長篇: 手機螢幕指紋辨識(FoD)產業分析-2019/5

一、市場-產值:2019年全球手機螢幕指紋(FoD)模組產值成長5倍達14.7億美元

手機電容式指紋辨識技術，近年隨著技術成熟、20多家競爭者加入，價格快速下跌，指紋辨識晶片價格已跌破1美元，估計全球電容式指紋辨識晶片產值從2017年13.1億美元，跌到2018年10.5億美元，再跌到2019年的7.3億美元。而螢幕指紋辨識(FoD; Fingerprint on Display，或稱為屏幕指紋/屏下指紋)技術於2018年正式量產，IHS Markit估計2018年全球FoD模組出貨量29.5M，2019年預測大幅成長到199.8M，本文採用IHS Markit 2018年的數字29.5M，但調高2019年出貨預測量為220M，成長650% YoY，再計算全球FoD模組產值2018年為2.4億美元(假設超聲波ASP 15美元、光學屏下7.5美元)，2019年預測產值成長510% YoY到14.7億美元(假設超聲波ASP 12美元、光學屏下4.5美元)。

螢幕指紋辨識按技術分為(1)超聲波屏下、(2)光學屏下(CIS)和(3)光學屏下(TFT sensor)三種，2018年初Synaptics和匯頂(Goodix)的光學屏下(CIS)指紋辨識開始被中國手機品牌採用，2H18匯頂第二代光學屏下(CIS+Lens)指紋推出後席捲市場，2019年繼續在中國品牌放大量，神盾(Egis)的光學屏下指紋被Samsung Galaxy A系列採用，Qualcomm(高通)的超聲波(Ultrasonic)屏下指紋被Samsung Galaxy S10/10+採用，2019年是螢幕指紋(FoD)技術起飛的一年，從數量看，光學屏下(CIS)指紋2019年預估出貨量157M，佔了大部分螢幕指紋市場，超聲波屏下指紋預估出貨量約60M，但因為價格12美元，遠高於光學屏下(CIS)模組的4.5美元，因此從產值看，兩者差不多都是大約7億美元。用TFT當感應器(sensor)的光學屏下指紋技術，2H19將由OXI(上海籮箕)率先小量產，2020其他廠商有機會陸續跟進。

二、市場-數量: 2019年全球手機FoD模組出貨量將從30M成長6倍到220M

1. 手機品牌以Vivo對FoD最積極

最積極推動FoD手機的品牌是Vivo，Vivo也是AMOLED手機比例最高的中國品牌，1Q18搭配Synaptics方案的屏下指紋手機X20 Plus首度量產，不久X21分別由Synaptics和匯頂兩家廠商一起供貨，是第一個突破百萬台規模的FoD手機，然後NEX、X23、NEX雙屏版陸續量產，都是用匯頂的方案。

2018年華為Mate RS保時捷版、Mate 20 Pro UD、Mate 20 RS保時捷版、榮耀Magic都用匯頂。OPPO R17/R17 Pro原本設計用匯頂，被延遲供貨後改用思立微(Silead)，後來雙方和解後恢復使用匯頂方案，R15x和K1應該也用匯頂。

2018年小米8透明探索版用Synaptics方案，小米8屏幕指紋版改用匯頂，魅族16th/16th+用Synaptics，聯想Z5 Pro用匯頂、一加6T也用匯頂。

2. 匯頂第二代CIS+Lens方案成功讓市佔率高達90%

估計匯頂2018年FoD模組出貨量25~28M。2018年量產興起的FoD光學屏下指紋方案，雖然都是用CIS(CMOS Image Sensor)做感應器，但在光學層有很大的變化，一般將使用Collimator、Pinhole、Micro lens做光學處理的稱為第一代方案，用Lens做光學處理的稱為第二代方案，1H18第一代方案時，Synaptics和匯頂各有斬獲，2H18當匯頂的第二代CIS + Lens方案領先量產，有明顯的成本優勢，將模組價格從12~15美元很快的壓低到7~9美元，Synaptics沒有跟上，此後由匯頂囊括幾乎絕大部分FoD手機市場，2018年市佔率約90%。

3. 2019年FoD爆發成長的原因

經過幾年的技術開發， 2018年FoD手機量產導入中國品牌旗艦手機，加上CIS+Lens方案成熟售價降低、全面屏對FoD的需求、AMOLED手機更加普及，2019年終於引來爆發性的成長，預估FoD手機出貨量將從30M成長650%到220M。除了Apple以外的所有主要手機品牌都大舉導入FoD。爆發成長的原因如下:

(1) 全面屏手機已成主流，市場對FoD手機需求殷切
(2) AMOLED面板產能增加，市佔率提升(1H19為止所有FoD方案都只能用AMOLED螢幕)，2019年不含Apple有54%的AMOLED手機搭配FoD指紋辨識，預期2020年搭配率增加到73%
(3) 光學屏下CIS技術，經過第一代各種技術方案(Collimator、Pinhole、Micro lens)互相競爭之後，第二代CIS+Lens方案勝出，成本壓低刺激需求，技術抵定和量產能力提升，也讓手機廠沒有後顧之憂開始大量採用
(4) Vivo幾個先量產的FoD機種，市場反應良好，讓其他品牌積極跟進
(5) Qualcomm超聲波屏下指紋，技術和價格改善，終被Samsung旗艦機Galaxy S10大量採用

4. 2019年FoD從旗艦機往下進入中階手機市場

Vivo是2018年FoD最大用戶，2019年繼續成長，除了高階X系列的X27繼續使用FoD之外，也將FoD手機從旗艦機/高階手機，往下推進到量更大的中階手機，包含V系列的V27/V27 Pro、V15 Pro，和新上市的次品牌iQOO機種。

華為去年只有Mate少部分特殊版本使用FoD，2019年開始高階旗艦P30/P30 Pro全面採用FoD，預期2H19的高階Mate系列也將全面採用，而P/Pro系列和Mate/Pro系列都是一年可以賣10M的機種，這兩條產品2019年就有機會超過20M，加上中階機種如榮耀20也採用，整體用量緊追Vivo。但中美貿易戰對華為的零件禁運，是很大的變數，本文暫不考慮(也無法考慮)這個因素。

OPPO 2019年高階手機Reno續用FoD，去年中階手機K1已經開始用FoD，今年K3繼續用，關聯品牌Realme 1799元RMB中低階手機也開始用FoD。

小米去年只有高階手機特殊版使用FoD，2019年小米9/9 SE開始全面採用FoD，但受限於小米AMOLED手機在四大廠中比例最低，FoD需求潛力落後其他三家廠商。這些2019年1~5月已經發表的光學屏下指紋手機，全部是由匯頂供應，讓2019年匯頂FoD出貨量超過100M。

5. 2019~2020年光學屏下(CIS+Lens)方案仍是主流

照技術區分，2019年預估光學屏下(CIS)方案出貨量157M，其中絕大部分是第二代的CIS +Lens方案，Samsung和Vivo是兩大客戶，其次是華為、OPPO和其他中國品牌，匯頂是最大供應商，其次是神盾。預估2019年超聲波方案出貨量60M，主要是Samsung Galaxy S10/S10+和預期的Note 10所貢獻，Qualcomm是獨家供應商，至於去年FPC(Fingerprint Cards)公布的超聲波方案，一直沒看到量產跡象。OXI的光學屏下(TFT sensor)方案2H19有機會量產，可能的客戶包括聯想和小米，但量不大，2019年整個市場技術發展平穩，但預期2020年市場、技術、競爭的變數會比較大: 

(1)光學屏下(CIS+Lens)應該仍是主流
(2)光學屏下競爭者可能增加2~4家
(3)超聲波除了Samsung使用之外，2H20有沒有機會開拓新客戶?
(4)光學屏下(TFT Sensor)將起量，並有OXI以外的廠商加入競爭
(5)市場對各種大面積感應區域(TFT Sensor/超聲波/CIS拼接)的價格接受度如何? 
(6)適用LCD螢幕(display)的屏下指紋方案也將成熟，但能否起量不確定

三、客戶一: Samsung是2019 FoD市場爆發的重要推手

Samsung兩年前就試圖在高階手機導入螢幕指紋辨識，當時有四家指紋廠商同時研發光學屏下指紋送樣競標: Synaptics、匯頂、神盾和內部的Samsung System LSI部門，Qualcomm則用超聲波屏下指紋送樣，但這些廠商技術一直無法通過認證，直到2018年末，才確定2019年的Samsung S10/S10+採用Qualcomm的超聲波屏下指紋技術，Galaxy A系列的A50、A70、A80、A90使用以神盾為主的光學屏下指紋技術。

1. Samsung 2019年超聲波FoD需求量44M

Galaxy S系列和Note系列合計2017年出貨量估計約60M，2018年因為中國品牌切入高階手機增加競爭，以及Samsung本身產品設計創新減少，出貨量衰退到約50M，2019年因為增加機種數(S10e)，以及增加功能下，預計恢復成長到55M，通常S/S+系列可賣兩年，第一年可賣30~35M，第二年可賣約7~10M，Note系列通常下半年上市，第一個半年大約可賣8~10M，假定Note繼續用Qualcomm超聲波屏下指紋，那2019年S/S+/Note合計大約可出貨44M超聲波屏下指紋。

2. Samsung 2019年光學屏下FoD需求量32M

Galaxy A系列原本定位在中高階市場，每個機種大約可賣兩年，A系列新舊機種一年合計大約出貨30~35M，佔Samsung全部出貨量約11%，產品範圍比較狹窄，而中階/中低階J系列手機，一個機種可賣三年，例如2Q18的時候，市場上同時存在J-2018版、J-2017版、J-Prime、J-2016版和J-2015版共五個機型，估計整個J系列一年可賣到150~180M台，佔Samsung全部出貨量約50~60%， 靠舊機型賣中-低階市場、新機型賣中-高階市場，這樣的價格帶和市場定位太過寬廣，以S、A、J三個系列來看，S系列數量佔15~20%、A系列佔10~12%、J系列佔50~60%，剩下是其他低價機種，S、A、J三個系列中用最低層的J系列佔總出貨量高達50~60%，對Samsung產品價格定位和blended ASP是不利的，推測因此Samsung 2019年想擴大A系列的產品定位和數量，往下侵蝕一部分原本J系列的中階市場，並增加一些高階功能，企圖改進產品組合來拉高或維持全公司的blended ASP，今年一口氣推出Galaxy A20、A30、A40、A50、A60、A70、A80、A90至少8款機型，估計全年A系列合計可出貨60~65M，成長100% YoY，因為有取代部份原本J系列的市場，目前有螢幕指紋FoD的機型為A50、A70、A80、A90至少4款，都是用光學式屏下指紋，全部或大部分由神盾供應，估計2019年需求量為32M。

3. Samsung 2019年FoD模組需求金額6.5億美元

Samsung去年完全沒有FoD手機，估計2019年超聲波屏下指紋模組需求量為44M，假設ASP 12美元，金額US$528M，光學屏下指紋模組需求量32M，假設ASP 4美元，金額US$126M，合計需求金額6.5億美元，佔全球需求量14.7億美元的44%。

四、客戶二: Vivo推動FoD最積極，AMOLED比例最高，是最有潛力的客戶

2018年Vivo不但是FoD手機最先量產的品牌，也是FoD手機出貨量最大的品牌，另外，每年發表一支APEX概念機，在螢幕指紋技術上展示最先進的未來技術，2018 APEX概念機展示1/2大面積螢幕指紋，2019 APEX將指紋識別面積擴大到全螢幕，這兩款都是和OXI合作，雖然大面積FoD至今還無法量產，Vivo仍積極和各家指紋廠商一起研發最先進技術，去年匯頂推延OPPO R17供貨時程，推測就是因為和Vivo配合研發的新技術，可能有先賣Vivo的時間保障條款，造成OPPO公開指責，宣布五年禁用匯頂產品，並迅速更換由給思立微供貨，後來匯頂公開向OPPO道歉才恢復關係。

Vivo力推FoD，除了主觀上的產品開發方向之外，還有客觀上Vivo是AMOLED面板比重最高的中國品牌(目前全部FoD方案都只能用在AMOLED螢幕)，力推FoD可以充分發揮自己的優勢，也讓對手因為受限於AMOLED機種數量少，無法全面抄襲追趕FoD設計。

OPPO和Vivo採用AMOLED螢幕很早，過去幾年這兩家公司一直是SDC(Samsung Display)在中國的重要客戶，AMOLED手機比例遠高於其他Android手機品牌，這一、兩年華為才拉高AMOLED手機比例，從去年開始也是BOE AMOLED面板ramp up的重要合作客戶，小米在四大品牌中AMOLED手機比例相對偏低。

概略估計2019年各品牌智慧型手機FoD模組需求量， Samsung總量290M，AMOLED比例65%，其中FoD比重39%，FoD模組需求量73M全球最大，Vivo總量115M，AMOLED比例50%，其中FoD比重85%，FoD模組需求量49M排第二位，華為總量230M，AMOLED比例25%，FoD比重70%，FoD模組需求量40M排第三，OPPO總量115M，AMOLED比例35%，其中FoD比重70%，FoD模組需求量28M，估計到2019年為止，Vivo還是中國手機品牌之中最大的FoD客戶。目前看華為受中美貿易展影響，2H19新機有變數， OPPO則有加快FoD採用的趨勢。

五、各種技術方案

從使用者的角度看，讓指紋辨識區域在螢幕(display)上面進行，稱為螢幕指紋辨識(FoD; Fingerprint on Display)，如果從指紋辨識方案(solution)的角度看，在In-cell/On-cell指紋辨識技術出來之前，所有的方案，感應器(sensor)都是放在螢幕(display)下面，所以螢幕指紋辨識(FoD)和屏下指紋辨識(under display fingerprint)說的是同一件事，只是說法角度不同。

1. 第一代光學屏下指紋: CIS + 光準直器

適用於Flexible OLED和Rigid OLED面板，用OLED螢幕(display)自發光源，往上打到手指頭，反射下來的光有2~3%可以穿透display到達指紋辨識感應器，光有散射、折射、繞射等干擾需要處理，因此光學屏下指紋辨識方案有兩層結構，上層是光學層，下層是感應層，光學層用來讓光線更乾淨、影像更清晰，感應層用CIS(CMOS Image Sensor)接收光線形成影像。光學層有光準直器(optical collimator)、小孔陣列(pinhole array)、Microlens等做法，用半導體製程或MEMS(微機電)製程。許多人將這幾種方法稱為第一代光學屏下指紋。

(1)光學層-光準直器: 用半導體製程，在CIS感應區相同面積的矽材料上，製作出一塊內有許多光通道陣列的光準直器，讓指紋的反射光，穿過display進入準直器處理後才被CIS接收。光準直器和CIS都要用半導體製程，兩者還要用系統級封裝(SiP; system in package)結合成感應器。

(2)光學層-小孔陣列: 相對於光準直器在不透光材料中製作出透光的小管道，小孔陣列只有上下兩面有小孔，中間全部都是透光材料，製造方法不清楚，猜測也是半導體製程，同樣需要和CIS結合封裝成一個感應器。小孔陣列光學層比光準直器薄一點。

第一代方案的缺點，主要是成本高，成本高的原因如下:

(1)光學層用半導體製造成本高
(2)光學層和CIS晶片面積相當，大略等於指紋辨識區域，大約4x4mm到6x6mm之間
(3)CIS晶片和光準直器的封裝成本高
(4)封裝好的晶片，要和OLED display面板貼合，貼合的良率和面板損壞，增加成本

第一代CIS+準直器方案，由Synaptics領先量產，匯頂第二。

2. 第二代光學屏下指紋: CIS + Lens

第二代光學屏下指紋辨識方案，到底是誰發明的不太確定，匯頂曾公開說大家的方案都是抄襲他的，匯頂也確實是最先量產的廠商，主要改進的地方，是將光學層從準直器半導體製作和封裝，改為一般的光學鏡頭，CIS + Lens + IR-cut filter + 塑膠機構Holder + Controller + 軟板，這樣的結構就是一個定焦、小視野的簡單相機，而光學鏡頭和相機模組供應鏈相當成熟，成本比第一代方案降低很多，來自幾個方面:

