網友問書 — 護國神山 TSMC
公司簡介
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| Figure 1 (Source: Nikkei Asia Review) |
- Taiwan Semiconductor Manufacturing Company（hereafter ”TSMC”）成立於1987年，是一家總部位於台灣新竹科學園區，亦為全球其中一家最大型的Integrated Circuit（hereafter “IC”）代工、封裝公司。
- 公司目前應用Extreme Ultraviolet Lithography（hereafter “EUV”）技術，量產7nm、5nm IC的，並有消息指3納米材料認證將於2021年首季完成。先進製程的高昂資本投入，以及報酬遞減（Diminishing Returns）令不少代工企業，包括GlobalFoundries卻步。為延續它於IC行業的領先優勢，TSMC亦積極於封裝技術上下功夫，進行佈局。
- TSMC被喻為台灣「護國神山」，投資扶植IC行業上下游公司，形成緊密生態圈，強化優勢。公司具有良好供應鏈管理紀錄、健康現金流狀況，因而能以超低利息成本發債，支持它進一步擴充產能，滿足客戶需求。
- Moore’s Law是時任Intel CEO David House對IC電晶體數量的觀測，在過去半個世紀，IC技術的發展大致依照它的預測推進。對於定律的極限何時來臨，未來仍是否有效，行業亦沒有統一意見。
市場動態
雖然IC的應用與我們的生活息息相關，不論是Apple iPhone 12、Sony最新世代遊戲主機PlayStation 5、Tesla的自動駕駛汽車都依賴先進製程支持方能成事。這部分會概括半導體市場的發展歷程、競爭狀況、及未來數年的最新資訊，了解本文主角TSMC現時的位置。
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| Figure 2 (Source: Power System Design) |
傳統上IC行業與其他製造業一樣，由個別企業包辦設計、生產、銷售等所有工序，稱為Integrated Device Manufacturers（hereafter ”IDM”），Intel正是表表者（Figure 2）。80年代行業的分工精細化，專注生產程序的Foundry如TSMC、聯華電子（hereafter ”UMC”）、中芯國際（hereafter ”SMIC”）冒起，為不自設工廠，只負責 IC設計、銷售的Fabless，包括Qualcomm、Nvidia、AMD等服務。千禧年代，以研究、設計、授出知識產權為商業模式的Design House異軍突起，代表者包括逐步取締x86架構的ARM。
Foundry模式得以成功，全賴其解決了手握設計專利的Fabless企業，與具備生產能力的IDM之間的利益矛盾。同時，Foundry有著資本密集的特性，用於生產IC的光刻機動輒千萬，最先進製程的EUV光刻機叫價達1.2億美元1。因此，假如投資的產能未能有效轉化成收入，公司就會面對沉重財務壓力，稍一不慎就會窮途末路，被政府接管的武漢弘芯便是最佳例子2。
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| Figure 3 (Source: IC Insights, Inc) |
傳統光刻技術到達極限，先進製程需要採用新型EUV技術下。導入全新技術的初期，往往會面對引起良率下滑，影響利潤水平，鉅額投資或會化為烏有，包括GlobalFoundries和UMC在內的代工企業皆未有推進製程3（Figure 3）。「中國製造2025」的宏大藍圖4，強制技術轉移紀錄5、近年「戰狼外交」政策6，最終挑起美國乃至其盟友的關注，成為「中美貿易戰」的導火線。作為敏感技術之一，EUV光刻機眾望所歸地列入禁運之列，作為唯一生產商的荷蘭ASML遲遲未能更新出口中國許可7，變相擁有足夠財力負擔它的更屈指可數。
進一步來說，擁有EUV光刻機只是開端，猶如打狗棒一樣，學懂招式和口訣，生產良率提高才能成為會生金蛋的母雞，不然反倒得物無所用成為負累。掌握新技術亦擁有路徑依賴的特性，待發展成熟，後續的改良推進效率將會更高，例如同樣使用EUV技術，5nm製程的良率提升會較7nm製程快8。上述各種難處使半導體的先進製程形成一個正向回饋循環，最終成為TSMC的堅實護城河。為鞏固既有優勢，TSMC近日亦提高員工薪酬待遇，減少粱孟松被競爭對手高價挖角的事件發生的機會9。
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| Figure 4 (Source: IC Insights, Inc) |
