重振美国芯片制造 台积电不是灵丹妙药

来源:爱集微2022-12-08 08:45:50

当地时间12月6日,台积电宣布在美国亚利桑那投资从120亿美元增加至400亿。在当天首批机台设备到厂典礼上,美国总统拜登到场观摩给足了面子,并称“美国制造回来了”。

一家台湾半导体企业,为了帮助重振美国制造业,不远万里,来到美国,这是什么精神?引进一个台积电,就能重振美国制造业了吗?

集微网集合了中国大陆、台湾,美国等各方半导体专业人士意见,发现无论是从美、台双方有所保留的付出,人才、产业链的短缺,未来水电资源的竞争,亦或是2nm之后芯片制程的走向,都证明拜登政府前方百计胁迫来的台积电,无法成为美国芯片制造的灵丹妙药。

最后的筹码

在白宫胡萝卜加大棒,半请求半强迫的胁迫下,台积电终于在2020年5月承认将在亚利桑那投资120亿美元,新建月产能2万片的5nm芯片制造基地。日前台积电改口,原定新厂第一阶段采用的5nm制程推进至4nm,第二座工厂则导入当下最先进的3nm制程,建成后每月总产能达到5万片。

拜登在17分钟的现场演讲中,指出这项亚利桑那州历史上最大规模的海外投资“有望成为(半导体产业的)游戏规则改变者”,并将这笔投资归功于他力主推动的《芯片法案》的成效。

显而易见,这笔巨额投资背后,拜登政府、台积电双方都有着自己的“小九九”。

对于拜登,通过在亚利桑那州对这项投资的大肆宣传,该州已从长期受共和党主导的重要票仓,转变为摇摆州。与此类似的,近期SK海力士、LG、现代汽车等海外企业相继宣布在美国的诸多百亿美元规模投资,也将成为其2024年获得连任的重要筹码。

对于台积电,与美国建立更深层次的关系对其具有政治意义,还可以与苹果和英伟达公司等美国客户更好地合作开发新产品。近期该公司还多次向拜登政府诉苦,表达在美建厂在成本、人力、政府监管等方面的挑战,以更好地争取美国芯片制造补贴。

对此,美国方面虽闻弦歌却似未知雅意。

当被问到拜登政府是否会援引芯片法案补贴台积电时,白宫国家经济委员会副主席、芯片法案补贴项目白宫负责人查特吉表示,美国商务部将在明年第一季度公布《芯片法案》的政府补助相关资格规定,届时如果台积电的投资案符合资格,则可以申请补助;白宫国家经济会议主任狄斯则表示,许多企业都会争取芯片法案补助来扩大在美投资,台积电也可以申请,但他拒绝进一步评论台积电获得美国政府补助的机率。

考虑到400亿美元投资将分布未来几年内,规模并没有那么大,这只是台积电同期整体资本支出预算的一小部分。据摩根大通估计,从2022年到2024年,台积电的资本支出预计将超过1000亿美元。当然,台积电也不会把最先进制程放在美国。台积电在岛外,包括美国的产线都将继续遵循“N-1”的原则,计划于2026年投产的3nm产线,也将比台湾本土使用的最先进工艺落后一到两代。

因此,在宣布加码美国投资力度的同时,台积电在台先进制程建厂同步传来好消息,中科台中园区二期扩建计划共规划两期、四座晶圆厂,明年动工,总投资金额上看1兆元新台币,最快2024年底前第一座2nm工厂投产。更先进的1nm厂区用地方面,竹科龙潭园区三期扩建先导计划已于11月中旬呈报国科会转“行政院”,进度正常。台积电虽然尚未公布1nm量产时间表,但业界认为,以各大厂目前3/2nm量产进程与产业发展来看,最快可能在2027年试产、2028年量产。