(1)光學層從半導體製程改為簡單的鏡頭製程，成本降低

(2)CIS晶片不再需要和光學層用半導體封裝，只要把CIS和Lens組裝到模組中，而相機CCM模組產業成熟，製程簡單，成本降低

(3)透過2~4P的凸透鏡，將透過display上指紋辨識區反射下來的指紋影像，大幅縮小，這樣CIS晶片面積(die size)就可以縮小，相對於第一代方案，同樣製程每片八吋晶圓可產出的CIS顆粒是倍數計算的，成本降低不只一倍

(4)不用和OLED display面板貼合，省掉貼合成本和良率不佳對面板的損失，指紋產品研發和手機design in也完全和面板廠分開獨立，不需要面板廠配合，模組就直接固定在手機中框上

第二代CIS+Lens方案量產之後，將光學屏下指紋售價，從10~12美元，半年之內大幅壓低到6~8美元，今年更降低到4~6美元，而且廠商仍能維持很好的毛利率，就是因為這是結構改良帶來的cost down回饋給客戶，而不是犧牲利潤殺價競爭下的cost down。

CIS + Lens方案，有一個缺點和一個影響:

一個缺點是厚度高很多，第一代方案模組厚度大約0.8mm，第二代方案因為相機有物距+像距，為了縮小CIS晶片面積，也要有相當距離，厚度增加為3.6~4.0mm，厚度會影響電池大小，曾經被認為是嚴重的缺點，但經過這麼多手機使用第二代方案，拆解之後發現，現在手機螢幕面積本來就很大，電池面積並沒有螢幕這麼大，本來就有空間放指紋模組，雖然機構設計還是要配合，但手機內部空間足以容納CIS+Lens光學指紋模組厚度和體積，每款手機機構設計各有不同，CIS+Lens指紋模組也必須配合設計，下圖不同手機拆解下來的屏下指紋模組全是匯頂的CIS+Lens方案，每款模組設計都不相同。

一個影響就是因為整套解決方案，包括光學、機構、CIS感應器、指紋辨識演算法，是息息相關無法分開的，不像電容指紋晶片和模組可以分成兩個產業，原本電容指紋的晶片商，在CIS+Lens時代就變成了整套解決方案商，送樣、報價、模組設計、演算法修改，都是用整套模組的角度進行，雖然其中的Lens、塑膠Holder、軟板零件等還是外包設計、生產，但整套方案是由指紋晶片廠主導，未來競爭者增加後，客戶會不會拉走部分主導權變相殺價? 還要觀察，目前看不到這種狀況。

指紋資料最後送到一顆MCU based的Controller處理，推測裡面有embedded Flash裝載指紋辨識演算法，可針對不同的手機專案修改軟體，匯頂出給不同的手機款式，機構需要改變，但Controller都用同一顆GM185。

第二代CIS+Lens方案，匯頂領先量產，思立微第二(給OPPO)，神盾第三(給Samsung)，Synaptics是去年的第一代技術領先者，後來並沒有推出第二代CIS+Lens方案。

3. 超聲波屏下指紋辨識

Qualcomm用超聲波(ultrasound)原理，在LTPS TFT基板上塗佈(coating)壓電材料(Piezoelectric copolymer)，發射(Tx)和接收(Rx)超聲波訊號，優點是安全性更好(可感應到真皮層)、可偵測活體生物特徵、適合做大面積感測器，雖然TFT基板成本比Silicon CIS便宜，但目前的小面積(6x6mm以內)，整套方案成本遠比CIS +Lens高，TFT基板的成本優勢要在大面積感測的時候才能凸顯，而且超聲波只能用在Flexible OLED面板，不能用於Rigid OLED面板，且須配合Qualcomm AP處理器或專屬ASIC。Qualcomm的LTPS TFT和深超光電(Century)合作供應。

FPC(Fingerprint Cards)原本也有研發超聲波屏下指紋，但最近沒有量產進度消息，可能改推CIS based光學屏下指紋，FPC的超聲波和Qualcomm不一樣，Qualcomm需要在一片TFT基板平面上製作壓電材料，垂直向上打出超聲波並接收反射波，FPC稱這種為:2D感應器陣列產生2D指紋圖形，但FPC的方案不用平面基板，而是將數顆晶片呈現口字型安排在指紋區域週邊打出超聲波，FPC將這種方式稱為:1D感應器陣列產生2D指紋圖形，照FPC資料範例，這種方是理論上是最適合大面積的方式，因為不用增加材料，直接將口字範圍放大，就可以處理更大指紋辨識面積，不知道最後FPC能否完成研發順利量產。

    資料來源:Fingerprint Cards

思立微去年曾發表用氮化鋁做壓電材料做成的壓電超聲換能器(PMUT)， MEMS製程，尚未量產。

4. 拼接CIS+Lens大面積屏下指紋

現行的屏下指紋，都是定點小面積，為了要讓指頭放置正確位置，必須先點亮或啟動螢幕，圖形標示指紋辨識區域，再將指頭放上去解鎖，為了要將兩個步驟簡化為一個步驟，不用點量螢幕，不用眼睛看螢幕，直接憑感覺放置指頭解鎖，達到"盲解"效果，就必須將指紋辨識區域放大，大面積指紋辨識需求應運而生，加上面績夠大之後，還可支援雙指解鎖，安全性更高。

匯頂計畫2H19推出將四套CIS+Lens模組拼接成一個四倍指紋辨識面積的屏下指紋模組，可以想像因為四個模組都是現成的，硬體技術上應該不困難，成本變成四倍，難在軟體的整合，還有是否支援雙指解鎖，估計售價15~20美元。理論上可以拼接更多倍數的模組，但成本昂貴抵銷效益，而且手機內部空間也沒有辦法容納那麼多體積，也許四倍是一個剛好的組合，足以達到盲解的面積，卻不需要大(貴)到雙指解鎖，也讓手機內部空間勉強可以容納。

5. TFT Sensor大面積屏下指紋

這裡說的TFT-LCD不是當做螢幕(display)，而是當作OLED螢幕下面的屏下指紋感應器。

上海籮箕(OXI)長期研發用TFT面板當感測器的指紋辨識方案，到了大面積屏下指紋時代，例如1/4螢幕、1/2螢幕、甚至全螢幕，這麼大面積的半導體感測器成本驚人，不可能實現，TFT感測器的成本優勢，就很適合大面積屏下指紋。OXI的方案也是光學式，和Tianma(天馬)合作研發製造a-Si TFT基板為基礎的TFT Sensor，這個面板只是半成本，因為不是當作顯示器(display)只是感測器(sensor)，所以不需要color filter、backlight、光學膜等零件，TFT線路完成後，在上面製作光電二極體(Photodiodes)做為接受器(Rx)，TFT線路將指紋的反射光，經由光電二極體轉換成灰階影像，傳給Controller上的演算法判讀，TFT面板需要一顆Gate IC驅動和一顆Read-out IC，原本TFT display的Source IC是將資料送到display，現在TFT sensor的Read-out IC和作用相反，是將資料從TFT Senor送出去給Controller，TFT Sensor方案的光學層是什麼結構，找不到資料，整個TFT Sensor感應器厚度在1mm以下，接近CIS+準直器第一代方案的厚度。因為資料量變多，Controller理論上要更快更強大，或者整合DSP block。

TFT Sensor/光電二極體 + 光學層 + Gate IC + Read-out IC + COF + 軟板 + Controller

預計OXI將於3Q19量產，聯想和小米是可能的客戶，Vivo的APEX概念機應該也是和OXI合作，但不清楚量產機的時間和方案。

下一代產品走向大面積屏下指紋，TFT Sensor屏下指紋如果只是定點小面積，成本比CIS+Lens高，但面績越放大，成本優勢就越明顯，1/4或1/2螢幕以上面積，TFT Sensor方案則是公認的標準解法，因此除了OXI之外，多家指紋辨識廠商都在研發類似結構的TFT Sensor大面積屏下指紋方案，包括匯頂、神盾、北方集創(ChipOne)、聯詠(Novatek)、思立微。關於a-Si TFT Sensor合作的面板廠，OXI用Tianma的，匯頂不知道，神盾可能用AUO(友達)的，集創北方用BOE(京東方)的，聯詠用Tianma的。Tianma長期和OXI合作之下，經驗應該最豐富，AUO和BOE則是長期都有研發自己的TFT Sensor技術和In-cell/On-cell面板內嵌式指紋辨識技術。

6. 適用於LCD螢幕的光學屏下指紋-Backlight打洞方案

以上談的屏下指紋技術，都只能用於OLED螢幕，因為要借用OLED自發光源，也利用OLED可以讓2~3%反射光穿透display被屏下指紋感應器接收的特性，LCD(包含a-Si TFT LCD和LTPS TFT-LCD)螢幕因為屏下指紋感應器和LCD display之間，有背光模組(backlight)隔開，透光問題需要解決。2019年之前，因為FoD手機多用於高階機種，高階機種本來大部分使用OLED螢幕，採用FoD指紋問題不大，2019年之後，FoD大為普及，往下侵蝕到中階主流手機市場，這部分很多用LTPS LCD甚至a-Si LCD螢幕，讓LCD螢幕光學屏下指紋的需求更為殷切，市場龐大。

各家LCD螢幕光學屏下指紋方案細節都沒有公開，只能從專利上猜測一下可能的做法，匯頂的專利，是將屏下指紋感測器上方的擴散板(light diffuser)打洞讓光線穿透，反射膜(reflector film)也一樣打洞，導光板不需要打洞，另外除了背光模組本身的LED側光源之外，還增加了一個額外光源，這個額外光源上方的擴散板和反射膜一樣要打洞透光，如果有俯視圖，猜測這些洞應該像矩陣陣列，如果反射膜改用比較透光的材料製作，也可以不打洞。專利上的屏下指紋模組光學層像是CIS+準直器/pinhole，推測理論上應該也可以改用CIS+Lens方案。當然，背板(LCD module frame)應該也要挖掉可容納整個指紋模組的面積，至於增加額外光源的理由為何? 可能是因為相對於OLED display的單純結構，LCD display背光模組中，還有擴散板、增亮膜、導光板、反射膜的多重阻隔，光線可能不夠，或者是背光模組處理過的光線不夠直接，需要額外光源直接向上發射並接收指紋向下的反射光。

LCD螢幕屏下光學指紋，目前還沒有人量產，成本不清楚，和OLED螢幕屏下光學指紋CIS+Lens方案比起來，應該要昂貴很多，因為兩種方案模組差不多，都是光學層(準直器或Lens)+感應器CIS，但是LCD螢幕屏下方案，還增加了額外光源和背光模組改造的成本，如果太過昂貴，讓手機使用LTPS LCD螢幕所省下來的成本，被改造背光指紋模組吃掉的話，還不如直接升級Rigid OLED螢幕加CIS+Lens方案有更好的賣相。

(便宜的LCD面板 + 昂貴的Backlight打洞方案) vs. (昂貴的OLED面板 +便宜的CIS+Lens方案)

目前LTPS LCD面板和Rigid OLED面板價差有限，若還要負擔Backlight改造成本，價差更小，而且OLED面板手機通常有更高價的市場定位。因此，這個LCD螢幕的Backlight改造指紋方案，能不能大量普及，有待觀察? 或者變成暫時性的方案，過渡到兩年後的LCD內嵌指紋方案成熟為止。

還有一個產業分工方面的阻力，因為很多LCD面板廠直接用open cell或大板出貨，不包含背光模組，如果LCD螢幕下光學指紋主要是靠指紋方案商和LCM/背光模組廠商，合作貢獻技術和價值的話，量產後LCD面板廠並沒有好處，因為價值在背光模組不在面板，方案研發和將來的手機design in時，面板廠沒有全力支持的動機，還不如把資源花在研發內嵌式指紋辨識，才能增加面板的附加價值。因此LCD螢幕屏下指紋雖然有廠商宣稱2H19量產，但2020~2021年能普及到什麼程度? 很難預估，成本和產業鏈的支持是關鍵。

7. 面板內嵌式(On-cell或In-cell)指紋辨識

指紋辨識的終級方案，是全屏辨識，並且感應器內嵌到面板裡面，指紋辨識方案商必須和display面板廠密切配合，2020年可能有人試量產，但最快2021~2022年才可能逐漸普及。最後的發展，會朝向面板全屏面、內嵌觸控和指紋、多指觸控和多指指紋辨識、DDI/Touch(或TDDI)和指紋controller整合成單晶片。目前幾家大面板廠應該都有和指紋方案廠合作研發內嵌式指紋辨識面板，On-cell或In-cell的位置，有好幾種方式，IHS Markit認為LCD面板的內嵌式方案，會比OLED面板更有發展的急迫性，因為LCD目前還無法做到FoD手機，LCD面板結構也更容易做到內嵌式指紋。

六、2019年競爭態勢

1. 匯頂光學FoD獨霸市場

匯頂2H18率先量產CIS+Lens方案，將市場價格大幅壓低，同時維持可觀利潤率，出貨量幾乎壟斷市場，2019年很可能取得四大中國品牌所有主流手機機種獨家供應商的地位，但因為市場需求量太大，機種數眾多，匯頂的RD/FAE資源人力未必足夠照顧好這麼多案子，加上客戶也需要分散供貨來源，四大品牌一些比較小量的案子，和其他小品牌手機廠的需求，有可能會因為匯頂照顧不過來，讓神盾和思立微取得一些訂單。

除了先進入市場的優勢之外，匯頂FoD產品辨識品質和辨識速度也是不斷進步、領先對手，網路上有些極限環境下的測試，匯頂辨識率都明顯領先，解鎖速度也最快。

預測匯頂2019年FoD模組出貨量約110M，市佔率約51%，假設年平均單價5美元，產值約560M美元，市佔率約38%，低於Qualcomm，因為Qualcomm雖然數量少於匯頂，但平均單價高，產值市佔率第一，匯頂第二。匯頂自從FoD模組量產之後，將全公司毛利率拉高到60%以上，因為匯頂還有高比例較低毛利率的螢幕觸控晶片和傳統電容式指紋辨識晶片，研判FoD模組毛利率高達65~70%，才能讓公司整體毛利率超過60%。

2. Qualcomm產值領先

Qualcomm去年量很少，2019年超聲波屏下指紋被Samsung Galaxy S10系列大量採用，加上2H19的Note 10採用的機會很高，預期2019年出貨量55~60M，市佔率26%排第二位，假設平均單價12美元，產值約680M美元，市佔率約46%排第一位。

小面積定點指紋應用，超聲波價格比光學CIS+Lens價格貴了2~3倍，又沒有第二供應商來源，Qualcomm必須證明產品確有昂貴的價值貢獻，否則在光學屏下指紋技術和成本快速進步之下，有被取代的疑慮。至於大面積指紋辨識應用，因為CIS+Lens方案做不到大面積(1/4以上)，Qualcomm超聲波將和TFT Sensor方案競爭，目前還沒量產，看不出來誰優誰劣。

3. 思立微

2018年，思立微是繼Synaptics、匯頂之後，第三家量產FoD光學屏下指紋的廠商，但目前只有出貨一個機種R17/R17 Pro，或者稱為半個機種，因為R17/R17 Pro後半期又被匯頂拿回去了。1H19為止沒有新的機種量產，2H19有機會瓜分一些小量機種訂單。思立微之前在電容指紋市場屬於後進者，當時曾集中資源聚焦在華為身上(服務集中化策略)，取得相當成果，猜測2019年思立微可能還是會把華為當作優先客戶。

4. 神盾

神盾是第四家量產FoD光學屏下指紋的廠商，2019年取得Samsung Galaxy A系列幾個機種訂單，A50/A70/A80已經陸續量產，A90繼續用神盾的機會很高，估計全年出貨量約40~55M，FoD出貨量排名第三，次於匯頂和Qulacomm，能否攻下一、兩款中國四大品牌的主流機種，將影響2H19出貨量的關鍵，另外，為了爭取時效，神盾出給Samsung的機種採用韓國Suprema公司的演算法(Qualcomm出S10也是用這家演算法)。神盾的CIS+Lens光學屏下指紋方案，和匯頂不同的地方:

(1)出Samsung機種用Suprema演算法，出其他客戶用自己的演算法，匯頂都是用自己的演算法

(2)Controller和CIS整合成單晶片，A50拆解圖中，並沒有看到獨立的Controller，匯頂目前都是用單顆Controller GM185，兩種方式在成本和彈性上各有利弊

