TSMC (TSM) Spotlight: 2000‑luvun kullan foundry

Puolijohdealan johtaja

Elektroniikkaa ja mikropiirejä käytetään lähes kaikessa pesukoneista kameroihin ja puhelimiin. Samalla niitä valmistavista yrityksistä on tullut yhä suurempia ja tärkeämpiä.

Puolijohdeteollisuuden varhaisia johtajia olivat yhdysvaltalaiset yritykset, kuten Intel (INTC ) ja IBM (IBM ). Myöhemmin Japani ja Taiwan kasvoivat tärkeiksi tuotantokeskuksiksi osaavan työvoiman ja teollisen perustan avulla.

Kertynyt valmistuskokemus sekä tutkimus- ja kehitystyö vahvistivat aasialaisten valmistajien kilpailukykyä. Puolijohteiden koko markkina on kuitenkin eri asia kuin sopimusvalmistuksen markkina.

Edistyneiden logiikkapiirien sopimusvalmistuksessa erityisen vahva asema on Taiwan Semiconductor Manufacturing Companylla eli TSMC:llä (TSM ).

Valtion aloitteena

TSMC perustettiin vuonna 1987 osana Taiwanin puolijohdeteollisuuden kehittämistä. Teknologia- ja henkilöstöpohjaa tarjosi valtion tutkimuslaitos ITRI (Industrial Technology Research Institute).

Texas Instruments (TXN ) ja Intel eivät osallistuneet alkuperäiseen yhteisyritykseen. Perustamiseen osallistuivat Taiwanin valtio, Philips ja yksityiset sijoittajat. Philips tarjosi pääomaa ja teknologiaa, ja sen alkuperäinen omistusosuus oli 27,5%.

Vuonna 2024 Taiwanin valtio omisti kansallisen kehitysrahaston kautta noin 6% TSMC:stä. Sen sijaan Philips myi kaikki TSMC-osakkeensa vuoteen 2008 mennessä.

Morris Chang oli keskeinen perustaja. Hän syntyi Kiinassa ja työskenteli Texas Instrumentsilla noin 25 vuotta. Häntä pidetään itsenäisen puolijohteiden sopimusvalmistusmallin kehittäjänä.

Lähde: The Curiosity Chronicle

Itsenäisen sopimusvalmistuksen malli

Osa puolijohdeyrityksistä suunnittelee ja valmistaa piirejä itse. Fabless-yritykset puolestaan keskittyvät suunnitteluun ja tilaavat valmistuksen ulkopuoliselta tehtaalta eli foundryltä. Fab tarkoittaa puolijohdetehdasta.

Puolijohteiden valmistus vaatii suuria laiteinvestointeja. Jo varhaisessa vaiheessa puhuttiin kymmenistä miljoonista dollareista, ja nykyiset edistyneet tehtaat maksavat huomattavasti enemmän.

Lähde: eTeknix

Valmistus koostuu muun muassa litografiasta, kerrostamisesta, syövytyksestä, seostamisesta, lämpökäsittelystä, testauksesta ja koteloinnista. Valmistaja yhdistää erikoistuneiden toimittajien laitteet ja materiaalit tarkasti hallituksi prosessiksi.

Lähde: EITC

Jos valmistaja suunnittelee myös omia kilpailevia piirejä, asiakas voi joutua tilaamaan tuotannon kilpailijaltaan. Tämä ei tarkoita, että Intel olisi hallinnut kaikkien fabless-yritysten suunnitteluoikeuksia.

TSMC kehitti itsenäisen sopimusvalmistuksen mallin: se valmistaa asiakkaiden suunnittelemia piirejä kilpailematta niiden kanssa omilla piirimalleillaan.

Aluksi yhtiö oli teknologisesti johtajia jäljessä, mutta asiakkaiden kanssa kilpailemattomuus tuki kasvua. Asiakkaisiin kuuluvat Broadcom (AVGO ), Apple (AAPL ), Nvidia (NVDA ) ja AMD (AMD ).