显然,这将成为台积电最后的筹码。

各方的态度

作为一项显而易见的政绩工程,美国政界人士一直强调台积电对于美国完善半导体供应链的重要意义,将其视为美国重塑制造业的推手。

拜登在参观完工厂,站在挂有“美国制造的未来”(A Future Made in America)、“建设更美好的美国”(“Building a Better America”)的标语前发表讲话。他说:“美国制造回来了,伙伴们。”他还表示:“哪里写着美国不能在制造业再次引领全世界?我们正在证明美国可以做到。”

美国商务部长雷蒙多表示:“现在在美国,我们并没有真正制造任何世界上最先进的芯片,这不仅仅是经济安全或(经济)脆弱的问题,这是一个国家安全问题和安全漏洞。台积电在亚利桑那州的投资将有助于改变美国的半导体产业,即将在亚利桑那州生产的尖端芯片将比在美国本土生产的任何芯片都更先进。我们为此感到非常自豪。”

狄斯在前一天的简报会上表示,总统亲自前往这个场合,象征台积电达成一项重要里程碑,把最先进的半导体生产带回美国。

美国前副国务卿、现为商业主管的柯拉克(Keith Krach)更是将台积电的最新投资与美国NASA的“阿波罗计划”相媲美,他表示,当年的计划不只把人类送上月球,也让美国在微电子、软件、电脑、航天领域成为龙头。

随着先进制程在台积电营收占比日益攀升,今年第三季度,先进工艺节点(7nm及以下制程)站台积电总收入已达到54%,其中5纳米贡献了最大的收入(28%),其次是7纳米(26%),在去年这一比例是50%。同时,随着中国大陆在台积电代工先进制程受限,北美客户对台积电重要性日益凸显,其营收占比已从2021年的65%上升至今年第三季度的72%。

在产业界方面,苹果CEO库克(Tim Cook)、美光CEO梅罗特拉(Sanjay Mehrotra)、英伟达(NVIDIA)CEO黄仁勋(Jensen Huang)、超微(AMD)CEO苏姿丰等都是本次典礼的座上宾,他们的态度值得玩味。

库克与苏姿丰均明确表示会采用亚利桑那厂生产的芯片,期待长期与台积电合作。而黄仁勋仅表示,把台积电的投资带到美国是个高招,也是该行业改变游戏规则的发展。

作为开到家门口的竞争对手,英特尔CEO基辛格趁着台积电高层赴美参加典礼之际,一改往日低调作风,高调来到台湾与多家PC、整机厂商及合作伙伴会面。外界认为,此举互别苗头,互踩地盘的较劲意味十分浓厚。不过基辛格还是在推特上发文对台积电表示祝贺及欢迎。

中国台湾国发基金召集人龚明鑫以董事身份出席台积电美国亚利桑那州凤凰城之进机仪式时强调,能对美国扭转产业外移有所贡献,中国台湾及台积电都很荣幸。但是这样“舍己为人的荣幸”却招致岛内诸多从业者的质疑。

除了各种“掏空台湾”的质疑,中国台湾资深半导体产业评论家陆行之今天抛出六个疑问,希望台积电能在明年一月的财报会上对投资者解答疑惑,包括新厂使用折旧设备,为何投资金额如此之大?整体毛利率是否会下滑?是否会可以拉平台厂、美国厂的技术差距?美国如不兑现“芯片法案”补助,建厂计划是否还会继续?股票收益能否维持等等。

未来的挑战

北京半导体行业协会副秘书长朱晶分析,虽然成本高昂,但台积电最终选择到美国建厂的原因,第一是从客户的角度出发,美国大客户集中,其先进工艺肯定是以客户为中心的战略布局。第二是从企业的角度出发,台湾无论是在水、电资源,产业链等方面都很难承载未来的台积电,去美国可以和先进的技术,还有更丰富的产业链资源结合得更紧密。

“3nm以下对先进工艺技术研发的要求已经不局限在制造端,还要协同设计,封装,材料,设备,台积电未来向更前沿的领域奔跑,在先进技术研发等方面要大大依赖美国的创新资源。要想保持长期引领,美国是现在这个阶段唯一可选的地方了。”朱晶表示,“先进工艺耗钱、耗能源,并且极度依赖客户,这方面美国有优势。另外,美国的客户们也是依赖终端市场的,而中国在终端上的话语权未来会很大,但现在和美国不相上下。”

