芯片制造旋風(fēng)吹向美日歐
2023年,包括臺(tái)積電、英特爾在內(nèi)的多家公司宣布將在美國(guó)、歐洲和日本新建半導(dǎo)體制造基地。2024年開(kāi)年,OpenAI CEO山姆·阿爾特曼更是被傳出計(jì)劃籌資7萬(wàn)億美元,組建“芯片帝國(guó)”。
根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SEMI)提供的數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)在2022年至2026年期間總共將有109座新晶圓廠投產(chǎn)。這些工廠中有89家已開(kāi)始運(yùn)營(yíng)、進(jìn)行設(shè)備安裝或啟動(dòng)建設(shè),而到這個(gè)十年末,還會(huì)有更多的晶圓廠來(lái)支持芯片需求的快速增長(zhǎng),這些需求來(lái)自從人工智能、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、高性能計(jì)算到6G的廣闊領(lǐng)域。預(yù)計(jì)半導(dǎo)體行業(yè)在本十年末達(dá)到1萬(wàn)億美元的規(guī)模。與此同時(shí),晶圓代工過(guò)去集中分布在東亞地區(qū)的局面將發(fā)生重大變化,凸顯了西方國(guó)家對(duì)海外半導(dǎo)體工廠所面臨的地緣政治風(fēng)險(xiǎn)的日益關(guān)注。
2019-2023年全球新建制造工廠數(shù)量達(dá)到118座,來(lái)源:SEMI2021年,在新冠病毒大流行的高峰期,美國(guó)面臨著突如其來(lái)的災(zāi)難性半導(dǎo)體短缺。這種短缺對(duì)包括汽車(chē)制造、消費(fèi)電子產(chǎn)品、可再生能源在內(nèi)的數(shù)十個(gè)主要行業(yè)造成了負(fù)面影響。后果是巨大的:根據(jù)美國(guó)商務(wù)部的數(shù)據(jù),當(dāng)年的半導(dǎo)體短缺阻礙了美國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),損失達(dá)2400億美元。
除了經(jīng)濟(jì)后果之外,芯片短缺還暴露了美國(guó)許多行業(yè)對(duì)亞洲生產(chǎn)的半導(dǎo)體的依賴(lài)程度。大流行由此變成了一次粗暴的喚醒。美國(guó)人覺(jué)察到,對(duì)亞洲半導(dǎo)體的過(guò)度依賴(lài)使其經(jīng)濟(jì)在面對(duì)不可預(yù)見(jiàn)的事件時(shí)變得脆弱不堪。
SEMI數(shù)據(jù)顯示,截至2020年,美國(guó)僅擁有12%的全球半導(dǎo)體產(chǎn)能份額,遠(yuǎn)低于1990年的37%。正是這種認(rèn)識(shí)導(dǎo)致了“芯片法案”(CHIPS act)的誕生。
“CHIPS”既是英文“芯片”一詞的復(fù)數(shù)形式,也是“創(chuàng)造有助于生產(chǎn)半導(dǎo)體的激勵(lì)措施”(Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors)的縮寫(xiě)。該法案于2022年8月9日經(jīng)拜登簽署,撥出將近530億美元用于“美國(guó)半導(dǎo)體研究、開(kāi)發(fā)、制造和勞動(dòng)力發(fā)展”。具體包括:390億美元對(duì)美國(guó)本土芯片制造的補(bǔ)貼,制造設(shè)備成本 25%的投資稅收抵免,還有130億美元用于半導(dǎo)體研究和勞動(dòng)力培訓(xùn)。
美國(guó)總統(tǒng)拜登于2022年8月9日簽署《芯片與科學(xué)法案》,來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)2023年4月,亦是出于對(duì)自身在全球價(jià)值鏈中的弱點(diǎn)的考量,歐盟宣布了一項(xiàng)類(lèi)似的計(jì)劃。《歐洲芯片法案》(The European Chips Act)專(zhuān)門(mén)撥款430億歐元(約合470億美元)用于建設(shè)27個(gè)成員國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),計(jì)劃到2030年將其全球市場(chǎng)份額翻一番,從10%增至20%。歐盟委員會(huì)主席烏爾蘇拉·馮德萊恩(Ursula von der Leyen)表示,通過(guò)連接歐盟世界一流的研究、設(shè)計(jì)和測(cè)試能力,歐盟的芯片策略意在“共同打造一個(gè)最先進(jìn)的歐洲芯片生態(tài)系統(tǒng)”。