自IC Insights於2020年11月發表的報告，10nm以下產能的安裝比例在未來數年將逐步提高（Figure 4）。基於前文提及的因素，可以預期該等產能主要由TSMC、Samsung、和Intel等壟斷。Apple發表自家設計的M1晶片後，Microsoft、Amazon、及Google等3家科技巨頭都希望通過設計最合適的晶片，減少耗能、提升表現10。在僧多粥少，產能吃緊的情況下，剛於下半年開賣、使用AMD晶片的Sony PlayStation 5亦只好降低預估生產數字11。
去年8月，TSMC公佈下世代3nm製程預期將於2022年下半年投產12，消息指Apple已率先包攬相關製程的產能13；Apple不是TSMC 3nm產能的唯一客戶，英國獨角獸、智能處理單元（Intelligence Processing Unit）開發商Graphcore據報亦會以TSMC 3nm技術為基礎，開發次世代產品14。鑑於先進製程的剛性需求以及公司目前於行業的領先地位，TSMC被指將會取消給予主要客戶原有批量折扣，即變相加價15。
競爭優勢
TSMC的競爭優勢除了《市場動態》一部分提到於先進製程生產上，它亦佈局封裝技術開展多年，這最終成為其贏得Apple合約的關鍵因素。另外，這家台灣「護國神山」的優勢亦在於其與多家台灣本地供應商、合作伙伴的關係。這部分我們亦會窺探作為半導體領先企業，TSMC營運表現具有高度穩定性，是奠定它地位的重要基礎。
對先進製程有一定認識的朋友，都知道除塵是IC製作過程的重大挑戰。真空設備的質素固然重要，但TSMC的嚴格要求，卻不僅僅是代理國際大廠的產品就足以勝任，它所需要的是一套完整方案，由系統設計到後續保養都要做到一絲不苟。
正是這高規格要求，為本地服務供應商日揚科技提供生存空間。為降低真空裝置的維修頻率，這家總部位於台南的公司自主研發出洗滌器，用水將落塵抓住；它們亦配合半導體工廠24小時作業的特性，做到隨時候命，是TSMC產能驅動能長期處於高水平的關鍵。同時，日揚很可能是唯一願意滿足TSMC要求，在潔淨室內組裝真空系統的機構。
TSMC對質素的要求亦可以在另一個案例中體現。剛剛我們提到，除塵對高階製程的重要性，科治新技就曾因為洗淨良率「僅」達95%，未有配合TSMC完成升級目標，一度被列入「被淘汰級別」。
據科治總經理揚慈惠形容，TSMC對供應商的年度稽核有一個長達100多項的清單，覆蓋清流程改善、老舊設備更新、清洗前後檢測等多個範疇。而且，TSMC不定期進行查訪，令供應商不能為通過核查做準備，轉而必須時刻確保服務處於最佳水平。在科治重新獲得TSMC肯定後，它在業界建立良好口碑，年收入在數年內翻倍至10億新台幣以上。
TSMC對供應商的嚴格要求，在講求人事關係、抱持「差不多」思維國度，會被視為不近人情、矯枉過正。然而，正正是TSMC以自身作為榜樣的文化，不斷驅動合作伙伴一同進步，成就這支過去10年遇神殺神、戰無不勝的團隊，在這個東方小島國上，令Intel、Samsung、SMIC即使投入鉅額資金，仍然望塵莫及。
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| Figure 5 (Source: SEC, HKEX Filings) |
我們亦可以通過現金循環週期（Cash Conversion Cycle，hereafter ”CCC”）進一步觀察TSMC的治理質素與同業之比。這裡未有將Samsung和GlobalFoundries的資料列入圖表一同比較，原因是Samsung的報表夾雜太多產品，它的CCC與其他IC公司的直接比較價值成疑；GlobalFoundries的情況則是公司沒有上市，CK未能在其官網上找到所需要的財務數據。
TSMC的CCC由2016年起，長期較Intel和UMC為短（Figure 5），反映它在管理應收賬款（Accounts Receivable，hereafter ”AR”）、存貨（Inventories）、和應付賬款（Accounts Payable，hereafter ”AP”）等方面都有著更良好的表現。以存貨週轉天數（Days Inventory Outstanding，hereafter ”DIO”）為例，Intel的DIO在上述週期內一直較TSMC長1個月或以上。若非去年第4季TSMC的DIO因存貨增加而上升，恐怕這個趨勢仍會延續。觀乎高端IC供不應求的事實，存貨增加很可能只是TSMC為擴大產能所作的準備16。
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| Figure 6 (Source: Semiconductor Manufacturing International Corporation) |
Figure 5亦可以看到SMIC的「優良」營運表現，CCC長期都較一眾IC業龍頭為短，而且屢次處於負數水平。是甚麼樣的管理層能夠成就「漆黑中的螢火蟲」一般的表現，是比稻盛和夫、Tim Cook還出眾的男人？不是，是會大喊「阿爺，我不想努力了」的管理層。我們不難發現，SMIC的應收賬款週轉天數（Day Sales Outstanding，hereafter ”DSO”，見紅框）不斷攀升，代表公司從客戶手中取回現金的難度增加，壞賬風險正在蘊釀（Figure 6）。但DSO表現不振，只要推遲自身供應商的賬期，問題便得以解決，所以應付賬款週轉天數（Day Payables Outstanding，見灰框）同步走高。所以SMIC的CCC表面較TSMC、Intel、及UMC為出眾，但尋根究底卻不難透視數據的真相。
