輝達與台積電：AI芯片的下半場

近日，有傳言指出，台積電（TSM.US）正與輝達（NVDA.US）商議在台積電位於美國亞利桑那州的新工廠生產目前最受歡迎的Blackwell人工智能芯片，但未經當事公司證實。

這一則傳言的意義在於，若傳言屬實，意味著台積電的亞利桑那州新工廠將迎來蘋果（AAPL.US）與超威半導體（AMD.US）以外的又一大客戶，也意味著台積電在美國生產先進芯片的業務進一步擴大。

要知道，現在台積電最先進的半導體代工業務主要在台灣進行，美國芯片法案以及多項限制措施旨在將先進半導體供應鏈從東南亞移到美國，台積電在亞利桑那州的開廠計劃也是在此背景下推進。

台積電在亞利桑那州的第一個晶圓廠於4月就進行了工程測試晶圓的生產，採用4納米工藝技術，管理層在第3季業績會上表示結果非常令人滿意，良率非常好，已與其在台的工廠良率相當。

台積電CEO魏哲家預計亞利桑那州第一家晶圓廠會從2025年初開始量產，並有信心該廠產品的質量和可靠性與其在台晶圓廠一樣。

除此以外，台積電還將在亞利桑那州再開兩家晶圓廠，這第二家和第三家晶圓廠將根據客戶需求使用更為先進的技術，其中第二家晶圓廠將於2028年開始量產，第三家則會在2030年之前投產。

台積電CEO魏哲家表示，亞利桑那州建造三家晶圓廠將有助於創造更大的規模經濟，因為亞利桑那州的每個晶圓廠都將擁有一個潔淨室區域，大約是典型晶圓廠的兩倍。

不過需要注意的是，就算能夠在亞利桑那州生產Blackwell，其產品仍需要運到台灣進行封裝，因為美國工廠仍沒有先進的CoWoS產能。

Blackwell供不應求

Blackwell是一個全棧、全基礎架構的AI數據中心規模系統，具有可定制配置，可滿足從x86到ARM、從訓練到推理GPU、從InfiniBand到以太網交換機和NVLink等多樣化和不斷增長的AI市場需求。

之前傳聞存在生產缺陷，Blackwell的生產工藝需要進行修正。在對工藝進行了修正後，Blackwell已全面投產。輝達的首席財務官Kress表示，輝達於第3季向客戶發送了13,000個GPU樣本，其中包括向OpenAI提供首批Blackwell DGX工程樣本。

她強調，Blackwell的需求十分驚人，其性能比Hopper提升了2.2倍。輝達正在擴大供應，以滿足客戶的巨大需求。其客戶正準備大規模部署Blackwell。

甲骨文（ORCL.US）宣佈推出全球首個Zettascale AI雲計算集群，該集群可以擴展到超過131,000個Blackwell GPU，以幫助企業訓練和部署一些要求最高的新一代AI模型。

微軟（MSFL.US）近日宣佈將成為第一個在私人預覽中提供基於Blackwell雲實例的CSP（雲解決方案供應商），該實例由NVIDIA GB200和Quantum InfiniBand提供支持。

64個Blackwell GPU就能運行GPT-3基準測試，對比之下，若使用H100的話，需要256枚H100，可削減四倍的成本。NVIDIA Blackwell架構具有NVLink Switch，可實現高達30倍的推理性能和更高水平的推理擴展、吞吐率和響應時間，非常適合運行新的推理應用程序，如OpenAI的o1模型。也因此Blackwell需求如此強勁。

輝達預計其第4季總收入將達到375億美元，而上年同期的收入為221.03億美元，意味著其第4季的收入增幅或達到69.66%，主要受到Hopper架構和Blackwell產品量產的推動。

Kress在第3財季業績發佈會上表示，儘管需求依然遠高於供應，但是有信心隨著供應量的持續提升，Blackwell的收入有望超過其之前預測的數十億美元規模。

她預計，Blackwell在短期内或會令輝達的毛利率下降至70%左右（截至2024年10月末的九個月，輝達的整體毛利率為75.83%）；但當交付全面提速時，Blackwell的利潤率有望升至75%左右。

黃仁勳在業績發佈會上表示，Blackwell的生產正全速前進，第4財季Blackwell的交付量將超過之前的預測，其供應鏈團隊正與供應夥伴密切合作提升Blackwell的產量。

如果台積電的亞利桑那州工廠也加入供應，Blackwell的交付將大幅提升，但需要注意的是，芯片代工的產能瓶頸或許能夠隨著亞利桑那州工廠的投產而稍微緩解，可封裝的問題或暫時未能解決。

台積電的先進封裝業務

台積電從2008年起拓展先進封裝，經過多年發展，台積電現在的CoWoS由CoW與WoS組合而成，CoW（Chip-on-Wafer）就是將芯片堆疊在矽晶圓上，再將其與WoS（Wafer-on-Substrate）基板上的晶圓整合成CoWoS。

這種封裝模式可以將多枚芯片封裝在一起，通過中階層連接。而根據中階層的差異，台積電的CoWoS封裝技術又分為CoWoS-S（使用矽襯底作為中階層）、CoWoS-R（使用重新佈線層作為中階層），以及CoWoS-L（使用小芯片和重新佈線層作為中階層），其中CoWoS-L將是未來的關鍵技術。

台積電基本上壟斷了先進封裝產業，儘管SK海力士、三星等都能提供先進的存儲芯片，以分攤台積電的市場份額，但CoWoS只能由台積電提供。

目前台積電的CoWoS產能均在台，就算亞利桑那州工廠能交付Blackwell，仍需要在台的先進封裝技術來完成封裝。

台積電CFO黃仁昭表示，台積電的先進封裝將在未來五年經歷強勁增長，遠超公司的平均增長水平。而今年，先進封裝大約佔了台積電總收入接近10%，利潤率也在持續改善，但是還未達到公司的整體平均水平。

魏哲家表示，台積電正投入許多資源增加CoWoS產能，現在的情況是客戶的需求遠超其供應能力，即使台積電努力地將產能提升超兩倍，甚至再兩倍，仍不足夠，不過台積電仍在努力滿足客戶需求。

從台積電2024年的資本開支預算來看，總規模將稍高於300億美元，大約10%用於先進封裝、測試、掩膜和其他。

結語

先進芯片供應的下半場，東南亞與美國的供應鏈博弈暗湧將漸漸明顯，而CoWoS或將成為關鍵的落子。只是，台積電在江湖之中，恐怕身不由己。