美國晶片先進位程建廠願望或落空,臺積電2納米量產為何定在新竹

臺積電公司5月份曾宣布，其將在美國的亞利桑那州建造和運營一家用於生產5nm半導體晶片的先進晶圓廠，按規劃，該工廠月產能將達到2萬片，將於2021年動工，2024年量產，總投資在120億美元。

其實亞利桑那州的選址、5nm的製程、2024的時間點選擇都是非常講究的，先進位程的晶片戰略意義非常重要，背後的博弈也是錯綜複雜，工廠會建立的，但是先進與否，為哪些企業服務，我們一起來分析一下。

8月24日至8月26日臺積電公司首度舉辦在線技術論壇及開放創新平臺(Open Innovation Platform, OIP)生態系統論壇，論壇焦點包括：」先進技術的領導地位——N5、N4、以及N3「

臺積公司業界領先的N5技術今年已進入量產，隨著產能持續拉升，良率提升的速度亦較前一世代技術快。相較於前一世代的N7技術，N5速度增快15%、功耗降低30%、邏輯密度增加達80%。奠基於N5技術，臺積公司預計於2021年量產加強版的N5P製程，速度可再增快5%，功耗再降低10%。此外，臺積公司揭示了5奈米家族的最新成員－N4製程，N4進一步提升效能、功耗、以及密度來滿足多樣化產品的需求，除了減少光罩層來簡化製程，N4可藉助5奈米完備的設計生態系統順利從N5升級，N4製程預計於2021年第四季開始試產，2022年進入量產。展望下一世代技術，臺積公司N3製程開發進度符合預期，將成為全球最先進的邏輯技術，相較於N5技術，N3速度增快15%，功耗降低達30%，邏輯密度增加達70%。隨著半導體架構的創新，臺積公司從5奈米往前推進了一個全世代製程，持續保持技術的領導地位。

這意味著臺積電的先進位程已經在從5nm推進到了3nm時代了，按照這個速度推斷，到了2024年美國亞利桑那州的工廠量產時候，已經不是最先進的工藝了，可能臺積電在臺灣新竹的本部已經在量產N3工藝的3nm製程，更或者2nm也有可能，美國想要臺積電最先進工藝製程工廠的願望可能就此落空。

臺積電OIP

而據多家臺灣媒體報導，臺積電將於2021年在臺灣新竹科學園開設研發中心，旨在實現比2nm更精細的工藝，並爭取在鄰近地區建造量產工廠。 8月25日臺積電公司的高級副總裁張凱文說：

「臺積電已經在臺南科學園運營了5nm EUV量產晶圓廠，3nm量產工廠也正在建設中，計劃於2022年下半年開始量產，但這次透露的2nm量產晶圓將從臺南返回新竹，其總部將位於新竹。2nm研發中心計劃容納8000名科學家和工程師，以開發2nm及以後的工藝技術。 該建築由兩個研究樓和一個管理大樓組成，稱為R1和R2，其中R1將於2021年投入使用。」

此外，臺積電竹科廠區正在建擁有兩座研發晶圓廠的研發中心，其中R1研發晶圓廠預計2021年完工，會作為2nm及更先進位程的研發基地。同時，臺積電正在積極協商取得竹科寶山用地，預計會在當地興建2nm超大型晶圓廠，預計在 2024 年至 2025 年之間運行。

當臺積電在美國工廠工廠建立的時候，臺灣新竹工廠已經在量產2nm了，2nm與5nm之差可不是一個代級，即使不是最先進的製程，在亞利桑那州建廠，美國也很樂意。

筆者一直強調ICT（信息、通信和技術三個英文單詞的詞頭組合）產業將會是未來各國經濟的財富之源，而晶片和5G這是其最重要的兩大基礎。

這次建廠勢必會對全球晶片產業的布局照成不小的影響，臺積電正式宣布850億在美建廠，其原因、目的、影響。到底是臺積電的堅持，還是美國政府的勝利？是否會對華為造成影響，國產晶片製造又面臨什麼挑戰？