財務表現
上文我們討論了「市場動態」和「競爭優勢」，這部分進一步由財務數據，論證TSMC於半導體市場的優勢。
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| Figure 7 (Source: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) |
在過去數年，TSMC的收入和毛利持續上升，其中2020年的銷售表現有顯著上升。TSMC的毛利率在2018年和2019年有所下降（Figure 7），這主要與它於2018年正式引入運用EUV技術，製造第2世代7nm製程有關。上文我們曾經提及，每次導入新技術，製作過程的良率都無可避免受到影響，但隨著學習進程推進，TSMC的毛利率便再度提高。
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| Figure 8 (Source: SEC and HKEX Filings) |
除了良率改善外，TSMC的毛利率提升與其產品組合轉變有關。高階市場的主要參與者TSMC和Intel的毛利水平較其他市場玩家為高（Figure 8）。參考董事長劉德音和總裁魏哲家於2019年年報《致股東的信》，過去3年16nm或以下的高階IC佔銷售比例持續上升，至去年佔比已經超過一半。市場競爭較少，便成為TSMC能夠賺得更高毛利的因素。
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| Figure 9 (Source: Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) |
從2020年第4季的財務報表，由TSMC的財務結構亦非常穩健。由資產方面，TSMC的主要資產是「現金和現金等值物」、「 不動產、廠房和設備」兩項，顯示公司作為一家製作企業，發展重心長期與主業掛勾，未有太多不相關資產，造成虛胖。在千禧年代初期，TSMC與SMIC曾經因為知識產權爭議而衍生一系統法律訴訟，其中一個結果是TSMC從SMIC手上取得現金、股票、和權證。截至2018年底，TSMC尚有約2,111萬股SMIC股票，但最終於2019年已全部結清。有讀者可能會覺得，TSMC真沒眼光，SMIC的股票在2020年攀上歷史新高。但由經營者角度，出清不相關的資產，專注重心業務，才可做出好成績。
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| Figure 10 (Source: Gurufocus) |
負債方面，TSMC的報表主要組成部分是「普通股本」、「保留盈餘」，未有太多由外界借來的資本。Altman-Z Score是一項由NYU Stern財務學教授Edward I. Altman開發，用於預測企業破產機會。按財經資訊網站Gurufocus的比較，TSMC該項指標目前處於13.8，遠高於代表安全界線的2.99，反映公司的財務非常穩健（Figure 10）。TSMC是參與生產程序的半導體企業中，財務水平最健康的公司之一。
風險因素
目前，TSMC絕對是行業領頭羊，但它的經營風險依舊是存在的。當中包括（1）Moore’s Law的極限、（2）高階製程的支出。
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| Figure 11 (Source: IC Insights, Intel, SIA, and Wikichip) |
自Intel創辦人Gordon Moore於上世紀60年代發表Moore’s Law以來，指出IC可容納的電晶體數目每2年便會翻倍（Figure 11）。後來，Gordon Moore的同事David House進一步推演，IC的運算能力每18個月就能倍化。但是，對於Moore’s Law何時會失效，市場並未有共識，TSMC創辦人張忠謀亦曾估計錯誤17。International Technology Roadmap for Semiconductors去年刊印的最新文件就表示，就預視新IC架構、物料、及光刻技術的導入，是持續滿足市場需求的必要條件。
假使指引半導體行業Moore’s Law真的步入歷史，各項新技術無法如期導入生產程序，致使高階製程的突破出現延誤，對現時的行業一哥TSMC影響是顯然易見的。這代表現時製程推進落後於它的一眾對手，即Samsung和Intel，都有再度追趕TSMC的機會，競爭優勢收窄，將擠壓公司的盈利能力。
