(shè)36座晶圓廠，用于生產(chǎn)AI計(jì)算所需的芯片。《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道稱，臺積電高管認(rèn)為，再建設(shè)數(shù)座晶圓廠，臺積電就會面臨極大的風(fēng)險(xiǎn)和資金壓力，更不用說36座晶圓廠。

知情人士透露，臺積電戲稱Sam Altman為“podcasting bro”（博客兄弟，引申義：門外漢），嘲諷他無知。盡管Sam Altman的計(jì)劃看似不切實(shí)際，但反映出了AI行業(yè)對芯片的極高需求。?汽車行業(yè)同樣如此，自動(dòng)駕駛AI大模型的訓(xùn)練需要極高算力規(guī)模，汽車也要搭載高算力芯片，以滿足智駕系統(tǒng)的要求。阿維塔07發(fā)布會上，華為表示今年4月智駕部門算力規(guī)模僅有3.5EFLOPS，9月就翻了一倍多，提升至7.5FLOPS。未來車企、智駕企業(yè)對于算力的需求只會更高，基于AI和自動(dòng)駕駛的高需求，半導(dǎo)體行業(yè)將迎來前所未有的繁榮。

借助半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，臺積電營收和利潤有望再創(chuàng)新高。但在輝煌的背后，臺積電面臨的挑戰(zhàn)也越來越近了。臺積電已量產(chǎn)的最先進(jìn)的制程工藝為第二代3nm，預(yù)計(jì)明年可實(shí)現(xiàn)2nm制程工藝量產(chǎn)。臺積電還組織團(tuán)隊(duì)研發(fā)1.4nm和1nm制程工藝芯片，預(yù)計(jì)1nm制程工藝最快可在2028年落地。一切似乎有條不紊地發(fā)展，可1nm之后呢？芯片制程工藝已接近物理極限，再縮小就可能出現(xiàn)量子隧穿效應(yīng)，導(dǎo)致芯片漏電甚至失效。硅基芯片的物理極限意味著制程工藝提升的難度和成本將倍增，為其他半導(dǎo)體企業(yè)提供了追趕臺積電的機(jī)會。

此外，全球許多國家都在投入巨額研發(fā)經(jīng)費(fèi)，扶持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。以美國為例，《芯片與科學(xué)法案》頒布后的兩年內(nèi)，美國投入了超過300億美元資金，與15家公司的23個(gè)項(xiàng)目達(dá)成了初步協(xié)議。臺積電就像一個(gè)考試近乎滿分的學(xué)霸，很難再找到進(jìn)步的空間，其他學(xué)生奮勇追趕，與臺積電的技術(shù)差距難免會越來越小。屆時(shí)，臺積電的地位可能受到挑戰(zhàn)，其在芯片代工市場的份額也可能出現(xiàn)下滑。認(rèn)識到硅基芯片的極限后，臺積電迅速做出了轉(zhuǎn)變。去年有消息稱，臺積電組建了一支200名專家的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，致力于攻克硅光子技術(shù)，制程工藝覆蓋45nm到7nm，預(yù)計(jì)最快2025年進(jìn)入量產(chǎn)階段。

“硅光子”是芯片產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)大事件？

隨著芯片制程工藝越來越小，鋁、銅、碳納米管等傳統(tǒng)互連線材料也遇到了物理極限。硅光芯片依然基于硅和硅基襯底材料，但采用激光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)電子半導(dǎo)體信號傳輸，傳輸速率可達(dá)當(dāng)前硅基芯片的100倍以上，且功耗更低。市場需求度方面，帶寬已成為制約AI訓(xùn)練性能的關(guān)鍵因素之一，AI訓(xùn)練過程中，信息傳輸所消耗的高額能耗也給AI企業(yè)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。硅光子技術(shù)擁有的高帶寬、高傳輸速率、低延遲以及高能效比等優(yōu)勢，恰好契合了高算力時(shí)代對AI訓(xùn)練所提出的嚴(yán)苛要求。臺積電Pathfinding for System Integration副總經(jīng)理余振華表示：

如果我們能夠提供良好的硅光子整合系統(tǒng)，我們就可以解決AI的能源效率和計(jì)算能力的關(guān)鍵問題。這將是一個(gè)新的范式轉(zhuǎn)變。我們可能正處于一個(gè)新時(shí)代的開端。

他認(rèn)為，硅光子系統(tǒng)將成為大型語言模型和其他人工智能計(jì)算應(yīng)用程序所需的強(qiáng)大計(jì)算能力的驅(qū)動(dòng)力。臺積電在2024年 ISSCC（IEEE國際固態(tài)電路會議）上，概述了其 3D 光學(xué)引擎路線圖，并推出了基于硅光子的封裝技術(shù)，可取代了傳統(tǒng)光纖中的I/O進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，更適合HPC和AI計(jì)算，有望改變高性能計(jì)算和AI芯片設(shè)計(jì)。

國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）預(yù)計(jì)，到2030年，全球硅光芯片市場規(guī)模將達(dá)到78.6億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)25.7%。一個(gè)前景無限的龐大市場，即將成為半導(dǎo)體行業(yè)的新焦點(diǎn)。臺積電開啟了芯片代工模式，足見其擁有高瞻遠(yuǎn)矚的目光。盡管數(shù)十年時(shí)間過去，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，但從制程工藝的迭代進(jìn)程來看，臺積電依然保持著技術(shù)為先的理念。在硅基芯片逐漸探索到物理極限的今天，硅光子技術(shù)或?qū)⒊蔀榘雽?dǎo)體行業(yè)新的發(fā)力點(diǎn)與增長點(diǎn)。當(dāng)然，硅光芯片領(lǐng)域尚未成熟，任何企業(yè)都有發(fā)展和壯大的機(jī)會。頭部化程度較低的新興領(lǐng)域入局者勢必更多，而且許多企業(yè)布局硅光子技術(shù)的時(shí)間比臺積電更早。臺積電所面對的競爭強(qiáng)度，可能不亞于2014年前后與三星的較量，能否在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先，還需要市場和時(shí)間的檢驗(yàn)。萬億美元市值只是臺積電階段性的成就，若臺積電能夠在硅光子技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先，借助AI與自動(dòng)駕駛時(shí)代的浪潮，臺積電市值將有機(jī)會追上沙特阿美、亞馬遜、谷歌，乃至蘋果、微軟、NVIDIA。