匯頂光學屏下指紋產品和量產經驗都優於神盾，Samsung為何選擇神盾不用匯頂? 很多人懷疑神盾報價低主要原因，因為CIS+Lens光學屏下指紋成本低利潤高，犧牲一些利潤還是可維持50%毛利率，而且神盾又是後進者，報價比領導者低一點不無可能，但也可能是因為Samsung希望得到供應商的全力支援，匯頂已經有很多案子在手上，Samsung找匯頂未必能分配到想要的研發和量產資源的支持，找神盾，一定是傾全公司資源挹注給Samsung，神盾在產品無法和匯頂差異化之下，這也是一種服務集中化策略。

七、結論

2019年FoD指紋辨識產業是一個爆發成長的時期，而且競爭者少，幾家廠商都可以享受很好的利潤，2020年競爭者可能增加2~3家，價格會降低，但市場份額應該還是高度集中化，價格應該還是會讓領先群有合理利潤，加上2020年有幾個新技術將起量，包括大面積TFT Sensor屏下指紋、LCD螢幕屏下指紋，單價更高、市場更擴大、技術挑戰也更大，是充滿機會的一年，整體看，2019~2020這兩年都將是FoD螢幕指紋產業的好年。

長篇:聯發科手機晶片面臨的挑戰-2017/3

觀察時點: 2017年3月

Smartphone AP

Smartphone應用處理器(AP;Application Processor)是一個很複雜的SoC，通常內含: 多核心CPU、多核心GPU、ISP(Image Signal Processor)、DSP(Digitral Signal Processor)、Memory Controller、Connectivity(WiFi/BT/GPS/FM)、Display Processor、Video Processor、Modem(可整合到AP或獨立存在)、各種I/O。Apple的AP通常沒有整合Modem，而Qualcomm(高通)、Mediatek(聯發科;MTK)、HiSilicon(華為集團的海思半導體)、Spreadtrum(紫光集團的展訊)的主流AP SoC大多整合了Modem。

CPU核心的種類和架構

如今市場上全部Smartphone AP晶片中的CPU都是向ARM公司授權取得Cortex-A處理器系列IP，目前Cortex-A家族分為高效能(high performance)系列的A73/A72/A57/A15/A17/15、省電低功耗(high-efficienty)的A53/A9/A8、和超級省電(ultra-high efficiency)的A35/A32/A7/A5，如果用2016~2017年常見到的Smartphone AP晶片內的CPU IP，按照performance排列，順序如下:

A73>A72>A57>A53>A35>A7

這幾年很多AP晶片設計是參照ARM公司的big.LITTLE架構，將多處理器核心分為兩群，高性能大核叢集(cluster)用A73、A72或A57，省電小核叢集用A53、A35或A7，當AP執行高性能運算時啟動大核叢集，執行簡單應用時啟動小核叢集，AP也可以只用一種核心，例如只用A53，但以不同的時脈頻率，分別來處理高性能運算和簡單應用。 ARM最新的大核Cortex-A73，比A72性能高出30%，最新的省電小核是Cortex-A35，比A7用更少的電力，性能卻高出6~40%。

資料來源: ARM

ARM授權方式

ARM有不同的授權方式，對IDM/Fabless產品公司、對Foundry製造廠、對Design Service/ASIC公司都有不同性質的授權，對晶片產品公司的授權大致有兩類:

一、標準核心授權

是最普遍的方式，晶片廠商可取得ARM公司開發的各種CPU/GPU/DSP核心IP，加入自己的晶片設計裡面，但不能修改核心本身，標準核心授權讓客戶節省自行開發CPU/GPU/DSP的成本，取得最新的ARM核心設計，快速推出產品，但因為單一核心的設計和別人一樣，差異化有限，只能透過整合更多晶片到AP SoC中來達到來差異化。

二、架構授權(或說指令集授權)

架構授權讓晶片廠商可以修改CPU核心的內部架構，客製化改造成自己需要的CPU核心，但還是維持ARM指令集(例如ARMv8-A指令集)相容，架構授權的費用要比標準核心授權高出許多，除了授權費高之外，晶片廠商還需投入研發成本，設計出自己的客製化ARM相容CPU核心，產品開發要花更多時間。客製化的好處則是可以創造出更符合市場或特定客戶需求的CPU核心。向ARM架構授權後自行客製化的這類產品，例如Apple的各代AP核心CPU、Qualcomm S820的Kyro CPU核心和S835的Kryo 280 CPU核心，2016年Samsung LSI也推出首顆取得ARMv8 ISA(Instruction Set Architecture)架構的Mongeese(M1) CPU核心，用在Exynos 8890晶片中。Apple、Qualcomm、Samsung LSI這些客製化CPU的AP產品都是針對高階旗艦手機設計。Mediatek和HiSilicon則還是使用標準的ARM核心。

CPU核心數目

手機規格只講核心數目不講核心種類是沒有意義的，因為不同的CPU核心性能差異很大，例如，當3Q16(HiSilicon Kirin 960還沒上市)之前，外賣AP市場上性能最強的Smartphone AP晶片，不是眾多的八核心產品、也不是Mediatek的十核心產品，而是Qualcomm的四核心S820晶片，因為S820用的是改造ARM架構的客製化Kryo核心，Kryo單一核心的性能遠勝ARM任何一個單核標準核心。因此，CPU核心數目要跟CPU核心種類放在一起看才有意義，2017年，3G低階市場AP多用雙核A7和四核A7，2H17理論上可以用A35替代A7，4G LTE低階市場多用四核A53，中階市場多用八核A53，中高階市場(middle-high)為四核A72+四核A53、高階市場比較多樣化，有四核A73+四核A53或A35(HiSilicon)、或二核A73+四核A53+四核A35(Mediatek)、或客製化CPU核心(Qualcomm、Samsung LSI)。

2017年AP競爭分析-高端/旗艦市場

下圖是依據各家公司的公開資料，和網路/媒體報導過的產品資訊，加上筆者推測的各家產品規劃，整理組合出來的Roadmap，預測未來的產品，一定會有很多錯誤，需要定期修改。這裡定義的高端手機市場(或旗艦機市場)AP晶片為(1)內核A73以上、(2)總核心數八核以上

資料來源: Richard's Research Blog (2017/3)

一、HiSilicon Kiron 960

1Q17市場上現有最新的高階手機AP是HiSilicon公司去年底上市的Kirin 960，和前一代的Kirin 950/955比較， CPU從四核A72+四核A53，提升為四核A73+四核A53，也是市場上首度量產ARM Cortex-A73核心的AP晶片，GPU從ARM Mali T880(四核)提升為Mali  G71(八核)，Modem從Cat.6大舉進步到Cat.12/13。製程沒變，還是一樣用TSMC 16nm製程。HiSilicon不但能率先量產A73的產品，Modem也超越Mediatek，達到和Qualcomm S820同等級的Cat.12/13，技術進步程度讓人印象深刻。

二、Qualcomm S835

2Q17即將上市的是Qualcomm Snapdragon S835(MSM8998)，和去年的S820/S821比較，CPU從四核Kryo提升為八核Kryo 280，但到底是八個一模一樣的客製化Kryo 280，還是分為四大核四小核? Qualcomm沒有公布，推測四大核四小核的可能性比較高，GPU從自己開發的Anreno 530，提升為Anreno 540，製程從Samsung LSI的14nm提升為10nm，Modem從Cat.12/13提升為Cat.16/13，傳輸速度達到1Gbps，保持世界第一。

三、MTK X30/X35

2Q17幾乎和S835同時上市的會是Mediatek的Helio X30(MT6799)，和去年的X20/23/25/27(MT6797/D/T/X)比較，維持CPU十核心三叢集架構，核心更換，從二核A72+四核A53(高頻)+四核A53(低頻)，提升為二核A73+四核A53+四核A35，大核從A72改A73，小核從A53改A35，產品邏輯是讓大核更強，小核更省電，GPU從ARM Mali T880(四核)提升到PowerVR 7XTP-MT4(四核)，Modem從Cat.6提升到Cat.10，製程從TSMC 20nm(20SOC)，推進到TSMC最先進的10nm製程，也是TSMC第一批量產的10nm產品之一。如果今年有X35的話，應該在2H17出現，依照公司以往的作法，X35應該是X30提高時脈頻率的版本。

四、Samsung LSI Exynos 8895

2Q17 Samsung LSI的Exynos 8895也將和S835上市，和去年的Exynos 8890比較，客製化大核從M1(Mongeese)改良到第二代的M2，架構從四核M1+四核A53，提升到四核M2+四核A53， GPU從ARM Mali T880(12核)提升到Mali G71(18或20核)，保持市場最多GPU核心數的AP晶片，Modem從Cat.12/13提升到Cat.16/13，和Qualcomm S835一樣快，但有報導說並非六模全網通，必須外加一顆Modem S359才能支援CDMA。製程從Samsung LSI自己的14nm(14LPP)提升到10nm，和S835和X30一樣都是第一批量產的10nm製程產品。

五、Qualcomm S660

2Q17~3Q17，Qualcomm Snapdragon S660(MSM8976+)可能在此期間內上市，S660的產品定位可能有兩種狀況:

(1)最高檔的S835太強大，低一檔次的S653架構又太老舊(產品新推但大部分沿用S652的設計和製程)，S660性能介於兩者之間，填補product profolio的缺口。

(2)純粹做為S653的後續產品，打同一個價格帶的市場區隔，如果用類似S653價格，而性能大幅提升，S660將會是一個性價比非常有吸引力的產品。

現在看不出來S660是以上那一種定位，如果把S660和S653比較，CPU從四核A72+四核A53，提升為四核A73+四核A53，GPU從Anreno 510提升到Anreno 512，Modem從Cat.7提升為Cat.9，製程從TSMC 28nm(28HPM)提升到Samsung LSI 14nm(14LPP)。S660有最新的四大核A73、Cat.9、14nm，如果價格合理的話，很適合偏好將高端機種搭配中高端AP(而不是用最高檔次AP)的OPPO和Vivo。

六、HiSilicon Kirin 970

2H17 HiSilicon將推出Kirin 970，CPU架構和Kirin 960一樣，維持四核A73+四核A53，沒有改變，Modem也維持Cat.12/13不變，GPU找不到資料，但因為Kirin 960的Mali G71MP8已經蠻強的，Kirin 970可能也沒有改變的必要，那Kinrin 970最大的改變只是製程從TSMC 16nm推進到TSMC 10nm，隨著良率進步和製程更先進，時脈頻率可能有所提升。

七、Mediatek P35 ?

媒體曾經報導過，今年Mediatek會有一顆非常高階P35出現，不但CPU架構比照最高階的X30: 二核A73+四核A53+四核A35，Modem和X30一樣到Cat.10，也一樣用TSMC 10nm製程，唯一改變的是GPU，將X30用的PowerVR 7XTP-MP4，改為ARM Mali G71MP3，如果報導資料屬實，那P35應該算是X30的GPU降規版，可以理解GPU已經佔了AP SoC很大的面積比例，PowerVR又是高檔GPU，整個SoC  die size不可能小，將GPU降規，降低成本，目標主打次一級價格帶的市場，是有可能的。但P35這個命名方式就怪怪的，以往P15是P10的升頻版，X25是X20的升頻版，這樣P35突然出現，卻不是P30的升頻版，反而變成X30的降規版，有點奇怪，或者型號有誤?

高階/旗艦手機AP晶片市場，產品競爭以performance重要性最高，以上七個產品，預測performance高低排序依序如下:

1. Qualcomm S835: 八核Kyro 280、Anreno 540、Cat.16/13、10nm(Samsung LSI)
2. Samsung Exynos 8895: 四核M2+四核A53、Mali G71MP18、Cat.16/13、10nm(Samsung LSI)
3. HiSilicon Kirin 970: 四核A73+四核A53，Mali G71MP8、Cat.12/13、10nm(TSMC)
4. Mediatek X30: 二核A73+四核A53+四核A35、PowerVR 7XTP-MT4、Cat.10，10nm(TSMC)
5. HiSilicon Kirin 960: 四核A73+四核A53，Mali G71MP8、Cat.12/13、16nm(TSMC)
6. Mediatek P35: 二核A73+四核A53+四核A35、Mali G71MP3、Cat.10，10nm(TSMC)
7. Qualcomm S660: 四核A73+四核A53、Anreno 512，Cat.9、14nm(Samsung LSI)

其中X30和Kirin 970的performance可能很接近，要看用那一種評量標準而定，X30 GPU較強，Kirin 970 Modem較強，CPU很難說，如果ARM最新的Cortex-A73很強的話，有四核A73的Kirin 970可能比只有兩核A73的X30更佔優勢，但也要看Mediatek的CorePoilit 4.0處理異質運算的能力好不好，能否讓強大的GPU來有效分擔CPU的運算工作。

挑戰一(高端產品):X30很難開拓市佔率，影響一個Product Cycle

媒體報導X30的design win並不理想，除了最忠實的客戶Meizu之外，得到的大品牌design win並不多，Mediatek高層在法說會上也承認X30客戶數目和出貨量比去年的X20少，根據本文前面對2017年高階/旗艦市場AP晶片的競爭分析，從Performance角度，X30在今年可能推出的AP中，排名第四，和競爭對手產品同級產品比較起來，並不出色，很難在強調高檔性能的高階/旗艦手機市場嶄露頭角。雖然Exynos 8895和Kirin 970以集團手機自用為主，並沒有和 X30在外賣市場上直接競爭，但Samsung Mobile手機部門和華為手機部門，也是Mediatek的潛在客戶，當Samsung LSI和HiSilicon的高端AP晶片實力漸漸追上甚至超過Mediatek，對Mediatek拓展Samsung和華為高端手機AP晶片業務，也是不利的。

在外賣市場，X30真正的對手只有Qualcomm S835，高端市場最重要的性能(performance)項目上，X30面臨AP運算速度和Modem傳輸速度雙輸的局面。

Mediatek X30如果打不進高端市場，對公司的影響其實沒有很大，因為Mediatek本來在高端/旗艦手機市佔率就很小，X30打不進高端市場，還傷不到筋骨，只是既然這兩年大舉投資Helio產品線，當然會希望Helio X20、X30這個系列晶片能幫助聯發科擴展到高端/旗艦機市場，目前看來到2017年仍無法達到預定的效果，研發費用損失事小，將大批優秀的RD研發人員和資源，投注到一時還無法回收的產品線，對其他主力產品線的資源排擠效果，和競爭力的影響，恐怕是更嚴重的無形傷害。

接下來我們要分析，X20/X30無法擴張高端市場的原因。

聯發科高階AP戰略:用十核心三叢集對抗客製化核心

從去年X20到今年X30，Mediatek高階AP最大的特色就是十核心三叢集CPU，三個叢集(Tri-clusters)的設計，是一項創新，相對別人都是用兩個叢集，理論上，可以將軟體運算需求劃分的更細，更能兼顧性能和功耗的平衡，這個架構從去年X20開始，包括X20(MT6797)、X23(MT6979D)、X25(MT6797T)、X27(MT6797X)，這幾顆AP結構都一樣，製程上也都是用TSMC 20nm HKMG的20SOC製程。X20/X25或後來推出的X23/X27差別只有製程良率提升後，時脈頻率的提升。十核心三叢集CPU，和業界普遍使用ARM公司的big.LITTLE雙叢集不同，X20多了一個叢集，變成:快、中、慢三個層級，來達到更高性能和更低功耗的目的，透過最任務調度演算法CorePilot來協調三個叢集CPU運作，系統會花一點時間了解Apps應用軟體對性能的需求程度，再分配給適合的CPU核心叢集執行，各大小核心可以跨叢集啟動協同運算，例如幾個大核A72和幾個A53中核小核一起運算。

X20十個核心分配成三個集群:
第一個集群: 2 x Cortex-A72 (大核)
第二個集群: 4 x Cortex-A53 (小核)，高頻
第三個集群: 4 x Cortex-A53 (小核)，低頻

X30十個核心分配成三個集群:
第一個集群: 2 x Cortex-A73 (大核), 2.5GHz
第二個集群: 4 x Cortex-A53 (中核), 2.2GHz
第三個集群: 4 x Cortex-A35 (小核), 1.9GHz