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| Figure 12 (Source: Semiconductor Engineering, Handel Jones, and IBS) |
即使我們暫時撇除Moore’s Law的存續問題，高階製程的研發成本亦是另一難題。更多的電晶體代表IC的研發和生產都變得更複雜。前文提到GlobalFoundries和UMC皆因成本考慮而放棄推進製程18，目前成功引入EUV技術也就TSMC和Samsung兩家企業。製程的推進成本正與日俱增（Figure 12），若稍一不慎研發出現落差，未能如期向Apple等嚴謹客戶如期供應所需的新產品，過往累積的商譽、客戶基礎都可能無法維持，鉅額投資或血本無歸。
新技術的探用，亦往往需要經歷學習過程，生產良率才能趨於穩定。通過多項新技術延續Moore’s Law的壽命，即使成功推進製程，未來TSMC的盈利能力亦可能因早期良率不佳等因素而受累。
總結
半導體的應用，在未來只會愈發普及。由我們手上的消費型電子產品、家中的各式電器、乘搭的車輛等，都能找到它們的身影。TSMC在千禧以來的20多年間，上演了一場令全球為之觸目，哥利亞擊敗巨人的故事，是Taiwan can Help的最佳演繹。在這個傳奇的旅途上，創辦人張忠謀是不可或缺的存在，亦造就TSMC今天股價水漲船高。
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| Figure 13 (Source: 遠見雜誌) |
文中我們提到，管理質素才是TSMC成功彎路超車的最重要因素，亦是其技術優勢的基礎。如今，年事已高的張忠謀已交棒劉德音、魏哲家。擁有加州大學柏克萊分校電機博士的劉德音，被形容為默默耕耘的人，由基層經理開始一路攀升，曾負責TSMC第一座12吋晶圓廠；另一位領導人魏哲家是耶魯大學電機博士，但除了做事認真，他亦被視為廣結良緣的人，過去帶領TSMC發展如3D感測等多項新技術19。
張忠謀的安排，正是行動果決、圓融和藹的魏哲家處理每日的繁瑣決策；而思慮周詳、冷靜敏銳的劉德音則擔任監督決策的角色。兩者互補下，正好令TSMC繼續在競爭激烈的半導體市場早著先機，同時亦保持一貫穩打穩扎、力臻完美的企業文化。
沒有人能準確預測，短期TSMC的股價能否再度衝高。但只要它能夠延續既往的高標準，在穩健和冒險突破中取得優良平衡，那麼對投資者而言，TSMC仍然是值得長期持有的標的。
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權益申報
筆者現時持有上述股份的普通股權益。
下載
完整版包括對TSMC進行估值的部分，有興趣的朋友，可經連結下載。
Footnotes
2 Sidney Leng, “China’s Semiconductor Dream takes a Hit as Local Authority takes over ‘Nightmare’ Wuhan Factory”, SMCP , November 18, 2020, https://bit.ly/34LiEnn (accessed December 27, 2020). ↩
3 Anton Shilov and Ian Cutress, “GlobalFoundries Stops All 7nm Development: Opts to Focus on Specialized Processes”, AnandTech , August 27, 2018, https://bit.ly/2KVq7t5 (accessed December 27, 2020). ↩
4 Jianyin Roachell, “How Made-in-China 2025 is Adapting to the US-China Trade War?”, China US Focus , February 12, 2020, https://bit.ly/3rLURxD (accessed January 3, 2021). ↩
5 Julie Wernau, “Forced Tech Transfers are on the Rise in China, European Firms Say”, The Wall Street Journal , May 20, 2019, https://on.wsj.com/2X5aMsJ (accessed January 3, 2021). ↩
6 Ben Westcott and Steven Jiang, “China is Embracing a New Brand of Foreign Policy. Here's what Wolf Warrior Diplomacy means”, CNN , May 29, 2020, https://cnn.it/3n8T9Tq (accessed January 3, 2021). ↩