TSMC listautui Taiwanissa vuonna 1994. Sen yhdysvaltalaiset talletustodistukset listattiin New Yorkin pörssiin vuonna 1997.

Teknojättiläisen nousu

Vahva asema sopimusvalmistuksessa

Tutkimus- ja kehitystyöhön panostaminen oli toinen tärkeä kasvutekijä. Yhtiö investoi laitteisiin ja prosesseihin kaventaakseen eroa alan johtajiin.

Valtion tuki auttoi alkuvaiheessa teollisen perustan ja osaamisen kehittämistä. Yhteisyrityksessä yhdistyivät teollisuuspoliittiset tavoitteet ja sijoittajien tuottotavoitteet.

Vähitellen TSMC kasvoi maailman suurimmaksi puolijohteiden sopimusvalmistajaksi. Artikkelissa esitetyn aiemman arvion mukaan sen osuus sopimusvalmistuksen liikevaihdosta oli 59,5% ja Samsungin 16,1%. Luvut eivät kuvaa koko puolijohdeteollisuutta.

Lähde: Eric Flaningam

Vuoden 2024 toisella neljänneksellä TSMC:n osuudeksi arvioitiin noin 62%. Markkinaosuus riippuu laskennan kattavuudesta ja lähteestä.

Lähde: SemiWiki

Edistyneiden valmistusprosessien johtaja

TSMC on kehittynyt valmistuskumppanista edistyneiden piiriprosessien johtavaksi yritykseksi.

Valmistusprosesseista käytetään nimiä kuten 7nm, 5nm ja 3nm. Nimi ei suoraan tarkoita koko suorittimen tai yhden tietyn transistorin osan fyysistä kokoa.

Noin 16–28nm:n prosesseja ja niitä vanhempia tekniikoita kutsutaan usein kypsiksi prosesseiksi. Niitä tarvitaan autoissa, kodinkoneissa, teollisuudessa ja monissa muissa käyttökohteissa. Kannattavuus riippuu myös tuotetyypistä ja kysynnästä.

Lähde: Techovedas

Edistyneet prosessit voivat tuottaa suurta lisäarvoa älypuhelimissa ja tehokkaassa laskennassa. Niiden kehittäminen ja tuotanto ovat kuitenkin kalliita, eikä jokainen uusi prosessi automaattisesti ole kypsiä prosesseja kannattavampi.

Vuonna 2024 TSMC valmisti 3nm-piirejä ja odotti tulevalle 2nm-prosessille vahvaa asiakaskysyntää.

Tuolloin yhtiö suunnitteli 2nm:n sarjatuotannon alkavan vuoden 2025 jälkipuoliskolla. Myös Samsung kehitti 2nm- ja 1,4nm-prosesseja.

Lähde: TSMC

Apple-yhteistyö oli tärkeä osa TSMC:n kasvua. Artikkelissa mainitut varhaiset yhteistyökeskustelut on erotettava iPhone-piirien varsinaisesta sarjatuotannosta. Älypuhelimet, suurteholaskenta eli HPC ja datakeskukset ovat tukeneet edistyneiden piirien kysyntää sekä suuria kehitys- ja laiteinvestointeja.

Lähde: TSMC

Apple on TSMC:n suuria asiakkaita, ja Nvidia on kasvanut tärkeäksi tekoälypiirien kysynnän myötä. Ulkopuoliset arviot asiakaskohtaisista osuuksista on erotettava yhtiön virallisista tiedoista.

Lähde: Moomoo

EUV

Äärimmäistä ultraviolettisäteilyä käyttävä EUV-litografia on keskeinen edistyneiden piirien valmistustekniikka. Sen aallonpituus on lyhyempi kuin syväultraviolettia käyttävän DUV-litografian.

Alankomaalainen ASML (ASML ) on kaupallisten EUV-litografialaitteiden ainoa toimittaja.

Vuonna 2019TSMC aloitti EUV:tä käyttävän N7+-prosessin sarjatuotannon. Kaikki 7nm-piirit eivät käytä EUV:tä.