X20的GPU使用四核心ARM Mali T880，X20開始導入新開發的雙Imagiq ISP，支援25M pixel和Dual Camera，2160P Video Processor，WQHD(2560x1440) Display Engine。Sensor Processor用ARM Cortex-M4，並整合了四合一的Connectivity(WiFi/BT/GPS/FM)。X20的Modem是六模(mode)全網通，但LTE只有Cat.6，速度不夠快，也無法達到2017年中國移動的2000人民幣以上手機的採購(補貼)標準。

即將於2Q17上市的X30(MT6799)，和X20一樣採用Tri-cluster三叢集十核心架構，也都用ARM標準核心，大核從兩個A72改成更新更強的兩個A73，中核維持四個A53，小核從四個低頻A53，改成ARM新推出更低功耗的A35，看起來是希望達到"大核更大(性能更強)、小核更小(更低功耗)"的目的。和X20比起來，X30可更省電50%、性能提高35%。如果2017年還有X35的話，猜測只有時脈頻率提高而已。X30是TSMC代工的第一批10nm產品之一，1Q17投片，2Q17出貨。

X30的GPU有比較大的變動，從ARM Mali T880改用Imagnation的PowerVR 7XTP-MP4，比X20的GPU performance提高2.4倍。Mediatek的Smartphone AP晶片比較少用PowerVR系列GPU，大多使用ARM的Mali系列GPU，只有針對Tablet市場設計的AP才比較常用PowerVR GPU。Memory Controller方面，X20只能用4GB LPDDR3，X30最高支援到8GB LPDDR4，增加支援UFS 2.1規格的記憶卡。ISP更新為Imagiq 2.0，支援28M pixel camera或兩個16M pixel Dual Camera，Video Processor和Display Engine規格都沒變，Display支援WQXGA(2560x1600)。X30的Audio部分增加一個ARM Cortex-M4當作Audio DSP，加上原本的Sensor Processor，共有兩個Cortex-M4。

X30也有減少的東西，不知道是不是因為die size太大怕影響良率，或為了爭取時效，原本X20整合進去的Connectivity，X30把它拉出來改外接了。X30內含的Modem是Mediatek第一顆支援Cat.10的Modem，但同時間Qualcomm S835的Modem也進步到 Cat.16了，X30成為Mediatek第一顆符合中國移動公司補貼採購Cat.7以上規定的AP晶片 。

挑戰二(高端產品):三叢集十核心CPU性能不如對手客製化核心，影響一連串的Product Cycles

去年X20性能輸給S820，今年X30性能輸給S835，雖然對今年的市場競爭有影響，但如果只是輸在個別產品設計上，那下一代product cycle就有機會反敗為勝，影響就只有一年，像X30輸給S835，影響就是2Q17~1Q18這一年，但如果是CPU十核心三叢集整個架構，輸給客製化CPU內核，這種影響就更長遠，如果不改弦更張，可能會輸掉一連串的Product Cycle，也更難翻身。

因為Mediatek從X20就開始採用十核心三叢集CPU架構，先從去年Mediatek X20和同時期的Qualcomm S820開始分析比較。

去年X20創新的十核心三叢集設計，理論上更能兼顧性能和功耗，十核心也是市場最多核心數，但實際上，十核心的X20的運算性能卻輸給Qualcomm只有四核心的S820，也輸給Samsung LSI只有八核心的Exynos 8890(四核M1+四核A53)，除了X20用20nm製程稍微不利之外，最可能的因素，就是Qualcomm S820和Exynos 8890都是使用ARM授權客製化加強的核心，而Mediatek使用的是ARM標準核心。

一、 Mediatek X20和Qualcomm S820的比較

Qualcomm Snapdragon 820(S821只是時脈提升版)用Samsung LSI的14nm製程，擁有自行設計客製化加強版的Kyro四核心，不是採用ARM的big.LITTLE 2+2大小核結構，而是Qualcomm自己的Cluser ASMP，將四個大核心分成兩個cluster，各有不同的時脈頻率和不同容量的L2 Cache，藉以兼顧性能和功耗。GPU使用的是Qualcomm自行開發的Anreno 530，各種評測報導顯示，在3Q16之前，S820/S821雖然只有四核心，但性能表現在市場上僅次於Apple A9，性能超越Kirin 950/955、X20/X25、Exynos 8890這些八核心或十核心的AP晶片。

一般性能測試軟體主要是測到CPU和GPU的性能，但看一下S820的晶片die面積分布，Kyro CPU面積並不大，Adreno 530 GPU佔最大塊，旗艦Smartphone Camera的功能和品質要求越來越高，S820更新的Spectra ISP(內含兩顆ISP)和Qualcomm自己的Hexagon DSP，也佔據蠻大面積。

X20內也有DSP，但只用簡單的Cortex-M4做MP3播放等always on功能，並沒有用到太強大的DSP。但S820比較特別的地方是有一大塊區域是DSP。一般來說，CPU是通用型、彈性大的處理器，ISP或Video Processor則用硬體電路(hardwired)做固定用途運算，效率高但彈性小，DSP的效率和彈性介於CPU和ISP兩者之間，Qualcomm在S820上使用了新版的Hexagon 680 DSP，這顆強大的DSP，用來協助其他幾個處理器: CPU、Video Processor、Display Processor、ISP，如何決定、分配、拆分、管理那些運算分給DSP幫忙更有效率，那些運算由原來的處理器獨立執行，應該有外界不容易了解的複雜技術在裡面， 除了這塊大DSP，S820還有一顆小的DSP，稱為low power island，偵測待機觸控等aloway on的功能，此外，Modem內還有一個DSP，整個S820 AP SoC有三個DSP。

S820用了Qualcomm X12 Modem，下載/上傳分別為LTE Catagory 12/13，遠超過其他對手，更超過Mediatek X20的Cat.6。

資料來源: 網路

二、Midietek X30和Qualcomm S835的比較

Qualcomm Snapdragon 835使用Samsung LSI 10nm製程，CPU將820配備的四核心ARM客製化Kyro，提升到八核心Kyro 280，Qualcomm沒有揭露Kyro 280是由八個一樣的單核心組成，還是四大四小構成? 也沒有說明Kyro 280和Kyro單一核心差別在那裡? 推測Kyro 280比較可能是客製化架構的四大核四小核組成，大核可能基於最新的Cortex A73來修改，小核可能基於ARM Cortex A53來修改，大核時脈2.45GHz，小核時脈1.9GHz。除了CPU部分從四核變八核改變比較大之外，S835其他部分比較是性能上的提升，GPU升級到Anreno 540，處理速度比S820的Anreno 530快了25%。S835上市之後，很可能成為市場上performance最強的AP。ISP提升到Spectra 180，內含兩顆14-bit IPS，單顆相機最高解析度32M Pixels， Dual-Camera 支援兩顆16M pixels相機。

S835整合了Qualcomm X16 Modem，速度提升到LTE Catagory 16(downlink)/Catagory 13(uplink)，還是一樣遠勝過X30的LTE Cat.10，

三、X20和X30性能輸給S820和S835的原因

1. 半導體製程會影響performance和cost，X20用TSMC 20SOC，並沒有用後來的16nm FF+/FFC，而S820用Samsung LSI的第一版14nm LPE(Low Power Early)製程，S820較佔優勢，但到了X30和S835都一樣用10nm製程，雖然foudnry不同(X30在TSMC、S835在Samsung LSI)，但差異應該不至於有決定性影響。X30再度輸給S835就不是製程因素可以解釋的。

2. Kyro和M1分別都是Qualcomm和Samsugn LSI向ARM架構授權之後改良過的客製化ARM核心，不像Mediatek用的是標準ARM核心。2016年以後，在旗艦手機五家AP晶片廠商，有三家都用客製化核心: Apple、Qualcomm、Samsung LSI，只剩下Mediatek和HiSilicon還用ARM標準核心。Mediatek 2017年的新一代X30繼續用ARM標準核心，雖然有更強的A73，但恐怕不易扳倒Qualcomm新一代客製化核心Kyro 280和Samsung LSI新一代客製化核心M2，一個簡單的理由，身為客戶，當Apple、Samsung LSI、Qualcomm和Mediatek四家公司同時收到ARM公司提供的A73資料時，評估一下自己能否做出更好的客製化核心?如果標準核心A73又強又適合目標市場，就直接採用A73，如果發現自己有機會做得更好，就開發客製化核心，保有選擇彈性，例如，Qualcomm的Snapdragon 800用Krait客製化核心，Snapdragon 810改用ARM標準核心(四核A57+四核A53)，Snapdragon 820又改回客製化核心Kyro，Snapdragon S835繼續用客製化核心Kyro 280，但內容可能採用較多ARM標準設計，修改幅度可能比Kyro小。具備客製化核心的AP公司，可以在(1)ARM標準核心和(2)客製化核心，兩者之間切換，進可攻退可守。當然這也要有足夠的規模經濟，養得起內部研發單位。 Mediatek少了這個選擇彈性，只能把產品性能的未來，壓寶在ARM身上，如果ARM下一代核心做得好，大家都可以用，討不了好處，如果ARM下一代核心做不好，別人可以做自己的客製化核心，Mediatek就沒辦法。

3. S820的GPU用Qualcomm自己的產品Anreno 530，性能比X20用的ARM標準四核Mali T880 GPU更強，Exynos 8890雖然也是用Mali T880，但是Exynos 8890用了十二個GPU核心，遠多於X20用的四個GPU核心。

4. Mediatek的任務分配演算法CorePilot，主要控制三叢集十核心CPU和GPU的工作分配，其他ISP、Video、Display等處理器就各自獨立運作。Qualcomm S820除了在CPU核心之間使用不同於ARM big.LITTLE的Cluster ASMP技術來分配任務，強大的Hexagon 680 DSP還能支援CPU、Video Processor、Display Processor、ISP等不同處理器的工作，自動將適合的工作劃分給適當的處理器執行，這種高超的異質運算(heterogeneous computing)技術能力，應該也對S820性能勝出有很大幫助。

5. S820/S835和X20/X30功能上最大的差異在Modem，這向來都是Qualcomm的強項，S820已經到LTE Cat.12/13，X20還在LTE Cat.6，S835到Cat.16，X30只到Cat.10，落差很大。這也是Mediatek在2H16~1H17這一年期間輸掉中國手機客戶中高階市場佔有率的最主要原因，因為中國移動手機採購要求人民幣2000以上的手機都要有Cat.7以上的Modem，Modem功能落後不只影響X20，Mediatek整條中高階產品現都受影響，1H16的Helio P10還賣的很好，到了2H16的P20，就只有少數公司繼續採用，2017年二月發表的P25，只是P20系列的升級版，Modem還是只有Cat.6，註定2017年很難賣中國市場。

聯發科在高階AP晶片市場會有幾個長期的挑戰，包括CPU和GPU基礎能力不足，太過依賴IP公司的標準化產品、異質運算能力不夠強。至於Modem的性能和成本，則不只影響高階產品，而是影響高中低全線產品的競爭力，從短期到長期都有影響。

挑戰三(高端產品):對手CPU技術強，聯發科是否建立自主CPU技術?

建立客製化CPU核心的能力，要長期投注龐大的研發資源，Mediatek推出十核三叢集核心的創新架構 + 標準ARM核心，希望用相對少的研發資源、更快的時間，打入高階AP晶片市場，但去年X20性能輸給S820和Exynos 8890，今年預測X30性能也將輸給S835和Exynos 8895，連續兩輪產品都輸，大概表示，十核心三叢集的CPU架構，無法和客製化CPU內核的對手競爭。Mediatek X30輸給Qualcomm S835，只輸一個product cycle，但十核三叢集標準ARM核心，如果performance在結構上輸給Qualcomm和Samsung的客製化核心，就會輸掉一連串的product cycle，任何廠商，在高端/旗艦AP晶片市場，如果沒有自己的CPU能力，除非對手自犯嚴重錯誤，否則可能長時間都很難建立有優勢的產品。

以前只有Qulacomm一家公司有客製化CPU核心能力，Samsung LSI在投資研發多年之後，去年也推出第一顆客制化ARM架構的M1核心，用在Exynos 8890上當作大核(四核M1+四核A53)，今年推出新一代的客製化核心M2，用在2Q17上市的Exynos 8895上(四核M2+四核A53)

CPU能力: Qualcomm > Samsung LSI > Mediatek=HiSilicon

CPU基礎能力問題，恐怕比當年度業績好壞更值得深思。Mediatek將面臨一個非常困難的抉擇，是否要投入資源建立自己的CPU客製化能力?決定投入，等於是進入CPU領域，投入的RD人力、資源、時間都很巨大，還不一定有成果，而且資源有限，Mediatek也不像Samsung還有集團內手機部門可培養in-house AP晶片，但如果不做，除非Qualcomm自犯錯誤，否則Mediatek要用ARM標準核心的排列組合，在注重performance的高階AP晶片市場打敗Qualcomm或Samsung LSI，將會非常困難。

要建立一流的自主CPU設計能力，是一項大工程，根據Samsung官網對Exynos 8895的說明，第二代客製化CPU核心向ARM授權ARMv8 ISA，重新設計CPU微架構(micro-architecture)，包括分支預測(branch predition)、提取(fetch)、解碼(decode)、調度(dispatch)和執行單元........讓8895有更強的執行速度(enhanced performance)和更好的省電效率(energy efficiency)，基本上，就是要有整顆CPU自主設計能力，才有能力修改ARM核心，不用自己的CPU IP而選擇授權修改ARM IP，只是為了軟體相容和更快速進入市場(time to market)。

挑戰四(高階產品):是否建立自主GPU技術?

影響AP SoC晶片性能的，還有GPU和DSP，Qualcomm早年向AMD(ATI)買下Imageon GPU技術後，更名為Adreno，多年來持續不斷的研發演進，當其他手機AP晶片廠，向ARM授權Mali GPU或向Imagination授權PowerVR GPU，Qualcomm則一直都用自己的Adreno GPU，近年Smartphone性能越來越強、螢幕越來愈大，遊戲、影像等高階應用越來越多的時候，GPU對於AP SoC晶片性能的重要性也越來越大，高端AP SoC產品中，GPU電路往往比CPU更大更複雜，可知GPU的重要性，Qualcomm Adreno GPU一向表現良好，對AP整體性能有很大幫助。最近Apple宣布下一代AP晶片將不再採用Imagination的GPU IP，看來Apple已經建立了自主GPU技術，其他AP晶片廠商都沒有自己的GPU，Samsung LSI Exynos 8890和Mediatek X20系列一樣都用ARM Mali T880，但X20用四核，Exynos 8890卻不計成本使用了十二核心Mali T880 MP12，2Q17年即將上市的Exynos 8895，不但GPU用更新到ARM G71，更把核心數加到 十八(或二十)核心，靠著強大的繪圖性能，推測Exynos 8895的performance可能再度超越Mediatek X30。

Qualcomm的Hexagon DSP也是自有專屬架構，不像其他人也是向ARM授權。也就是說Qualcomm不但有自己的CPU技術，也有自己的GPU技術和DSP技術，基於指令集要和ARM相容，並tim-to-market目的，Qualcomm還會向ARM取得架構授權，打造客製化CPU，但GPU和DSP和軟體相容無關，Qualcomm也不需要架構授權，完全走自己的路。

和CPU一樣，要建立自主GPU技術，也是龐大的投資，所幸GPU IP授權來源不只一家，還有一些差異化的機會。但GPU影響的不只有性能，因位高階GPU電路複雜，佔了整個AP很大的die size，如果自有GPU技術，會有更多機會在設計上最佳化，這也是Qualcomm獨家的優勢。

DSP部份，Mediatek從feature phone整合的ISP開始、到ODD/DVD、到LCD TV、到現在AP裡面複雜的Camera ISP，都有豐富的DSP相關經驗，2012年購併Coresonic之後，LTE Modem中也用自己的DSP，理論上 Mediatek的DSP技術不會落後Qualcomm太多。