說這事之前說個有趣的事情，2017年的時候富士康曾今宣布在美國芒特普萊森建立工廠，並且宣稱將給當地提供1.3萬人的就業機會，平均年薪5.3萬美金，當時的口號則是「世界第八大奇蹟，美國製造業的勝利「，2020年再看看位於威斯康星州的工廠，原本製作面板的工廠已經改為製作咖啡機了，上述的那個工廠也沒有建立起來。

臺積電官宣之後，很是符合市場的布局，之前關於7nm、5nm、2nm製程的猜測最終落下帷幕，先進位程的晶片製造要比面板戰略意義來的重要一些，背後的博弈更是錯綜複雜。

對於美國的邀請是「橄欖枝「還是」鴻門宴「不得而知。

首先我們來談談臺積電為什麼必然會在美國建廠。其實臺積電是最先一批接到在美建廠的邀請的企業，期間陸陸續續有報導雙方一直在談判，就在5月13日還有媒體傳言臺積電拒絕了美國的邀請。臺積電的CEO劉德音還對媒體表示，如果在美國建立新的晶圓廠那將是消費者的需求，而不是美國政府的要求。

臺積電一直表明它的態度，5nm、3nm工藝都會留在臺灣本地，但是臺積電真的可以決定自己去不去」赴美「嗎？2天之後，就出現了神反轉，15日在網站上進行了官宣。其實這樣不奇怪，西瓜視頻創作人的視頻裡有臺積電的股權結構，臺積電的外資比例達到了78%。

臺積電股權結構表

第二點來看它的市場份額，臺積電的2019年報顯示，去年美國市場佔臺積電營收的59%，中國客戶則是19%，可見最大客戶還是在北美市場。

2020年一季度晶片代工廠排名

第三點，也是最重要的一點， 7nm工藝美國技術佔比大約是9%-10%之間，14nm的工藝佔比美國技術超過了15%，如果鬆動這個比例，華為和臺積電的合作還是有點希望的。而如果將工廠搬到美國本土情況就不一樣了，不管什麼比例，臺積電也必須接受美國的「長臂管轄「了，從商業角度臺積電無可奈何。

這次美國不光邀請臺積電，同時也邀請了英特爾在美國本土建代工廠，雖然英特爾是一家非常典型的IDM企業，也是AMD在2008年將格芯分出之後，除了三星以外為數不多的大型集設計、製造、銷售為一體的IDM企業之一。

臺積電客戶名單

英特爾也做過代工，很顯然已經在晶片製造工藝上形成了瓶頸，從5nm這個製程看，臺積電在亞利桑那州建立的工廠，不太可能是給蘋果、高通使用的，因為它們使用了5nm工藝，更像是給英特爾、AMD、英偉達來準備的。

臺積電產能分布

2萬片晶圓，折合月產能的晶片數量也不多，也就10多萬片，一年算下來也就100多萬，不超過200萬片晶片。看看，上圖目前臺積電的工廠分布和產能情況，結合7nm工藝2年左右時間10億片的產能來說，等於在亞利桑那州放了一杯水，在新竹放了一個大水缸。

看到這裡你大概明白了，先進工藝的研發、風險生產、已經量產都需要大量的科研人員參與，尤其經驗豐富的本地工程師參與才能取得成效。即使在美建廠也只能使用成熟工藝，不然讓所有研發人員都去美國，那新竹工廠也就開不下去了。

所以，在美建廠，緩解英特爾的產能和工藝困難，給桌面端晶片提供生產就算是使命了。對於最先進工藝一般都使用在移動端上，比如華為、蘋果、高通等客戶的產品還是要放在本部生產的，即是技術原因決定的，也是人才原因決定的，至於2nm的先進位程工廠建在中國臺灣新竹是必然的。