High-NA EUV kasvattaa numeerista apertuuria entistä pienempien kuvioiden valmistamiseksi. ASML toimitti ensimmäisen laitteen moduuleja vuoden 2023 lopussa, ja Intel oli varhaisia käyttöönottajia. Laitteen toimitus, tutkimuskäyttö ja varsinainen sarjatuotanto ovat eri vaiheita.

Prosessien pienentyessä myös suunnittelun ja valmistuksen monimutkaisuus kasvaa. Suorituskykyhyötyjä on verrattava kehitys- ja tuotantokustannuksiin.

Lähde: Quatr

Kiina, Yhdysvaltain tehtaat ja kauppapolitiikka

Taiwanin monimutkainen diplomaattinen asema

Edistyneet puolijohteet ovat tärkeitä tekoälylle, puolustukselle ja tietotekniikalle, joten alalla on suuri strateginen merkitys.

Kiinan hallitus pitää Taiwania osana Kiinaa. Yhdysvaltain yhden Kiinan politiikka sisältää Kiinan kannan tiedostamisen sekä Taiwan-suhteita koskevat omat lait ja sitoumukset. Se ei ole sama asia kuin Kiinan suvereniteettivaatimuksen hyväksyminen. Vuonna 2024 Joe Biden totesi, ettäYhdysvallat ei tue Taiwanin itsenäistymistä.

Samalla Yhdysvallat toimittaa Taiwanille puolustusaseita . Yhdysvallat korostaa Taiwaninsalmen rauhaa ja vakautta. Tätä ei pidä tulkita automaattiseksi sopimusvelvoitteeksi ryhtyä sotaan hyökkäyksen sattuessa.

TSMC kohteena?

Taiwanin keskeistä vientiteollisuutta edustava TSMC altistuu näille geopoliittisille jännitteille.

Taiwanilla on oma hallinto ja omat instituutiot, mutta sen kansainvälinen diplomaattinen asema on monimutkainen.

Sotilaallinen konflikti voisi vaarantaa tehtaat, henkilöstön, sähkönsaannin ja logistiikan. Jotkut yhdysvaltalaiset vaikuttajat ovat myös keskustelleet siitä, miten estää Kiinaa saamasta tehtaita haltuunsa. Tällaiset puheenvuorot eivät tarkoita vahvistettua hallituksen toimintalinjaa.

Keskustelussa on viitattu esimerkiksi Elbridge Colbynlausuntoihin. Yksittäisen henkilön näkemykset on erotettava virallisesta politiikasta.

Lähde: Elbridge Colby

TSMC:n amerikkalaiset tehtaat

Yhdysvallat on tukenut kotimaisen puolijohdetuotannon kasvattamista vähentääkseen riippuvuutta Taiwanista ja vahvistaakseen toimitusketjuja.

TSMC ilmoitti Arizona-tehdashankkeesta vuonna 2020. Toisen tehtaan suunnitelma nosti investointikehyksen 40 miljardiin dollariin vuonna 2022. Vuonna 2024 kolmannen tehtaan myötä kokonaisuudeksi ilmoitettiin yli 65 miljardia dollaria.

Lähde: TSMC

Hankkeessa oli haasteita osaavan työvoiman saatavuudessa, ja julkisuudessa kerrottiin myös taiwanilaisten ja yhdysvaltalaisten työntekijöiden työkulttuurieroista.

Vuonna 2024 ensimmäisen tehtaan tavoitteena oli aloittaa sarjatuotanto vuonna 2025. Yhtiö kertoi myöhemmin 4nm-sarjatuotannon alkaneen jo vuoden 2024 viimeisellä neljänneksellä. Tuolloin uutisoitiin myös, että Arizona-tehtaan koetuotannon saanto oli Taiwanin vertailutehdasta korkeampi.

Vuoden 2024 suunnitelmassa toinen tehdas tähtäsi 3nm- ja 2nm-tuotantoon vuonna 2028. Kolmannen tehtaan oli tarkoitus aloittaa 2nm:n ja sitä edistyneempien prosessien tuotanto ennen vuosikymmenen loppua. Aikataulut voivat muuttua.