挑戰五:加強異質運算(Heterogeneous computing)能力

現代AP SoC內含多核心CPU、多核心GPU、 DSP、ISP、Video Processor、Display Processor等，依照到特定工作用途排序，CPU是一般通用型用途(general purpse)處理器，Video Processor、Display Processor是特定用途的專用處理器，負責影音編解碼和螢幕輸出運算，ISP主要是Camera專用，但還是有彈性， DSP介於通用和專用中間，GPU則可支援CPU和其他處理單元中有關繪圖加速的部份。不同的處理單元如何協同運作、分擔工作、提高效率，是設計複雜Smartphone AP SoC晶片的重要能力之一。例如，CPU如何和GPU共享記憶體空間，避免資料搬運的延遲、不同處理單元的cache快取如何設計等，以往PC時代，這個議題大家侷限在CPU多核心之間的運作，APU之後加入CPU核心和GPU之間的運作，但都還是以CPU為重心的運作方式，到Smartphone AP SoC，CPU以外的各個處理單元更加重要，異質運算能力挑戰也更大。Mediatek和Qualcomm都是Heterogeneous System Architecture (異質性統架構HSA)基金會的創始成員之一，雖然HSA有制定一些標準規格，但各家似乎還是有各自的獨特技術。

Mediatek介紹X30用的CorePilot  4.0演算法，管理分配任務到CPU十個大中小核心三叢集運算，以及調配CPU和GPU的工作負荷，分為三個子系統: (1)任務調度系統、(2)溫度管理和電量分配系統和(3)用戶體驗監控系統。演算法能預測各任務的電量使用，進行優先排序處理，將任務分配到合適的CPU叢集中，調整合適的頻率和電壓。著重在CPU三叢集各核心之間的任務分派和電量管理，沒有說明CPU和GPU的如何協同運算，但既然CorePilot被稱為異質運算技術，應該也可以管理CPU三叢集和GPU之間的任務分派和工作負載調節。

Qualcomm介紹S820，不但CPU各核心使用Cluster ASMP技術來分配任務，Symphony System Manager技術，在 Snapdragon820 的異質運算架構下，CPU、GPU、DSP及 Spectra  ISP 等處理器單元之間，能共同分攤更多的任務。意味可結合SoC的多項處理器單元來共同完成任務。Qualcomm自有技術的Hexagon 680 DSP能支援CPU、Video Processor、Display Processor、ISP等不同處理器的工作，將適合的多媒體和感測信號分給適當的處理器單元執行，對比ARM Cortex-A系列CPU使用NEON SIMD技術加速多媒體和感測信號處理，每個核心都有NEON SIMD引擎，Qualcomm卻另外使用強大的Hexagon DSP，協助CPU/NEON處理多媒體信號，NEON SIMD引擎是在單一CPU個別核心裡面，單一核心有自己的L1 Cache，好幾個核心組成一個叢集(cluster)，叢集內的所有核心共享L2 Cache，兩個叢集組合的多核心CPU，透過共同的介面和其他運算單元交流資料，Hexagon DSP在CPU單元外部，卻能協助CPU單一核心內的NEON SIMO處理多媒體信號，這種高超的異質運算(heterogeneous computing)技術能力，真是很難揣測其原理。

以現在手機多媒體應用越來越重要，Qualcomm Hexagon DSP在AP SoC中發揮的效果更重要，Qualcomm獨特的用Hexagon DSP協助其他運算單元運算多媒體訊號，橫跨多個CPU大小核心、DSP、ISP雙核心、Display processor、Video processor各種異質運算單元，相對Mediatek只強調CPU內部各叢集各核心之間，或CPU和GPU之間的異質運算，應該有很大的進步空間。

 資料來源: ARM

資料來源: Qualcomm

挑戰六(中高端產品):缺乏四大核四小核產品，很難面對S653和S660競爭

Mediatek Helio X系列用十核心，P系列八核心，乍聽之下很合理，但X20或X30十核心是包含兩個大核2xA72或2xA73，P系列的八核心都是八個小核A53，用電壓和時脈頻率來區分big.LITTLE兩個叢集，X系列和P系列之間的performance差距大，中間欠缺四大核四小核的產品，讓產品線有缺口，參考前面的Smartphone AP Roadmap圖，去年Qualcomm的S652/MSM8976(四大核A72+四小核A53,Cat.7)、Kirin 950(四大核A72+四小核A53,Cat.6)，今年Qualcomm S653/MSM8976Pro(四大核A72+四小核A53,Cat.7)，S660/MSM8976+(四大核A73+四小核A53,Cat.9)性能比去年更強，有往上威脅X30的實力，這幾款AP晶片很適合常將高端機種用降一檔次AP的OPPO/Vivo，或想從一大堆八核A53產品中往上提升做差異化的手機客戶。而Mediatek則完全沒有這塊市場區隔的產品。

Mediatek能不能用去年的X20十核心舊產品往下打競爭對手今年的四大核四小核產品? 不適合，一來X20/23/25/27的Modem只有Cat.6，和中高端市場所需的傳輸速度不吻合，二來十核心和20nm的成本結構也不適合中高端市場，無法勝過S660的14nm(14LPP)成本結構。如果要用X30最高端產品，往下打中高端市場，來和S660競爭，自我降級，應該也不是Mediatek所樂見的。

媒體曾經報導過2H17 Mediatek會有一顆四核A72+四核A53的產品(Helio P30?)，如果真的有的話，就可以填補這個中高端市場的產品缺口，但公司還沒公布，無法確定。

挑戰七(中端產品):P25將被S626橫掃，靠MT6750/T力抗S435和SC9860

Mediatek的主流產品，也是過去最有優勢的產品區隔，不是高端(十核和客製化核心)，不是中高端(四大四小)，而是中端(八小核)和低端(四小核)市場，幾乎所有晶片廠商在八小核這個市場，都是用八核A53，A53本來被ARM定位為小核，但各廠常將八個A53分成兩個叢集(cluster)，各有四核心，兩個叢集分別用不同的電壓驅動不同高低的時脈頻率，達成類似大小核分工的效果。

Mediatek在八小核中端主流市場，有兩條產品線，一條是行銷上和Helio X系列同樣被定位在高端市場的Helio P系列，但其實P系列的performance只能算是(中端-中高端)市場，2H16上市P20(MT6757)，1H17上市的P25(MT6757T)，P25只是P20的小改款，規格差不多，CPU都是八核A53、GPU是Mali T880MP2，24MP ISP(支援Dual Camera)、Modem是Cat.6 2xCA，因為2017年中國移動公司4G補貼採購機規定2000元人民幣以上機種需要有Cat.7以上傳輸速度，這個價格帶正是Helio P系列的目標市場，因此當P25發表Modem還是只有到Cat.6的時候，大概這條產品線就注定要賣不好了，不用和對手的產品競爭，自己就先被門檻刷下來了，因此P20/P25的市佔率，應該會比去年P10/P15的市佔率來的低，如果我們把同系列新產品市佔率變小，稱為失敗的話，P20/P25的失敗，從OPPO主力機種R9從P10轉到R9S的S625，是一個明顯的例子。

Qualcomm在(中端-中高端)八核A53的S625(MSM8953)和S626(MSM8953Pro)在這個市場區隔中，預料2017年將橫掃整個市場，一來規格好(CPU八核A53、GPU Anreno 506，Cat.7/13)，二來採用Samsung LSI的14nm(14LPP)製程，三來主要對手Mediatek P20/P25沒有支援Cat.7未戰先敗，Samsung LSI Exynos 7870/7880製程一樣14nm但GPU較弱，而且外賣市場客戶也很少，威脅不大，HiSilicon 650只有華為自用，而且Modem也只有Cat.6，規格上唯一可和S625/S626競爭的，是Spreadtrum的SC9860系列(八核A53、Mali-T880MP4、Cat.7、TSMC 16nm)，但Spreadtrum的形象定位無法在這個市場區隔和Qualcomm抗衡，可能會打到下一層級(中端-中低端)的Mediatek MT6570/T和Qualcomm S435。

X30市佔率低於X20系列，P20/25市佔率低於P10/15系列，代表了Mediatek這幾年無論是研發和行銷上都重金投入的Helio高階產品線，在2017年將遭遇挫折。

至於Mediatek最重要的(中端-中低端)八核A53產品，在1H17都在賣去年的舊產品，包括MT6750和6750T，主要規格: CPU八核A53、GPU Mali-T860MP2、16MP ISP、HD720或FHD(T)、Cat.6 2xCA，在TSMC用28HPM製程，還有兩年前更舊產品MT6753。MT6750/T在2017一整年都還會是Mediatek手機事業部最重要的產品線之一，價格定位大多在人民幣2000元以下機種，不一定需要Cat.7，產品定位介於Qualcomm Snapdragon 600和400之間，比S626差但比S435好，如果晶片訂價得宜，有機會維持原本的高市佔率。主要對手是Qualcomm的S435(MSM8940):八核A53 CPU、Anreno 505 GPU、Cat.7/13、28nm(28LP)製程，和Spreadtrum SC9860:八核A53 CPU、Mali-T880MP4、Cat.7、TSMC 16nm製程，如果僅從規格來看，SC9860最好，GPU最強、Cat.7、製程也最強(製程先進對速度、成本和功耗都有幫助)，但晶片廠形象定位最差，MT6750/T性能規格比S435好，而且400系列讓消費者有自降到第三級的感覺(次於800系列和600系列)，MT6750/T如果價格合理，應該還是有相當的競爭力。

MT6750/T的缺點和其他產品一樣，Modem只有Cat.6，到2017年12月中國移動公司的4G補貼機種Cat.7門檻，將從2000元人民幣降到1500元人民幣，對MT6750/T將產生威脅，這個不只影響這一代機種，還會影響下一代機種，因為客戶會猜想2018年中國移動何時會繼續下降補貼門檻呢(更低價機種也需要Cat.7以上)? 何況主要對手產品S435和SC9860的Modem都已經達到Cat.7了。

基於以上討論， Mediatek應該也必須要在2H17將MT6570/T系列的Modem提升到Cat.7以上，或推出全新的產品，目前沒看到任何公開資料關於MT6750/T後續晶片的細節，以外行的角度推測，一定會有一款這樣的產品，例如MT675x(暫定)，猜測規格是:八核A53 CPU(至少到2.5GHz)、Mali-T860MP2 或Mali-T880MP2、Cat.7或Cat.9、支援Dual Camera，用TSMC 16nm(16FFC)，用T860或T880取決於SC9860用T880四核，MT675x是不是至少要提升到T880雙核? Modem Cat.7是基本，但為了防範未來補貼政策修改的風險，以及對抗S435下一代產品對Modem再提升的可能性，是否乾脆用到Cat.9? 但相對die size變大也會影響成本競爭力。最完美的狀況，就是，基於MT675x已經是Mediatek第三款使用TSMC 16nm製程的產品(之前有P20和P25)，對design rule、製程參數、良率風險越來越有掌握，可以挑戰更具成本競爭力的設計，而Modem這一塊，也開發更新的架構，在傳輸速度和die size的trade-off中有更佳的平衡，也就是說，這條產品線主打性能規格不輸別人，但成本競爭力強的C/P值策略。

挑戰八(低端產品):競爭力佳，挑戰在於獲取更大市佔率，彌補高端/中高端市場的損失

Mediatek在四核A53的低端市場，應可維持穩定的競爭力， 2017年只要競爭在於MT6738/T對抗S427(MSM8920)，MT6737/M/T對抗S425(MSM8917)兩組產品的競爭。Mediatek MT6738/T(T版支援FHD)規格:四核A53 CPU、Mali-T860MP2 GPU、Cat.6、28nm製程，Qualcomm S427規格:四核A53 CPU、Anreno 308 GPU、Cat.7/13、28nm製程。MT6378/T的GPU較強，Modem較弱，但低端市場，Modem速度差一點應該不會太嚴重，如果價格合理，MT6738/T應可維持優勢。另一組Mediatek MT6737/M/T(標準版HD730/1.3GHz, M版較低qHD/1.1GHz, T版較高FHD/1.5GHz)GPU用次一級的Mali-T720MP2，Modem只有Cat.4，S425規格也和S427差不多，主要也是Modem只有Cat.4，在這一組MT6737和S425產品性能規格應該很接近，Mediatek應該有成本優勢和價格吸引力。

四核低端產品市場，Mediatek維持市佔率應該問題不大，但因為2017年Helio X30在高端市場流失市佔率，四大核四小核中高端市場也沒有產品， Helio P20/P25在中端-中高端市場也流失市佔率，MT6750/T穩定，但2H17的deisng win受到Modem只有Cat.6和2018補貼政策風險影響、新產品MT675x還沒公佈細節，變數大，因此Mediatek在競爭力穩定的四核低端市場，應該要思考如何盡量擴大市佔率，來彌補其他產品線流失的市佔率。

挑戰九:基頻Modem速度業界最慢，DSP疊床架屋需要重整

從以上的討論，Mediatek的4G LTE產品，無論是高端、中端、低端，Baseband Modem(基頻數據機;基頻處理器)速度都輸給Qualcomm，越高端的產品，Mediatek的Modem傳輸速度輸得越多。 雖然Baseband Modem一直都是Qualcomm的強項，也是4G LTE的技術領導者，但Mediatek應該是漸漸追上來，而不是落後越來越多，再說，當去年1H16 Samsung LSI的Exynos 8890內含的Modem已經進步Cat.12/13，追上Qualcomm當時最新的S820，4Q16 HiSilicon Kirin 960的Modem從Kirin 950的Cat.6一舉推進到Cat.12/13，也追上Qualcomm S820，差不多時間4Q16 Spreadtrum的SC9860的Modem也提升到Cat.7，也超過了Mediatek，Mediatek一直到1Q17最新的P20/P25 Modem還是Cat.6，也就是說， 從第一款Cat.6 Modem的P10於4Q15上市場，到最新一款1Q17上市產品P25最先進的Modem還是Cat.6，整整大約一年半的時間，Mediatek的LTE Modem幾乎毫無進展，不但落後Qualcomm，也落後Samsung LSI、HiSilicon、Spreadtrum，如果把供應Apple iPhone的Modem晶片的Intel也算進來，六家競爭廠商中，Mediatek的LTE Modem速度排最後一名，全世界手機晶片出貨量第二名的廠商， 到1Q17為止已上市產品中，其LTE Modem速度卻是世界最後一名，已經成為Mediatek全線產品的致命傷，甚至無法進入中國移動補貼機市場。

2Q17 Mediatek即將上市的X30將Modem提升到Cat.10，但同時上市的Qualcomm S835卻已進展到Cat.16，Samsung LSI同時上市的Exynos 8895也進展到 Cat.16，雖然今年HiSilicon Kirin 970 Modem大概還是停留在去年的規格Cat.12，但還是超過X30的Cat.10，今年Meidatek的LTE Modem速度只勝過Spreadtrum一家。

到底Mediatek的Baseband Modem研發部門是出了什麼事? 從各種公開資訊等蛛絲馬跡稍為猜測一下，首先看管理階層的公開講話:
(1)2017年margin(毛利率)還是在調整的一年，成本優化的產品有機會在2H17推出，Margin可小幅提升
(2)2H17將推出第三代Modem架構，改變設計更優化、die size小很多，也會採用適當製程cost down，前幾代Modem落後競爭者，新一代Modem和競爭者接近，AP其他部分也會導入新的設計方法論，有些地方比競爭者好一點。

一、LTE規格演進，Modem處理性能增加好幾倍

無線通訊頻譜有限，需要調變技術(Modulation)和多工技術(Multiplex)，Baseband Modem(基頻晶片)用來進行類比數位轉換ADC/DAC、壓縮/解壓縮(Decoding)、頻道編碼/解碼、交錯置/解交錯置(De-interleaving)、加密/解密(De-ciphering)、格式化/解格式化(De-formatting)、多工/解多工(De-multiplexing)、調變/解調變(De-modulation)、多重輸入多重輸出(MIMO)、管理通訊協定、I/O控制等。LTE-Advanced 更需處理高達3~5X載波聚合(CA)， 其中大部分工作由DSP處理，通訊協定和I/O控制由CPU(特別是real time processor)處理。Qualcomm的資料顯示，當今Spapdragon X16 modem的下載速度高達1Gbps，是第一代LTE modem的10倍，對Modem中的DSP處理器performance需求也是好幾倍的成長。

 資料來源: Qualcomm

二、Mediatek併購的Coresonic DSP，面對好幾倍增長的Modem處理能力，競爭力能否跟上Qualcomm和CEVA，不無疑問

Qualcomm的Modem使用自己的DSP，去年發展到QDSP6 V6，用於S820的Modem中，今年的S835，速度達到最快的 LTE Cat.16約1Gbps，可能也會更換新版的QDSP6 V7 DSP。Qualcomm的LTE Modem DSP業界第一，沒有疑問。

其他廠商包括Intel、Samsung LSI、HiSilicon、Spreadtrum的大部分產品都是使用CEVA公司的 DSP IP為主，小部分產品曾經用Candence Tensilica的DSP，Intel原本自己的2G/3G Modem用的是CEVA DSP，併購Infineon手機晶片部門後，因為Infineon的LTE Modem使用Tensilica DSP，Intel直接將LTE Modem獨立合併到2G/3G Modem中，變成兩套DSP分開運作。CEVA幾乎囊括了Qualcomm、Mediatek以外全部的廠商LTE Modom中的DSP市場，達到經濟規模，產品競爭力維持Qualcomm亦步亦趨，緊跟在後。

資料來源:CEVA

Mediatek自從2011年開始用Coresonic的DSP設計LTE Modem，2012年宣布購併這家瑞典公司，Coresonic的CEO Johand Lodenius也成為聯發科的首席行銷長，這應該是一個很好的購併案，花費不多，但掌握LTE DSP技術後，幫助Mediatek的AP SoC快速攻城略地，成果非凡。但當年LTE Modem的下載速度只有100Mbps，和今天要求的1Gbps，差了十倍，Modem內所需的DSP perormance也增加好幾倍，這幾年的發展，Mediatek的Modem速度從跟隨Qualcomm，變成世界倒數第一，讓人不禁懷疑，是不是Coresonic DSP推陳出新的競爭力，已經不敵原本就超強的Qualcomm  DSP和其他競爭者合力支持、具有經濟規模的CEVA?