她猜测未来台积电布局,台湾本土会以先进工艺的中试和小规模量产为主,以及先进封装,成熟工艺的大规模量产;美国则成为先进工艺的大规模量产重心地区;其他地区以成熟工艺为主。这个布局可能是美国和台积电都希望看到的,但肯定会面临很多障碍。

人才短缺是美国重振半导体制造的首要挑战之一。

业内专家王为(化名)告诉集微网,一座12英寸晶圆厂大约需要1000~1500名员工(不包括外包人员)。台积电近期派往美国的都是生产单位如制程、设备工程师,约在500~600人左右,多数为一线作业员。

“这几年台积电扩张很快,工程师根本来不及补充,很多是从老厂转调、老人带新人工程师抱怨人手不足的窘境频传。”王为说。

一位台籍工程师对集微网表示,半导体工厂的生产工作实属无聊、枯燥、压力大、时间紧迫、工作时间又长,西方人会愿意吗?“若不愿牺牲生活质量,全心投入工作,很难获得高良率及高产出。那些在黄光室都敢偷吃三明治的美国工程师,是不可能生产出先进工艺的芯片的,更不用说各国都缺乏台湾这种既优秀又愿意爆肝,可以24小时接受传呼,立即‘抛家弃子’返回工厂加班,立即解决问题的工程师/技术员;愿意操作乏味机器的硕士;愿意弯腰搬芯片、调化学品的博士。”

不过虽然岛内最近都在“声讨”台积电往美国送工程师,但是台积电内部祭出的转调条件无论是往美国还是日本,都颇具吸引力,基本都抢着要去。除了有房、车、教育补助之外,最重要的是5年能拿绿卡。

从更长远的人才培养来看,美国越来越少年轻人有意愿进入工程领域。一位美国工程师表示,他在最近旁听了北亚利桑那大学的计算机科学研究生课程,发现其中外国学生(美国以外)的比例超过了75%,这意味着越来越少的美国学生愿意选择STEM(科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineer)和数学(Mathematics))领域的工作,这对想要重振制造业的美国,绝不是一个好兆头。

运营成本高企、产业链不完善是台积电美国厂区的另一大挑战。

集微咨询分析师陈翔表示,台积电美国厂在多方面的成本包括建设,运营,人力都比在台湾高很多,一直在向美国政府寻求支持。而美国政府出于在本土建设先进制程产能的考虑,当台积电遇到困难肯定也会出面协助。“这件事现在关系到两方的共同利益,台积电和美国政府会共同主导让这个厂区成功落地。”因此他认为,补贴是肯定有的,但是不多,目前业内透露的消息是40亿美元左右。

王为认为补贴可能在总投资的10~15%左右,但目前尚未拿到。对于台积电而言,绝非先建好工厂之后再等客户的订单,而是很早就已经谈定了才会执行后面的建厂。供应链也是问题,原本英特尔在亚利桑那的厂区周边也有供应链聚落,但是这些资源是否能被台积电采用还需观察。同时,掩膜厂、封测厂等一整条完整供应链是否会在该厂区建立或整合起来,这需要更长时间。

资源短缺问题也会逐渐浮上水面。王为表示,亚利桑那本就水资源匮乏,5~10年后有没有足够的电能支持极度耗电的EUV制造?别忘了英特尔的八座晶圆厂,“资源的竞争刚刚开始。”

最后,所有这些假设都是建立在摩尔定律仍然有效,并且台积电能够快速、成功转向“亚2nm”几何结构制程的前提下。到2026年计划的亚利桑那3nm厂投产时,台积电是否还能保持遥遥领先?

只能说,截至目前还没出现能挑战台积电的后来者。

责任编辑:胡丁月

标签: 美国 芯片 台积电 半导体

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