在上一篇文章（先进制程半导体需求测算）中，我们计算了先进制程半导体（主要是3nm和5nm）的需求有多少。现在，我们来算一下供给能否满足需求。
由于3nm和5nm的产能大部分都在台积电，所以我们只计算台积电的供给。此外，限制台积电供给能力的除了其自身的资本支出额度以外，还有ASML的EUV供给能力，我们将在本文中一并计算。
TSMC
台积电历年的资本支出都是公开数据。根据其建厂进度的新闻报道，我们发现台积电新建一座工厂需要两年时间，然后产能爬坡还要再花一年。因此，可以认为台积电每年的新增产能等于两三年前的资本支出额度的平均值，如下表所示：
根据台积电的说法，80%的capex投入到了先进产能，我们由此假设了各制程投入的capex占比，如下表所示。其中21年的数据是根据台积电20-21年的产能变化情况计算出来的。
我们预期7nm产能将不再增加，甚至有可能会减少，因为AMD从22年下半年开始电脑和服务器的CPU、GPU芯片将升级换代，从7nm转换为5nm。从先进制程的需求情况来看，率先采用新制程的一般是苹果芯片，然后是其他手机芯片厂商（高通、联发科等），再然后是电脑芯片（AMD、Intel、Nvidia），再往后就是空档期，没有其他很大块的需求。如果需求不足的话，台积电就会缩减产能，比如19年的28nm。这些缩减的产能可以转换为更高制程的产能，只需要增加部分机器费用，比新建厂房扩产花费的capex更少。
台积电各制程收入占比：
台积电各制程产能：
根据我们收集到的数据，台积电每增加1k 5nm WPM（wafer per month）需要花费293m，3nm需要608m，7nm需要237m。据此，可以计算出每年的capex投下去各制程的新增产能，从而可以算出每年的台积电各制程产能。
和之前算出的先进制程wafer需求数量对比，可以发现3nm和5nm的wafer供给和需求大致上是差不多的，可以认为我们的计算方式还算靠谱。
结合不同制程wafer的单价，就能自下而上地算出台积电的未来营收。和自上而下的预测相比，这种通过capex计算产能的方式预测的台积电收入要高得多，在25年相比于原本的预测要高出一半。考虑到25年2nm量产，会进一步推高wafer价格，因此实际收入可能比目前的计算值还要
ASML
当然，台积电能否完成这样的扩产计划还要取决于EUV光刻机的产量。而要从wafer产量换算成光刻机的数量，还需要补充了解一些EUV加工工艺的知识。
首先，光刻机单次曝光的最高精度大约是其波长的1/4再除以numerical aperture，所以ArF光刻机波长193nm，dry system（numerical aperture=1）单次曝光能加工的精度就是48nm，而湿法ArF能做到35nm。然后通过multi-patterning，就可以做出来更小的间距，但是缺点就是流程变得更复杂了（光刻，刻蚀要重复好几遍），原先一次就能做好的现在需要double，triple patterning，并且良率降低。这样可以提高精度到10nm，但是10nm以下流程就会过于复杂，良率过低，最好使用EUV光刻机。
EUV的波长是13.5nm，numerical aperture是0.33，所以一次曝光的精度就是10nm，通过multi-patterning可以做到3nm，所以2nm就需要0.55的下一代光刻机。
此外，芯片还有很多layer，由光刻机加工的layer数目也在增加。layer数目乘以multi-patterning的次数就是一个wafer需要的总的曝光次数。根据ASML的披露及专家访谈，我们预计这两个数据如下：
根据ASML，一台EUV光刻机每天能加工的wafer数量大约是2000片，并将在25年达到3000片。
Source：ASML
据此，我们就可以算出所需要的EUV光刻机数量。比如，一个45k 5nm wafer月产能的工厂，需要的光刻机数量为45k/30天*21次曝光/2k=15.75，也就是16台。
根据上文算出的台积电各制程wafer产能，我们计算了其需要的EUV光刻机数量，并与ASML的EUV光刻机出货量进行了对比。由于工厂从开始运行到达到最大产能需要一年时间，也就是台积电在21年购买的光刻机要等到22年才能达到最大产能，所以我们用TSM 22年的新增光刻机数量除以ASML 21年的出货量，计算了TSM购买的光刻机占比，发现其在稳定上升中。25年，TSM的EUV装机量将达到166台，新增装机至少39台（没有考虑2nm制程）。因此，我们认为ASML在25年需要完成85台EUV光刻机的出货量还是很有可能的。
结论
总之，我们的计算结论是台积电的先进制程产能增加可以满足用户需求，而且自下而上算出来其营收增速有25+%，而且这种增长速度不会受到EUV光刻机出货量的掣肘。
最后，因为有很多数据是根据专家访谈或者我们自己假设的，难免有疏漏、不准确之处，欢迎各位读者指出，也欢迎与我们交流。
免责声明：本文并不作为我们对提及公司的推荐和建议。
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