三、Mediatek Modem內部包含多顆DSP，影響競爭力

根據Mediatek的產品說明，Modem內部有多顆CPU和DSP，例如，有一或兩顆ARM Cortex-R4當realtime processor，2G/3G部分用智原FD216 DSP，4G LTE部分用Coresonic DSP，後來向VIA取得CDMA技術受權之後，為了快速推產品，很可能直接將VIA CDMA整塊加到自已的Modem裡面，原本VIA CDMA中的CEVA DSP也直接隨著CDMA block加到Modem中，後來Cat.6 Modem，ARM R4又從一顆變兩顆，此時CEVA DSP不知道有沒有被整併，也就是說，到了2016年的AP SoC主力產品中的 Cat.6 Modem，裡面有一或兩顆ARM Cortex-R4  + 可能有一顆CEVA DSP(CDMA) + 一顆FD216 DSP(GSM/EDGE/WCDMA/TDSCDMA) + 一顆Coresonic DSP(LTE-FDD/TDD)，因為手機同時間只會聯結一種網路，多顆DSP中只會有一顆在運作，其他DSP閒置，即使不考慮Coresonic高檔DSP可能的performance競爭力問題，多顆DSP同時存在Modem中，對AP SoC的die size和成本很不利，以前LTE速度要求不高的時候，Modem block面積不大，問題還沒有那麼凸顯，但到了LTE要求速度達到Cat.10、13、16時候，Modem電路面積變很大，Mediatek就面臨了要追求速度還是成本的兩難局面，推測這也許就是Medaitek Modem落後到世界最後一名的原因。換句話說，Mediatek不是不能把Modem做更快，而是現有的Modem DSP架構之下，更快的Modem可能會造成die size變很大，成本將沒有競爭力。

四、重新設計Modem中的DSP結構是當務之急

依據以上分析，目前看來，Mediatek AP SoC中的Modem內含多顆DSP和CPU，對照競爭對手只用一顆最新或最適合的CEVA  DSP + 一顆強大的ARM Cortex R7或R8，別人兩大顆，MTK Modem可能內含4~5顆較小DSP+CPU，當初這樣做，可能式為了time to market盡快達到六模全網通(world mode)，快速打入Verizon/韓國/中國電信的網路，當初這樣做可以理解，但當LTE速度要求大幅增加時，要用更大的DSP，就面臨成本die size和performancem的無效率和衝突，如果這個分析推論正確的化，Mediatek當務之急是要全部重新整理Modem的DSP結構，使用一顆較強的DSP + 一顆較強ARM core，用軟體演算法達成彈性的programable solution來切換六模(mode): GSM/WCDMA/TDSCDMA/CDMA/LTE-TDD/LTE-FDD，只在需固定密集運算的部分用硬體電路執行。這很可能就是Mediatek管理階層所謂的新的cost down結構Modem。

至於Coresonic DSP到底有沒有競爭力問題? 其實問題不大，因為CEVA的授權費用不高，如果Mediatek發現Coresonic最新的DSP IP輸給CEVA，也可以向CEVA授權，或者同步進行，高階Modem用CEVA DSP，中低階用Coresonic DSP。何況Mediatek產品線眾多，其他產品線應該也有授權CEVA部分DSP，本來就是既有客戶。

聯發科資源雄厚、人才眾多、經營出色，2018再起機會大

Mediatek於2017年面臨這麼多挑戰，面對Qualcomm這種各方面都很強的對手，以上分析，還沒有觸及Samsung、華為/HiSilicon、小米自製AP晶片的威脅，也沒有談到中國大陸政府對本地IC設計公司的支持，看來困難重重，但Mediatek人才眾多、資源雄厚、長年經營績效出色，相信公司早有因應之到，我們回顧Mediatek的成長歷史，每一仗的對手，在當時看起來，無論規模、技術、專利、資源，都是不亞於現在的巨人Qualcomm，每一次遇到的困難，比起現在也多有過之而無不及，當年ODD面對OAK、DVD-Player面對Zoran、ESS，DTV晶片面對Trident，這些對手都已經不見了，2G/3G晶片面對TI，接著開發ISP、Wi-Fi、GPS、BT、PMIC、RF各種晶片整合到Baseband SoC，到4G Smartphone AP面對Qualcomm一路打到現在，除了Qualcomm還有硬仗要打之外，2G/3G/4G多少手機晶片競爭對手已經被打敗消失了? 在全球有點規模的Fabless和IDM中，進入新產品事業BU，印象所及，成功率(站穩Top 3有獲利可以生存下去)最高的就是Mediatek，新產品成功率幾乎100%，長期經營績效世界第一流。

短期內，Mediatek如能更新Modem DSP結構，則Modem成本和傳輸速度將大幅改進，中、低端主流AP新產品競爭力就可增強，從4Q17開始有機會重起成長動能，1H18如能推出S660等級四大核四小核產品，堵住產品缺口，往中高端市場走，中期內，如能加強CorePilot異質運算能力，配合翻新後的新Modem結構在傳輸速度上追上領先群，即使繼續用ARM標準核心，2H18年也有機會做出高性價比的高端AP產品，雖然還不能打敗Qualcomm，但至少可突破2017年高端市佔率幾乎是零的窘境，並回收一些研發投資，長期看，如要在5G時代打敗Qualcomm，則必須投資研發或購併建立自主CPU和GPU技術，並擴大DSP投資，要同時在CPU、GPU、DSP、異質運算、5G、專利布局六大基礎能力上追上Qualcomm，恐怕還要花好幾年的時間，才有機會靠實力全面的、戰略性的打敗Qualcomm，在此之前，只能靠產品策略、製程策略，短暫的在特定時點中戰術性的擊敗Qualcomm。

隨便想定一個假設，Mediatek以前偏好用較成熟製程，利用良率和wafer價格優勢，做先進的產品， X30是首度用最先進10nm製程，Qualcomm則向來喜歡用最先進製程，也就是說，以前Mediatek和Qualcomm的先進製程產能沒有衝突，今年雖然都用10nm，但一來，Mediatek在TSMC做，Qualcomm在Samsung LSI做，二來X30也沒什麼量，還是不會有產能競爭問題，但2018年如果Mediatek產品改進先進製程投片量變大，TSMC這邊，7nm使用多重曝光Immersion搭配少量EUV的方案，對決Samsung LSI和Intel全EUV的7nm製程方案，如果，只是如果，TSMC 7nm勝出，Qualcomm回來TSMC 7nm投片，TSMC要支持Apple和相對忠誠的客戶聯發科，爭取產能上，聯發科就會以逸代勞比Qualcomm佔優勢，取得這種特定時點，暫時性的戰術勝利，還是有很多可能性的。

長篇:台積電(TSMC)深度報告-2015/11版

目錄:
一、3Q15財報和4Q15展望
二、結構獲利能力持續進步
三、半導體景氣調整，2016年溫和成長
四、20nm和16nm製程良率大幅改善，2016年16FFC推進主流市場
五、10nm製程於end-2016三強對決
六、TSMC 7nm製程的技術抉擇
七、InFO技術讓TSMC取得100% A10訂單，長期將改變封裝產業生態
八、TSMC靠新版28nm HPC+維持28nm製程高市佔率
九、客戶分析-Apple
    1. Apple AP wafer需求量預估今年650K，明年711K，成長9%
    2. Apple AP wafer foundry產值預估
    3. TSMC在Apple AP foundry市佔率預估

十、客戶分析-Qualcomm

    1. Qualcomm "恢復" 分散foundry投片策略
    2. Snapdragon 820轉單Samsung 14nm FinFET製程生產
    3. Snapdragon 412可能轉單SMIC 28nm製程生產
    4. Snapdragon 616是否轉單不太清楚

    5. 2016年TSMC的Qualcomm業績將衰退，Apple變成最大客戶
十一、TSMC產能

十二、Foundry產業的關鍵競爭要素
    1. 先進製程技術

    2. 製造良率和效率

    3. 客戶服務

十三、TSMC競爭力分析

    1. TSMC的先進製程技術能力

    2. TSMC的製造能力

    3. TSMC的製程設備共用性

十四、TSMC 2016年仍可成長5~10%

一、3Q15財報和4Q15展望
       

        3Q15營收2,125E，+3.4 QoQ，12吋wafer約當出貨量2,216K，-1% QoQ，毛利率(GM)從上季48.5%微降到48.2%，營業利益率(OPM)從2Q15季的37.5%微降到3Q15的36.9%，營業利益(OP)從1Q15季866E降到2Q15的771E。GM和OPM都在公司財測範圍內。 稅後淨利753E，EPS NT$2.9。

        根據公司揭露的資料推估，3Q15總產能約2,300K 12"約當晶圓，出貨量產能利用率(Utilization; UTR)約95%，低於1Q15的102%和2Q15的98%，推估Blended ASP估計US$2,935，和上季持平。3Q15製程別產品組合和上季比較變動不大，16nm + 20nm共21%(估計16nm 2%, 20nm 19%)、28nm 27%，28nm以下製程比例合計48%。

        公司guidance 4Q15營收2,010~2,040E，GM 47.5~49.5%，OP 36.5~38.5%。假設4Q15產能2,368K，出貨量2,068K，產能利用率將降到86%，ASP假設持平，則營收約2,030E，-4~5% QoQ。產能利用率降了9%，毛利率還能維持住，表示TSMC 4Q15的良率，尤其是強勁ramp up的16nm製程，應該有非常顯著的進步，才能抵消產能利用率下滑的負面影響。

二、結構獲利能力持續進步

        TSMC近年的結構獲利能力(structural profitability)持續進步，結構獲利能力由兩個部分組成:
1. 標準毛利率(standard  gross margin; SGM): 特定產能力用率之下的毛利率。
2. 標準產能利用率(standard utilization): TSMC企圖達到或超過的產能利用率。

        過去幾年，TSMC的SGM穩定進步，換句話說，同樣一個產能利用率，每年的GM都更高，而標準產能利用率，也一直維持得很高，因此結構獲利能力也持續進步。結構獲利能力和整體的長期CAPEX產能投資正確與否、或景氣突然熱絡或低落所造成的產能利率用過高或過低無關，代表的是日常營運能力、公司內部的能力，和外部大環境的變化、以及公司對外部環境的預測能力，比較無關。TSMC的結構獲利能力的進步，來自於以下三方面的努力，讓成本持續下降。
1. 工廠營運管理持續創新，帶來的生產力和效率提升，也讓設備更有效的被使用。
2. 先進製程產能擴張，非常謹慎小心。雖然這幾年還是有大量CAPEX擴充產能，因TSMC和大客戶已成夥伴關係，新製程產能投資，都能配合客戶的產品規劃和產能需求，不像後進者，只能先投資製程產能，再來爭取客戶的second source。
3. 這幾年每一代新製程的良率提升速度穩定進步。新製程量產後一兩年，毛利率往往低於公司平均數，因此，每代新製程的良率提升速度，對全公司的整體毛利率影響很大。

        從財報上來觀察結構獲利能力的變化。我們將3Q15營業成本(COGS)1,102E分成兩塊， "折舊攤提"=561E和"其他營業成本"=540E，半導體公司大部分的折舊發生在 COGS的廠房機器設備，少部分發生在OPEX辦公設備，這裡簡化都計入COGS，將折舊攤提 / wafer出貨量，=每片wafer折舊成本US$795，約略等於2Q15的US$791，(折舊/wafer)影響因素包括(1)總折舊攤提金額、(2)產能利用率，(3)產能的製程組合，(4)出貨的製程組合。通常採用越先進製程生產的晶圓，因為設備越昂貴，以及cycle time越長，每片wafer分擔的折舊金額越高，這也是3Q14和4Q14 當20nm比例大幅上升的時候，(折舊/wafer)暴增到US$800以上的原因，隨後1Q15~3Q15 20nm比例維持在15~20%，總折舊攤提金額降低，(折舊/wafer)下降到US$769、US$791和US$795，預料未來一年，隨著更多20nm和16nm設備投產認列折舊，以及16nm製程產品cycle time長達3個月，(折舊/wafer)未來接近或超過US$800將成為常態，一旦不景氣產能利用率跌破90%時，(折舊/wafer)更可能高於US$850，也就是說，先進製程雖然ASP高，分攤設備折舊也高，加上cycle time長，metal和poly層數更多，耗用的材料成本也更多，量產初期幾個季度，良率還不夠好的時候，往往GM反而低於成熟製程。

        將3Q15 (其他營業成本/wafer出貨量)，=每片wafer其他營業成本US$765，比1Q15的US$792低，而比2Q15的US$740高，這個數字，最能看出一家半導體公司的真正工廠效率和經營績效，有點類似EBITDA margin的觀念，但直接算成per wafer的數字，更為實際，其他營業成本，主要是製程中消耗的原材料、設備/設施/無塵室維持、線上工程師和作業員等，和會計上的變動成本接近，但有些項目，理論上可變動，實務上不太能變動，例如直接人工、工廠維持等等，還是要算在(其他營業成本/wafer)，影響因素包括(1)生產效率，例如各廠區、各機台和產品的最適當分配、各機台的普遍嫁動率、產品總良率和各單站機台良率、工廠layout等，尤其是foundry廠，有幾百個不同製程的產品在各工廠裡面跑，要最佳化的安排這些多種少量的產品，最能顯現出TSMC這種專業foundry和Samsung LSI這種IDM foundry的管理效率的差距，這一兩年TSMC開始將一些product life cycle長的客戶產品，自行在淡季時增加投片量，降低生產高低波動，也是提高生產效率的一個做法，(2)製程組合和cycle time，越先進製程耗用的材料越多，有些材料耗用和先進製程成正比(例如光阻劑)，有些材料和製程比較無關，但先進製程layer數多，多做幾layer本來就會用更多材料、更多人力時數、更多廠房設施維持成本(氣體水電環保等)。(3)良率。(4)產能利用率的影響不若(折舊/wafer)大，但仍有些許影響。依據TSMC法說會給的4Q15 guidance，計算出，4Q15的(其他營業成本/wafer)將下降到US$715，在16nm製程放量、產能利用率下降的情況下，這個數字還能下降，表示16nm、20nm甚至主流的28nm良率，應有明顯進步，帶來相當的cost down效果。

三、半導體景氣調整，2016年溫和成長

        

        2015年全球經濟成長趨於緩和，終端產品需求不振，全球Smarphone約成長10%、PC衰退6~7%、Tablet PC衰退15%，半導體市場，年初展望樂觀，下單積極，2Q15中期之後，逐漸發現景氣有變數，下單轉趨保守，但對於年中旺季還有期待，2H15 forecast不敢砍太多，到3Q15中期確定今年景氣不佳，庫存偏高，廠商紛紛大幅下修9~12月的訂單，嚴格控制庫存。終端產品需求不振，讓半導體產業庫存調整時間拉長，2015年全球半導體市場大概只有零成長，預料到2015年底或1Q16季中，才有機會消化完畢，而於2Q16恢復比較健康的成長軌道。預估2016年半導體成長3%。

