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盤點台積電的先進製程客戶,蘋果和全球AI晶片大咖都到齊

產業評析   2024/09/23

受惠AI伺服器在全球CSP巨頭投入大量資金競爭、企業建置大型語言模型(LLM)浪潮下,成為全球第1季半導體晶圓代工的唯一亮點。台積電在IC代工的市占率以61.7%獨居鰲頭,三星電子、中芯半導體排名分居第2、3位,但與台積電的差距仍大。台積電在先進製程的市占率更高達92%,放眼全球前十大IC設計業者中,Nvidia、博通、超微、聯發科、Marvell等都是台積電的客戶。不過,蘋果才是台積電最大客戶,南韓記憶體大廠SK海力士6月宣布與台積電技術合作,最近連三星電子也都打算和台積電合作,英特爾也是台積電3奈米客戶,特斯拉次世代Dojo晶片也找上台積電。

蘋果最近發表iPhone 16系列手機,今年在i16 Pro和Pro Max系列手機微處理器的A16晶片,是由台積電3奈米製程做出來的。業界盛傳,蘋果已經確定明年要包下台積電2奈米以及後續A16的產能,其中2奈米產能最快會在明年iPhone 17 Pro和Pro Max晶片。去年在台積電的前十大客戶中,蘋果以超過25%的營收占比是台積電的最大客戶。今年蘋果推出的i16 Pro和Pro Max系列手機在英文版首度內建AI功能,這是蘋果採用OpenAI的技術而成。蘋果另外也和谷歌洽談AI合作關係,未來也可能採用谷歌的Gemini AI技術。

手機內建AI最大的問題除了運作效率外,另一層次問題就是體積和散熱,透過台積電先進製程的技術目前能解決這個問題,也符合蘋果的要求。散熱是AI晶片運作上很大的問題,因為AI晶片運算速率快,達到每秒上億次,更高階的AI晶片運算速率更達到每秒數十億次,這麼高效率的運作速度,散熱是很大的問題,幸好台積電的先進製程能有效解決這個難題,是台積電在先進製程上能遠超過對手的原因之一。台積電十多年前首次拿到蘋果訂單時,就是因為蘋果發現由台積電代工的微處理器比三星電子代工的產品,在散熱問題上處理比較好,整體運作效率更高,讓蘋果一試成主顧至今,去年貢獻台積電營收超過4分之1。

Nvidia是這兩年因為生成式AI興起後的最大受益者。Nvidia很早就是台積電的主要客戶,執行長黃仁勳也坦承,如果沒有台積電就沒有今天的Nvidia。Nvidia在14年就做出AI晶片,並在資料中心大幅成長。即便如此,在22年以前來自Nvidia的營收,對台積電的貢獻大約在3~4%間,當時約是台積電第6大客戶。不過,生成式AI成為AI的主流,Nvidia的營收倍增,H100、H200和Hopper架構成為Nvidia主要產品且供不應求,使得Nvidia去年對台積電的營收占比幾乎成長近3倍之多,並超過10%的營收占比,一躍成為台積電的第2大客戶。

Nvidia今年推出的B100、B200和Blackwell架構年底前少量推出,並且會成為明年Nvidia的主流產品。黃仁勳在演講中指出,客戶花錢買AI晶片,會讓他們的營收成長5倍。Nvidia也發現即使明年要推更高階的AI晶片,他們卻發現客戶對Hopper架構產品需求還是很強。Nvidia AI晶片越賣越好,他們對台積電先進製程的需求就越大,台積電也持續擴增先進製程生產線,因應客戶的需求。先進製程並不是台積電獨有,三星電子、英特爾也有,只是良率不佳。雖然Nvidia的確想要在先進製程另外找合作夥伴,也曾把產品讓三星電子與英特爾試產,試產後發現還是台積電的技術最值得信賴。以今年Nvidia的營收表現又比去年大幅成長態勢來看,推測今年Nvidia對台積電的營收占比至少會達到15~16%間。

超微是台積電另一個大客戶,去年營收為226.8億美元,是全球第4大IC設計公司。超微目前在AI晶片產業的排名第2,僅次於Nvidia,但與Nvidia仍很大。超微執行長蘇姿丰指出,今年超微來自AI的營收將會成長到50億美元,遠比去年年底預估的40億美元高。超微的MI300晶片性能不輸給Nvidia的H200,但價格比較低。超微的AI客戶已超過100多個,Meta平台、微軟和甲骨文都是客戶。今年超微來自AI的貢獻比去年大幅成長,很重要的原因就是MI300陸續從第2季開始大量出貨所致。超微MI300是採用台積電5奈米製程,在先進製程上超微的需求也不小,超微預計明年推出的AI晶片就會陸續採用台積電3奈米製程。

博通和Marvell是全球前兩大ASIC晶片業者,AI時代不是每個客戶都買得起Nvidia的AI晶片,也有很多客戶因應不同用途,委託博通和Marvell幫忙設計相關IC。微軟、亞馬遜這類大型CSP業者,向Nvidia購買大量的AI晶片,是放在處理器的運用上,其他非處理器用的AI晶片就可能會委託博通和Marvell設計,再採用台積電的7奈米(含)以下製程,博通已是台積電前5大客戶。

全球前兩大手機晶片製造商的高通和聯發科也都是台積電的大客戶,聯發科在22年曾經是台積電的第2大客戶,去年被Nvidia、博通與高通超越。對台積電而言,高通不算是忠誠客戶,因為該公司常遊走於台積電與三星電子間,因為三星電子給予較便宜的代工價而跑掉。然而,高通有1款高階微處理器給三星電子代工時,出現用戶使用時手機常過熱的問題影響到商譽,去年高通又回歸台積電,把較高階的AI微處理器給台積電承做。

對今年的台積電客戶比較特殊的是英特爾、特斯拉和SK海力士,最近傳出三星電子也要成為台積電的新客戶。英特爾高階製程良率太低,英特爾把年底要推出產品的Arrow Lake和Lunar Lake的運算晶片塊(CPU tile)採用台積電的3奈米製程。這兩款運算晶片是英特爾AI運算晶片架構的一部分,是09年以後,台積電又再拿到英特爾訂單,而這次訂單是英特爾最高階x86核心處理器訂單,明後年台積電3奈米客戶也會有英特爾。

特斯拉現在正在專攻自動駕駛技術,其中最重要的次世代Dojo超級電腦訓練晶片已經委託製造生產。馬斯克正在打造超級電腦,在硬體上買進Nvidia上萬顆的H100 CPU,另一方面自己打造超級電腦運算晶片Dojo,台積電在半導體技術和先進封裝研討會中表示,Dojo訓練模組開始生產,到27年會提供更先進複雜的晶圓級系統,算力是現有系統的40倍以上。

SK海力士在3個月前與台積電簽訂技術合作協議,預計在26年推出的HBM4的邏輯控制IC將由台積電的先進製程代工。不僅是SK海力士,三星電子的HMB3今年上半年傳出因為過熱遭Nvidia退貨,經過三星電子改進缺失後,才在8月正式被Nvidia納入HBM的供應鏈。最近有消息傳出,連三星電子都要跟台積電合作,推測有可能是HBM的邏輯控制IC,如果消息成真,三星電子也會是台積電的客戶。

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