7 Ellen Proper, “ASML Stays Positive despite being Caught by U.S., China Rift”, Bloomberg , October 14, 2020, https://bloom.bg/2X5eJh8 (accessed January 3, 2021). ↩
8 Ian Cutress, “’Better Yield on 5nm than 7nm’: TSMC Update on Defect Rates for N5”, AnandTech , August 25, 2020, https://bit.ly/386L3X5 (accessed January 3, 2021). ↩
9 花芸曦, “台積電叛徒還有他…跳槽三星讓台灣一度落後、痛失蘋果訂單”, 三立新聞網 , June 26, 2020, https://bit.ly/3hEbp60 (accessed January 3, 2021). ↩
10 Asa Fitch, “Chip Giants Intel and Nvidia Face New Threats from Amazon to Google to Apple”, The Wall Street Journal , December 20, 2020, https://on.wsj.com/3pIeggZ (accessed January 3, 2021). ↩
11 Shubham Agarwal, “Why Sony may Produce fewer PS5 units than Planned”, Digital Trends , September 15, 2020, https://bit.ly/2MvwZOL (accessed January 3, 2021). ↩
12 Andrei Frumusanu, “TSMC Details 3nm Process Technology: Full Node Scaling for 2H22 Volume Production”, AnandTech , August 24, 2020, https://bit.ly/3pKzrPH (accessed January 3, 2021). ↩
13 William Gallagher, “Apple Takes TSMC's Whole 3nm Production Capacity for Mac, iPhone, iPad”, AppleInsider , December 20, 2020, https://bit.ly/2X7W2cO (accessed January 3, 2021). ↩
14 Ian Cutress, “TSMC and Graphcore Prepare for AI Acceleration on 3nm”, AnandTech , August 27, 2020, https://bit.ly/38VyUng (accessed January 3, 2021). ↩
15 Mark Tyson, “TSMC Said to be Cutting Sales Allowances for Major Clients”, Hexus , December 15, 2020, https://bit.ly/2MuEky0 (accessed January 3, 2021) ↩
16 Stephanie Yang and Yang Jie, “TSMC to Spend Up to Record $28 Billion on Advanced Chips, Capacity”, The Wall Street Journal , January 14, 2021, https://on.wsj.com/3qgcp3K (accessed February 13, 2021). ↩
17 簡永昌, “圖解摩爾定律！為何張忠謀預測大轉彎，用「柳暗花明又一村」來比喻”, Business Next , March 11, 2020, https://bit.ly/2NpS2Tp (accessed February 15, 2021). ↩
18 Brian Bailey, “The Impact of Moore’s Law Ending”, Semiconductor Engineering , October 29, 2018, https://bit.ly/3apJkO5 (accessed February 15, 2021). ↩
19 股感知識庫, “台積電股價功臣「魏哲家」，台積電的霸氣總裁？No，是撒嬌總裁！”, Stockfeel , January 16, 2021, https://bit.ly/3dBcjQX (accessed February 21, 2021). ↩
嘩，果然係高村生。。。 enjoy your writing，lots of work!
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