Kauppasodan sivuvaikutukset

Yhdysvallat rajoitti eräiden edistyneiden laskentapiirien ja valmistuslaitteiden vientiä Kiinaan turvallisuusperustein.

Myös Alankomaiden EUV-vientiluvat ja muut laiterajoitukset vaikuttivat toimialaan. Kyse ei ollut kaikkien edistyneiden piirien yleisestä vientikiellosta.

Rajoitukset voivat muuttaa kilpailua mutta myös vähentää myyntimahdollisuuksia ja hajauttaa toimitusketjuja.

Kiina pyrki vahvistamaan kotimaista valmistusta ja teknologista omavaraisuutta. Keskeisiä yrityksiä olivat SMIC ja Huawei.

SMIC:n 5nm-prosessin kehittämisestä ilman EUV:tä julkaistiin raportteja. Kaupallista sarjatuotantoa ja sen taloudellisuutta ei kuitenkaan voitu pitää vuonna 2024 varmistettuina. Kiina tutki myös omia EUV-ratkaisuja ja laajempaa kotimaista toimitusketjua.

Tutkittuja ja kehitettyjä lähestymistapoja olivat muun muassa seuraavat. Niiden tavoitteet ja valmiusasteet eroavat toisistaan:

• Hiukkaskiihdyttimeen perustuva valonlähde : tutkimusvaiheen lähestymistapa, ei suora kaupallinen korvaaja ASML:n laitteille.
• Kotimaiset litografialaitteet: muun muassa SMEE kehittää valmistuslaitteita.
• Piifotoniikka: valon käyttäminen signaalien siirtoon ja käsittelyyn. Se ei itsessään korvaa litografialaitetta.
  • Neuromorfiset piirit : aivojen tiedonkäsittelyä jäljittelevät ratkaisut, joita tutkitaan myös tekoälyyn.

Kiinan yritysten kehitys voi pitkällä aikavälillä muuttaa TSMC:n kilpailutilannetta. Kiina on merkittävä puolijohteiden kysyntäalue.

Kiinassa koottaviin vientituotteisiin käytetyt piirit eivät kuitenkaan ole sama asia kuin maan oma loppukulutus. Suuri markkina ja teollisuustuki voivat auttaa kasvua, mutta eivät automaattisesti poista laite-, osaamis- ja saantoeroja.

TSMC:n talous

TSMC:n bruttokate oli vuoden 2024 kolmannella neljänneksellä 57,8%, eli 3,5 prosenttiyksikköä edellisvuotta korkeampi. Nettotulosmarginaali oli 42,8%. Rahavarat, korollinen velka ja kaikki velat on erotettava likviditeettiä arvioitaessa.

Osake oli artikkelin kirjoitusajankohtaan mennessä noussut huomattavasti aiemmista pohjista. Historiallinen kurssikehitys ei takaa tulevaa tuottoa.

Yhteenveto

TSMC on maailman tärkeimpiä puolijohteiden sopimusvalmistajia. Kilpailukykyä ovat tukeneet asiakkaiden kanssa kilpailematon liiketoimintamalli, tutkimus ja kehitys sekä valmistusprosessien ja saannon hallinta.

Samsung ja Intel ovat kilpailijoita, mutta TSMC:n liikevaihto-osuus sopimusvalmistuksessa oli suurin. Kiinalaisten valmistajien tuleva kehitys ja teknologiaeron kaventuminen ovat epävarmoja.

Sijoitukseen liittyy kysyntä-, kilpailu-, investointi- ja geopoliittisia riskejä. Sotilaallinen konflikti Taiwaninsalmella voisi häiritä tuotantoa ja toimitusketjuja vakavasti.

Sijoittajan kannattaa seurata teknologista kilpailukykyä, asiakkaiden kysyntää, ulkomaisten tehtaiden toteutusta ja kansainvälistä tilannetta yhdessä.