        2016~2017年，除了總體經濟之外，半導體產業的成長動力，來自於以下幾個方面:

1. 高階手機的半導體含量(silicon content)繼續成長: 手機市場明顯M型化，高階手機這幾年，性能快速提升，CPU/GPU performance已經追上低階PC、Mobile DRAM和NAND Flash容量接近PC DRAM和SSD容量，其他如CMOS sensor、Baseband Modem、LCD解析度都讓半導體含量持續成長，不但半導體含量增加，基於performance、power和cost考量，高階手機對先進製程的需求還是十分強烈，這個趨勢對先進製程技術、產能和服務都相對領先的TSMC有利。
2. 物聯網(Internet of Things)逐漸成型: 最先看到有量應用領用，例如汽車、無人機、機器人、穿戴式裝置等，雖然這些產品用到的製程多是成熟製程，半導體含量也不高，但是數量龐大，當聯網的東西巨量成長之後，背後所需要的運算和儲存能量也將成長，包含資料中心、伺服器、網路處理器、CPU/GPU、影像處理等等，這些則需要半導體先進製程。
3. 主導新應用的系統公司: 以往，foundry的客戶最大是Fabless IC設計公司、其次是IDM、系統公司(sysem houses)非常少，只有Microsoft、Sony、Cisco等少數幾家。但Apple自從涉入AP處理器之後變成foundry超大客戶之後，未來將看到越來越多大型系統公司，或者因為想掌控供應鏈、或者因為市面上的標準IC(ASSP)不符合本身的應用需求，像Apple一樣，開始成立IC設計部門，設計自身產品需要的ASIC，例如華為/海思集團、LG集團，在foundry的投片量越來越大。

四、20nm和16nm製程良率大幅改善，2016年16FFC推進主流市場

        TSMC的先進製程近年來僅落後Intel，但領先IBM聯盟的Samsung LSI和GlobalFoundries。Intel早在22nm製程技術，就開始使用3D Tri-gate transistors，14nm Tri-gate也在2014就量產。TSMC和Samsung都是到14/16nm才導入3D FinFET transistors，並且到2015年才量產。

        Samsung LSI這兩年靠Apple AP大訂單練兵，在32/28nm製程逐漸趕上TSMC，當時TSMC繼28nm取得技術和市場的主導地位後，接下來發展的20nm，更幾乎是壟斷地位，Samsung LSI自認20nm已經來不及，加上判斷20nm還是用2D planar transistors，performance/cost不會很好，製程技術生命週期不長，22/20nm僅有研發和自製in-house AP，數量不多，沒有外接foundry訂單，而把主力直攻14nm FinFET，原本外界質疑沒有經過22/20nm的大量產經驗，直接發展14nm本來就很困難，又採用新的3D FinFET transistors，應該不會很順利，沒想到Samsung真的做到了，首度在14nm FinFET製程領先TSMC於1Q15量產，率先生產自家Exynox AP，接著生產Apple A9和Qualcomm Snapdragon 820，使得TSMC公開承認2015年14/16nm製程foundry市場市佔率將首度落後競爭對手。
        

        TSMC 20nm(20SoC)經驗和良率持續進步，在2015全年扮演重要的業績貢獻角色，但2016年因為主要的20nm業務將轉進到16nm，20nm將衰退，雖然不會消失，仍將是一個長期生存的製程技術(long-lived node)，只是因為部分需求轉移到16nm，TSMC的部分20nm製程設備也將轉為用於16nm FinFET製程產品。

        TSMC的16nm FinFET+(16FF+)製程，策略上是將16nm視為20nm的延伸，使用和20nm相同的"metal backend process"，雖然scaling等規格上比不上Samsung的14nm，製作的晶片die size較大，但因為是延續20nm技術，不僅可以充分利用20nm的量產經驗縮短學習曲線，而且90%以上的設備可以共用。TSMC的16nm FinFET+製程產品已經於2Q15正式量產，7月開始小量出貨，3Q15逐漸增大的投產量，將於4Q15大量出貨貢獻營收，研判 4Q15時16nm FinFET+的良率應可大幅拉升。新產品(Apple iPhone 6S/6S+用的A9 AP)量產動能可持續到1H16。TSMC預測2016年全年的16nm製程營收，將比2015年的20nm營收，還要大很多，並將於2016年重新取得主要地位的市佔率(14/16nm)。至於20nm TSMC仍是唯一大量產的foundry。如果用16nm+20nm一起看，無論是2015或2016年，TSMC都是最大的主要供應商。

        TSMC正在開發新版16nm FinFET C(16FFC)製程，C的意思是compact， 在performance、power(降低漏電)和area(die size)都比16nm FinFET+改進，並能在0.6V以下執行，透過製程簡化讓cycle time縮短。即使性能大幅改進，原先基於16FF+製程的晶片設計，還是可以很容易的轉換成16FFC製程，16FFC的市場定位為mainstream和ultra low power，意味在performance的改進，沒有power和cost那麼多。

五、10nm製程於end-2016三強對決

        面對Samsung LSI在先進製程技術上步步進逼，TSMC為重新取回在foundry產業的製程領先地位，一改以往研發單位一個製程(technology node)完成，移交給製造部門，再開發下一個製程的流程，直接用兩個團隊平行研發，同時開發10nm和7nm製程，而不是等10nm做好再做7nm。這也是TSMC宣稱，從16nm到10nm要花將近兩年，但是從10nm到7nm預計只要花5季。目前進度，10nm預計end-2016量產，early-2017 wafer out。

        TSMC研發中的10nm製程技術，和16nm FinFET+ 比較，在同樣耗電之下，10nm製造的晶片產品速度快20%，在同樣速度之下，耗電少40%，gate density則是16nm FinFET+ 的2.1X。預計4Q15將驗證製程技術(technology qualification)，1Q16~2Q16客戶產品tape out，Late-4Q16量產(或Early-1Q17初)、1Q17出貨。

        雖然目前TSMC、Samsung LSI和Intel三家廠商的10nm都預計在end-2016量產，但Intel可能於10nm導入新的all-around gate，TSMC和Samsung LSI還是用3D FinFET，如果三家公司都沒有延誤，順利在end-2016量產10nm的話，Intel的技術還是領先一步。

         10nm產業界看來，會是一很大的製程世代(technology node)，無論是生命週期，或產品數量，都會是一個重要的世代，因為

1. 從技術發展看，10nm的cost和performance的進步，比22/20nm到14/16nm更大。
2. 從28nm以來，cost per transistor首度於10nm開始下降。

        LAM Research預測到end-2018，foundry產業的10nm產能會成長到140~150K/m。可以想見，10nm將會是一個非常重要的戰爭，也會是TSMC和Samsung LSI的第一次"正面"、"同時"、"基礎接近"的一次大對決，因為:

1. 45nm到32/28nm，Samsung LSI和Apple互利的結合，TSMC沒有真正加入競爭，20nm TSMC一出手就全拿Apple AP訂單，但Samsung放棄22/20nm(只有作自家產品)直接跳到14nm又打敗TSMC 16nm(至少在時間上)，這幾個世代，比較像是商業策略運用，不像正面對決。
2. 首度，TSMC和Samsung LSI在下一代10nm製程技術，量產時間類似(end-2016)，技術方向也類似，讓客戶可以好好比較，不像以前，Samsung LSI主力用45nm時TSMC用40nm half node，Samsung量產32nm時TSMC用28nm half node(TSMC的32nm只有研發沒有量產)，Samsung LSI的14nm和TSMC的16nm規格也有差異，不好比較。還有HKMG或SiON、gate last或gate first之差異，讓客戶有長遠技術走向的不同考量。到了10nm製程世代，則是直接硬碰硬的競爭(1)cost、(2)performance、(3)power(漏電)、(4)yield。

 六、TSMC 7nm製程的技術抉擇

        TSMC的7nm製程技術重點，是選擇FinFET下一代新的電晶體結構、以及在不使用EUV曝光之下，如何讓浸潤式微影多重曝光可以順利推進到7nm。相對以前是一個製程接著一個製程的研發，這次TSMC在研發10nm新製程的同時，也同步啟動研發下一代的7nm製程技術，預計1Q17進行製程驗證，7nm將高度相容於10nm的技術成果和製程設備，90%的10nm設備可以繼續用在7nm。並可以利用10nm學習到的製程能力，快速提升良率。TSMC的7nm將不會大量使用EUV設備，但EUV會從7nm開始小量投入研發生產，而大量使用在5nm製程。TSMC的7nm因為技術還沒有確定，還不知道performance、pwoer、density相對10nm的進步程度。TSMC認為相對於10nm是一個相對比較短node，而7nm和16nm一樣，屬於生命週期比較長的technology node。

七、InFO技術讓TSMC取得100% A10訂單，長期將改變封裝產業生態

        TSMC的晶圓級封裝(Wafer Level Package; WLP)技術原本發展的是CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)技術，因良率和材料成本太貴，只有用在少數高階GPU和FPGA產品，其後發展的以業界Fan-Out封裝技術為基礎的InFO(Integrated Fan-Out)技術，在成本和良率上，則取得了重大成功，和Flip Chip BGA/CSP比較，InFO優點如下:

1. 可用在高pin count的複雜晶片。
2. 用封膠面板(Molding Panel)或稱為重構晶圓(Reconstituted Wafer)取代傳統Flip Chip使用的載板(substrate)，成本便宜，而且
3. 厚度減少超過20%。
4. 提高晶片performance 20%。
5. 散熱效果多10%

        TSMC似乎已經克服了InFO各種困難的良率問題，為先進AP提供一個更薄的form factor、更便宜、良好可靠度的晶圓級封裝技術方案。目前看起來TSMC的InFO技術已經開發完成，並通過Apple的驗證，正在龍潭封裝廠積極建置產能中，第一代InFO預計2Q16量產，應該會配合16nm Apple A10訂單量產，預計4Q16可貢獻US$100M營收。雖然營收貢獻比例不高，但可成為10nm競爭Apple A10 AP的加分因素，甚至因為TSMC InFO和Samsung LSI的類似封裝技術完全不同，用同樣的die做出來的晶片(chip)form factor不同，除非在手機內預留空間，否則A10晶片將無法分給兩家不同的封裝技術來生產，但既然用InFO目的就是將晶片減薄，在機構設計上當然會充分利用減薄後的空間，將無法使用Samsung LSI生產的不同厚度的晶片，因此也就無法像A9一樣分給TSMC和Samsung LSI兩家共同生產。因為InFO技術，Apple A10可能從兩家供應商，又改回選擇TSMC成為獨家供應商，果真發生的話，InFO帶來效益則非常大，不只是封裝本身US$100M營收而以，還讓TSMC變成A10獨家供應商。

        如果2016年Apple使用TSMC InFO成功，2017年之後，其他客戶如Qualcomm和MTK勢必跟進，InFO產能需求大增，客戶也會要求有second source，研判TSMC不排除將InFO技術授權給專業封裝廠使用，畢竟TSMC的核心業務是晶圓製造，不是封裝。長期看，對IC Substrate產業影響很大，尤其是做手機用的Flip Chip CSP廠商，其次是Flip Chip BGA廠商，封裝廠多有發展自己的晶圓級封裝技術，或可取得InFO授權，影響比較小。2016年馬上受影響的是Apple的AP載板供應商Ibiden和SEMCO。

        TSMC正在開發第二代InFO技術，將配合10nm和7nm製程技術的進度量產。

八、TSMC靠新版28nm HPC+維持28nm製程高市佔率

        TSMC目前幾個主要製程，依特性概分如下:

High performance: 28HP、28HPM、20SoC、16FF+
Mainstream:           28LP、28HPC、28HPC+、16FFC
Ultra low power:     55ULP、40ULP、28ULP、16FFC
(16FFC同時適合mainstream和ultra low power市場)

        TSMC的28nm製程技術，從既有的28LP、28HP、28HPL、28HPM幾個主要製程，延伸擴大到新發展的28HPC和28HPC+，藉著更廣泛改良的製程應用，來擴大28nm的市佔率。去年導入28HPC製程，係針對64 bit中低階市場CPU，今年導入的28HPC+，則是針對4~10核心CPU + LTE Category 4~6 SoC產品市場，28HPC+比28HPC速度快15%，或耗電少30~50%。除了smartphone CPU(AP)/Baseband之外，28HPC/HPC+也應用在其他產品。另外，28nm transceiver RF和28nm flash controller需求已經開始增溫，TSMC認為2016年將有更多客戶產品轉進28nm，包括WiFi、Wearable、Digital TV、Set-top-box、Image processor，幾乎所有的新tape-out的28nm產品都使用新的28HPC和28HPC+製程，這兩個製程的tape-out數目已經超過歷史新高紀錄。

        因為客戶調節庫存，TSMC表示28nm整體產能利用率(billing utilization; UTR)將從3Q15的90%以上，4Q15降到80%以下。TSMC預估2015年28nm wafer出貨量大約和去年差不多，透過新版本的28nm製程，TSMC希望阻檔二線foundry，維持高市佔率和良好的毛利率，2016年的28nm全年營收還是有機會比2015年成長。

九、客戶分析-Apple

1. Apple AP wafer需求量預估今年650K，明年711K，成長9%

        Apple的AP(Application Processor)已經成為TSMC的主要營收之一，假設Apple 2015年iPhone出貨量233M，2016年iPhone出貨244M，成長5%。(本文忽略iPod、Apple Watch、Apple TV等小量AP需求)。A7用28nm製程die size 102mm2，A8用20nm製程die size 89mm2，A9用14/16nm製程，照科技網站公佈的資料，14nm die size 96mm2、16nm die size 104.5mm2，至於用在iPhone 7上的A10，確定還是使用14/16nm，沒有製程微縮的效益，當A10電晶體gate count增加(每一代CPU功能更強電晶體數目一定增加)，die size應比A9大，TSMC 16FF+製程生產的A10 die size增加到 120mm2。

        iPad假設2015 iPad出貨53M，以20nm的A8X為平均數A8X 20nm製程die size 128mm2，只有少部分用14/16nm的A9X，猜測14nm die size 138mm2，16nm die size 150mm2，估計2016年iPad合計出貨47M，假設20nm和14/16nm製程的AP兩者各佔一半。

        經過良率假設後計算good dies per wafer，2015年Apple iPhone AP的12" wafer foundry需求量為492K，2016年為561K，加上iPad，合計2015需求量650K，2016年711K，成長9% YoY。2015年Apple AP wafer需求量650K中，估計20nm佔389K最多，其次是14nm 105K和16nm 90K。另外，因為Apple新產品鋪貨前的產量，和淡季產量落差很大，單月高峰需求量並不是年度需求量的1/12，單月高峰需求量可能會到100K以上，所幸Apple產品生產週期很長，foundry可以趁淡季預先投片變庫存放著，到旺季再一起交貨。

2. Apple AP wafer foundry產值預估

         2016年wafer需求量雖然需求量只有微幅成長，但因為主力產品從20nm轉換成14/16nm，wafer的blended ASP售價增加不少，假設2015年foundry wafer代工價格20nm US$7,000, 14nm US$7,300，16nm US$ US$8,000，2016年降到20nm US$6,700，14nm US$7,000，16nm US$7,700，估計2015年Apple AP的foundry產值US$4.4bn，2016年US$5.2bn，+16% YoY，符合一般高階手機的silicon content還在成長的趨勢。

3. TSMC在Apple AP foundry市佔率預估

        2015年TSMC是Apple AP的20nm製程(A8和A8X)獨家供應商，在A9的供應比例眾說紛紜，本文判斷TSMC和Samsung LSI各供應50%，因此2015年TSMC出貨給Apple 12" wafer 479K，市佔率74%，2016年預估A9維持50%供應比例，計畫於mid-2016開始量產的A10，如果TSMC InFO封裝技術能順利量產，將使得產品和Samsung LSI及相對應的封裝技術，有了差異化，Apple無法將A10分配兩家供貨，必需選擇其中之一成為獨家供應商，TSMC因此有很大的機會取得A10 100%的供貨比例，按此假設，2016年TSMC 12" wafer出貨給Apple估計為519K, 成長8%，市佔率稍微降到73%，因為2015年最大量的A8由TSMC 100%供應，2016年最大量的A9供應比降到50%，如果A10恢復100%供應的話，2017年出貨量佔有率應會再度上升。

    估計TSMC 2015年Apple貢獻營收US$3.4bn，佔公司營收13%。其中16nm約US$719M，佔全年公司營收約2.7%，如果以季度來看，估計佔TSMC 3Q15營收2%，佔4Q15營收9%。2016年Apple貢獻TSMC營收US$3.9bn，成長12% YoY，其中16nm佔US$2.9bn。TSMC在Apple的產值市佔率則由2015年約77%，微降到2016年約75%。

十、客戶分析-Qualcomm

1. Qualcomm "恢復" 分散foundry投片策略

        早期，使用先進製程的Fabless公司，time to market比cost重要，其foudnry策略有兩種，一種是選定一家做長期夥伴，這樣RD可以熟悉這家foundry的design rule、製程能力，有助於在設計階段就充分利用這家foundry的能力，追求第一個cut就成功，以及良率快速提升，也可以提高採購時的忠誠客戶的議價優惠，早期的Nvidia、Marvell、Altera、ADI都是100%在TSMC投片，Xilinx絕大部分在UMC投片就是此類。另一種Fabless則藝高膽大，本身RD對半導體製程能力有相當掌握，可以分散投片，有信心靠自己的能力，在不同的foundry都能有好的良率，並充分利用二線foundry優惠的價格，這類Fabless包括ATI、Qualcomm、Broadcom等，至於使用成熟製程的公司，考量的則是cost performance，而不只是良率。Qualcomm早期就屬於分散投片的公司，TSMC、UMC、Chartered(Globalfoundries)都有投片。後來到了45/40nm製程技術時代，TSMC的競爭力大幅提升，這類客戶已經沒有選擇，通通變成以TSMC為主要供應商的類型，到28nm更進一步，TSMC幾乎壟斷28nm HKMG市場，毫無選擇，大部分需要先進製程的Fabless公司都變成倚賴TSMC的客戶。

        但經過幾年的學習，UMC、Globalfoundires、SMIC的28nm Poly/SiON製程已驚漸漸成熟，HKMG也有進展，Samsung LSI和Intel也利用先進製程的優勢積極切入foundry生意，Qualcomm 從幾乎100%在TSMC投片，到"恢復" 早期分散投片模式，並不特別意外，SMIC有中國政府用市場吸引，Samsung LSI有Samsung手機採用Qualcomm晶片的吸引，有機會先馳得點，瓜分Qualcomm wafer代工市場。

2. Snapdragon 820轉單Samsung 14nm FinFET製程生產

        從Qualcomm揭露的公開資訊，中高階手機使用的Snapdragon 8xx系列，2015年主力產品8核心810和6核心808都是用TSMC的20nm製程，下一代主力產品Snapdragon 820，將使用Samsung LSI的14nm FinFET製程，從標準ARM核心A57和A53，改為ARM授權自行改架構的Kyro核心，雖然只有4核心，但整體performance應該比Snapdragon 810大幅改進，預計foundry 4Q15量產，晶片1Q16出貨，這將讓2016年TSMC的Qualcomm的訂單比2015年衰退。

3. Snapdragon 412可能轉單SMIC 28nm製程生產

    另外，SMIC公佈4Q15即將量產Snapdragon 400系列產品，判斷應該是最新的cost down版的Snapdgragon 412，採用4核ARM標準的A53，研判SMIC製程上還是用比較落後的28nm Poly-SiON，而非TSMC主力的28nm HKMG，預計4Q15量產，1Q16出貨。猜測SMIC要不就是用價錢取勝，要不就是有政府支持本地半導體產業的考量，否則實在看不出來，同樣4核A53，用SMIC 28nm Poly-SiON製造的Snapdragon 412和一年前TSMC同樣28nm Poly-SiON製造的Snapdgron 410，performance會改進到那裡去。

4. Snapdragon 616是否轉單不太清楚

        至於同樣規畫於4Q15量產、1Q16出貨的Snapdragon 616，有點奇怪，因為其他600家族成員，都已經改用TSMC 28nm HPM/HKMG的時候，做為取代一年前615的Snapdragon 616，據報導還是使用舊的28nm LP/Poly-SiON，如果616繼續在TSMC投片，似乎沒有必要從28nm HPM改回28nm LP製程，是不是也可能轉到其他HKMG還沒有很成熟的二線foundry生產? 訊息還不明顯。

5. 2016年TSMC的Qualcomm業績將衰退，Apple變成最大客戶
     
        這兩三年，拜Smarphone興起、AP復雜化、Qualcomm高市佔率、以及TSMC在Qualcomm市佔率提高之賜，Qualcomm一直維持是TSMC最大客戶，2014年貢獻營收約1,576E，佔全公司營收約21~22%。估計2015年隨著(1)Qaulcomm在Samsung手機市佔率下降、(2)Qualcomm在中國手機客戶市佔率下降、(3)Snapdragon 820於4Q15轉單Samsung LSI之前，Snapdragon 810消化庫存減少foundry訂單，全年對TSMC的營收貢獻應該稍微下降，蓋估1,300E，佔全公司營收估計將到約15%，僅略高於Apple 13%的佔比，2016年Apple則有機會超越Qualcomm成為TSMC的最大客戶。

十一、TSMC產能

       2015年TSMC 20nm製程主要在Fab 12和Fab 14生產，TSMC 20nm產能有90%可以轉換到16nm，因此Fab 12和Fab 14也是2H15 16nm的主力工廠，估計到2015年底，TSMC約有65~70K/m 16nm FinFET +產能4。1Q16估計16nm產能增加到80~90K/m。Fab 15在2015年主要製程是28nm，預測2016年將大量裝機10nm製程設備，成為4Q16 10nm投產的主力工廠。VIS和SSMC的部分產能也由TSMC接單，外包生產。

十二、Foundry產業的關鍵競爭要素

1. 先進製程技術

        半導體產業，只要摩爾定律(Moore's  Law)持續作用，必然讓更多功能、更多電晶體納入晶片中，而功能複雜的晶片，需要更先進微縮的製程技術，來降低die size、降低成本，32/28nm以前，每一世代technology node的cost都會降低，但到20nm和14/16nm的cost per transistors沒有降低多少，預期到了10nm和7nm，cost per transistor會再度明顯下降。除了成本之外，先進製程也可提高晶片的performance/speed，和行動產品最重要的: 降低耗電。在邏輯製程(Logic process)半導體領域，通常會優先考慮使用最先進製程的產品包括: CPU、AP(Application processor)、GPU、FPGA/PLD，高整合度的複雜SoC，其次是Baseband、DSP、中整合度SoC等。誰能領先進入更先進的製程技術，就能吸引這些產品客戶來下單，客戶之間也是競爭對手，勢必和具有先進製程技術能力和未來研發潛力的foundry廠合作，才能維持客戶自身的競爭力。

        先進製程的研發，除了研發投資金額越來越昂貴之外，更是基礎物理和半導體科學的競爭，有紮實深入的基礎研究，才能正確的預測幾年後、下一代的技術發展方向，然後投資下去，把這個技術開發出來商品化，將摩爾定律再往下推進，突破自己的製程競爭力，一旦對技術走向預測錯誤，不但會造成龐大的投資付諸流水，更會讓公司的技術發展落後對手，喪失競爭力。在先進製程研發領域，"博士"只是基礎訓練，製程實驗室戰場上面對的往往是 "院士" 級的對手。

2. 製造良率和效率

        相較於先進製程技術，是由研發部門決定勝敗，生產效率和良率，則由製造部門負責，通常一個新的製程，不論是下一世代的先進製程(advanced technology node)，或是水平發展的specialty porcess，研發部門將新製程開發出來之後，將移交給製造部門負責，製造部門的工程能力非常重要，除了要和客戶IC設計研發人員密切配合，了解產品特性，也要對製程技術和機台特性透徹了解，才能快速提升客戶新產品的生產良率，生產良率有三個重點，第一是良率爬升速度要快，第二是良率要高，例如，同樣新產品量產三個月時的良率高低，良率高代表創造更多價值，或者提高foudnry本身的毛利率，或者分享給客戶更低的價格，第三是良率的穩定性，有些foundry良率上來之後，忽上忽下，讓客戶很難作生產規畫，良率時好時壞，隨時影響客戶的成本結構、業務能力和庫存政策，

        再來，一家大型foudnry會有上百家客戶、上千項產品，同時間在晶圓廠內跑，產品組合、客戶組合、製程組合、每個製程又有很多複雜的生產流程，大批量、小批量的產品，通通混在廠內，生產管理要兼顧品質和效率，非常不容易，線上工程師，面對不同產品的品質挑戰、交期挑戰、產出挑戰，尤其當各種各樣問題出現的時候，如何快速解決，都將在最後的效率上展現。

3. 客戶服務

        foundry的客戶是包括Fabless、IDM和System house，每家客戶的產品變化很大，每家foundry業者的製程特性和design rule也都不相同，foundry產業屬於客製化程度很高、服務性質很高的產業 。客戶對foundry廠的需求包括: 幫助客戶熟悉foundry製程的design rule、幫助客戶設計出很容易製造併提高良率的IC、幫助客戶依據製程發展藍圖規劃自己的產品藍圖、基本IP支援、良好的EDA/tools環境、良率快速拉升、良率穩定、交期準確、成本/價格有競爭力、生產問題解決、生產資訊的分享、產能投資承諾、技術研發投資承諾...等。

十三、TSMC競爭力分析

1. TSMC的先進製程技術能力

        邏輯製程的先進製程技術，Intel還是第一名，但TSMC和Samsung LSI急起直追，三家公司都預計在End-2016量產10nm，但Intel可能率先進入下一代新的電晶體架構，如同Intel在22nm率先進入3D transistors，TSMC和Samsung LSI到14/16nm才進入3D transistors，而Intel雖然10nm量產時間沒有繼續領先，但可能在10nm採用新一代的Gate-all-around架構，TSMC和Samsung LSI則繼續用3D FinFET架構。

        TSMC這兩年製程技術，已經超越IBM，Samsung LSI本來屬於IBM技術聯盟，28nm時和IBM一樣用Gate First技術，不像Intel和TSMC用Gate Last技術，後來承認錯誤，IBM聯盟廠包括Samsung LSI到20/22nm才改回來用Gate Last，加上20nm市場幾乎被TSMC通吃，累積不少經驗，Samsung LSI則沒有20nm大量產經驗，要從28nm Gate First，直接跳到14nm Gate Last，有其困難度，這應該也是TSMC之所以輕敵的原因，不料，Samsung LSI的14nm作的出奇的好，量產時間領先TSMC 1~2季，TSMC從早年的Intel第一、IBM第二、TSMC第三名，一度追成Intel第一、TSMC第二、IBM變成第三名，到2015年又變成Intel第一、Samsung LSI第二、TSMC再度淪為第三名。從此，Samsung LSI正式變成TSMC在先進製程研發上面的強勁對手。未來勝負很難預料。

        從基本研發實力分析，TSMC人才濟濟，研發部門博士碩士只是基本履歷，重量級的 "院士" 、半導體學術界的重量級論文、關鍵專利創作者，都具有相當份量，是TSMC先進製程研發的重要優勢。十幾年來TSMC在技術發展方向上，幾乎都走在正確的道路，一一過關斬將，終於拉近和Intel的技術落差，真正進入世界一流先進製程技術公司的決賽圈。每一次選擇正確的技術方向，都是重大戰役，TSMC目前的紀錄無懈可擊，例如，0.13um銅製程low K材料，TSMC正確選擇以FSG材料為基礎的，Applied Material的Black Diamond(IBM/UMC/Infineon選擇Dow Chemica的SILK)，High speed/CPU製程主力選擇放在Bulk CMOS (IBM/AMD/Chartered選擇SOI)，45nm開始將主力放在40nm half-node，32/28nm世代和22/20nm更直接只量產half-node 28nm和20nm，45/40nm選擇Gate Last(IBM聯盟Samsung/Globalfoundries等全部選擇Gate First)，當全球半導體界受阻於65/55nm以下193nm波長微影極限，重金研發157nm乾式光微影(optical lithography)遲遲無法突破時，TSMC林本堅院士提出繼續用193nm但改用浸潤式微影(Immersion Lithography)，完全主導業界技術走向，將製程技術順利推向45nm以下，透過多重曝光，193nm波長浸潤式微影scanner機台甚至確定可以作到10nm還沒問題。至於今年TSMC、Samsung LSI開始量產的FinFET 3D電晶體，其發明人胡正明院士也曾於2001~2004年任職TSMC。

        接下來下一製程技術的大戰，就是何時開始用EUV微影，TSMC目前規劃10nm製程不用EUV，7nm開始試用，5nm才全面使用，EUV從32/22nm就開始研發，TSMC似乎有信心將 193nm波長浸潤式微影，繼續推進到7nm，屆時，TSMC的193nm波長浸潤式微影7nm，將和Intel的EUV微影7nm對決。

2. TSMC的製造能力

        先進製程通常只有1~2家少數對手，彼此爭取為數很少和但訂單量大的大客戶，主要競爭在新製程量產時程和良率，但成熟製程的foundry對手多，主要競爭在製造能力，TSMC的製造能力展現在以下幾點

(1)產品投產後良率拉升快: 客戶可time to market
(2)平均良率高 : 雖然TSMC wafer報價比對手高，但良率高good die產出也多，實際價差沒有那麼大
(3)良率穩定: 客戶銷售和庫存管理負擔輕
(4)所有製程都是自行研發，製程參數資料庫完整，RD知其然也知其所以然，不像UMC、Globalfoundries的部分製程技術是和別人合作或授權，出問題很難調整，大案子可以由RD人員特別客製化，但推廣到幾十幾百個大小案子時，就不能事事靠RD，必需製造部門自己解決，授權來的製程技術，很多細節要慢慢摸索消化吸收。
(5)製程portifolio完整，28nm橫向發展各種應用或cost down新版，其他specialty製程也很廣泛。
(6)生產流程效率化、自動化，在一家有幾百個產品同時生產的foundry，尤顯重要
(7)因為生產管理和良率上軌道，交貨(delivery)能力強
(8)Fab 12(新竹)、Fab 14(台南)、Fab 15(台中)三大超大晶圓廠(Giga Fabs)有降低生產成本、縮短cycle time、提高生產彈性等好處，資深人力的調度、支援也是無形的好處。
(9)台灣半導體廠共有的另一項優勢，做二休二，這種制度讓工廠一天只要輪兩班，不用輪三班，狀況、問題只有兩批人交接，不是三批人交接，會比較順利，責任也比較容易釐清，做二休二對生產效率和品質控管的好處，很少人提到，但個人認為這是台灣獨特的地方。
(10)生產線工程師素質高: TSMC生產線上有很多一流大學甚至碩士學歷的工程師，基層工程師素質高於國外半導體廠，就國家資源分配的角度，有點殺雞用牛刀，但對TSMC則無疑是加分的。

3. TSMC的製程設備共用性

           TSMC的20nm和16nm技術經驗沿用性很高，設備也有95%可以共用。10nm是下一個階段，投資額可能比較大，但跨過10nm之後，10nm和7nm技術經驗沿用性也很高，設備也有90%可以共用。這應該不是產業普遍的現象，牽涉到新的製程開始研發的時候，就要考量到設備共用性，還有對設備的了解和知識，才有修改設備沿用到下一世代製程的能力。不是每個人都可以做到的。推估，這是TSMC長年和設備廠商共同研發先進製程設備所累積的經驗，和積極cost down創造利潤和高ROE的企業文化使然。至於Intel和Samsung LSI有沒有這種考量，不得而知，但他們是IDM出身，理論上比較重視技術領先第一，至於要不要在技術領先的同時，考量到設備共用的成本節省，恐怕未必。

十四、TSMC 2016年仍可成長5~10%

        假設2016年TSMC產能成長8%、平均產能利用率94%、Blended ASP持平、匯率32，則營收估計9,089E，成長8%。假設折舊增加9%、其他成本per wafer US$740，毛利率約48~49%、OP% 37~38%、稅後淨利3,208E，成長6%。

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