歐委會(huì)主席馮德萊恩(Ursula von der Leyen)表示,《歐洲芯片法案》將幫助歐盟提升芯片研發(fā)和創(chuàng)新能力,為公眾支持歐盟首創(chuàng)的生產(chǎn)設(shè)施鋪路,提升應(yīng)對(duì)短缺和危機(jī)的能力,并支持小型創(chuàng)新型公司。來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)這兩項(xiàng)龐大的立法是許多人所說(shuō)的半導(dǎo)體制造復(fù)興的主要催化劑。在日本,根據(jù)2022年通過(guò)的《經(jīng)濟(jì)安全保障推進(jìn)法》,政府已將半導(dǎo)體定為對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和國(guó)家安全至關(guān)重要的產(chǎn)業(yè),并撥出2萬(wàn)億日元(133億美元),為企業(yè)在制造設(shè)施、芯片制造設(shè)備和半導(dǎo)體材料方面的投資提供高達(dá)50%的補(bǔ)貼。同樣地,韓國(guó)將高帶寬內(nèi)存(HBM)技術(shù)定為國(guó)家戰(zhàn)略技術(shù),中小企業(yè)可享受高達(dá)40%至50%的稅收減免。
下面給出一份相對(duì)全面的清單,來(lái)梳理全球半導(dǎo)體制造廠最重要的一些發(fā)展。
半導(dǎo)體制造地點(diǎn)發(fā)生了變化
至少?gòu)?980年英特爾在錢(qián)德勒(Chandler,鳳凰城東南約25 英里處)開(kāi)設(shè)半導(dǎo)體工廠開(kāi)始,美國(guó)亞利桑那州就開(kāi)始享有“半導(dǎo)體沙漠”的美譽(yù)。2021年9月,英特爾在錢(qián)德勒的Ocotillo園區(qū)有兩座半導(dǎo)體工廠破土動(dòng)工,分別被命名為52號(hào)工廠和62號(hào)工廠(建成后,英特爾將在該園區(qū)擁有六座工廠)。這些工廠計(jì)劃使用公司的20A制造技術(shù)生產(chǎn)7納米半導(dǎo)體。這兩座制造廠總計(jì)耗資約200億美元,計(jì)劃于2024年竣工。
intel工藝節(jié)點(diǎn)路線圖,其中20A工藝等效其它企業(yè)2nm工藝,來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)2022年,英特爾宣布將投資200億美元在俄亥俄州哥倫布(Columbus)市外新建兩座工廠,2025年開(kāi)始生產(chǎn),不過(guò)由于半導(dǎo)體市場(chǎng)放緩以及政府補(bǔ)貼不到位,工期已推遲到2026年。這兩座工廠將在12英寸晶圓上生產(chǎn)10納米芯片,而這只是英特爾多年計(jì)劃的第一階段。在俄亥俄州,英特爾希望建立另一個(gè)大型基地,容納多達(dá)八座半導(dǎo)體制造工廠。整個(gè)基地的總成本估計(jì)在1000億美元左右。
2024年1月,英特爾公司宣布,其位于新墨西哥州的里奧蘭喬(Rio Rancho)芯片工廠正式投入運(yùn)營(yíng),總投資約35億美元。該廠使用突破性的3D封裝技術(shù)Foveros,系英特爾先進(jìn)封裝技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)的第一個(gè)運(yùn)營(yíng)基地。

與此同時(shí),英特爾一直在計(jì)劃將英特爾代工服務(wù)(IFS, Intel Foundry Services)打造為無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司的主要制造業(yè)務(wù)。2024年1月,英特爾宣布與聯(lián)電(UMC)結(jié)盟。聯(lián)電提供5微米至14納米制程,為全球前五大晶圓代工廠(foundry)之一,豐富的晶圓代工經(jīng)驗(yàn)和客戶(hù)資源,均為英特爾IFS所需。英特爾和聯(lián)電將針對(duì)移動(dòng)、通信基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)等高增長(zhǎng)市場(chǎng),共同開(kāi)發(fā)12納米光刻制程,并于2027年在英特爾位于亞利桑那州的 12、22和 32等廠開(kāi)始生產(chǎn)12納米節(jié)點(diǎn)的芯片。
美國(guó)以外的市場(chǎng),英特爾也動(dòng)作頻頻。在歐洲,2023年6月,英特爾宣布將投資46億美元在波蘭建設(shè)新的半導(dǎo)體封裝與測(cè)試工廠。英特爾也將對(duì)愛(ài)爾蘭基爾代爾郡(Kildare)的現(xiàn)有工廠進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)建。這家價(jià)值185億美元的工廠使用極紫外光刻機(jī)進(jìn)行大批量生產(chǎn),將幫助英特爾制造AI PC以及新的主流筆記本電腦芯片系列。此外,英特爾還計(jì)劃在德國(guó)中部的馬格德堡(Magdeburg)投資超過(guò)320億美元,用于建設(shè)兩座晶圓工廠覆蓋歐洲客戶(hù),為此得到了約100億歐元的德國(guó)補(bǔ)貼的支持。英特爾在愛(ài)爾蘭的投資,加上在德國(guó)和波蘭現(xiàn)有的和計(jì)劃中的投資,在歐洲創(chuàng)造了一個(gè)端到端的領(lǐng)先半導(dǎo)體制造價(jià)值鏈。
2023年12月,以色列政府同意向英特爾撥款32億美元,用于在特拉維夫南部新建一座價(jià)值250億美元的芯片工廠,這也是該國(guó)有史以來(lái)最大規(guī)模的國(guó)外投資,預(yù)計(jì)于2027年前完工。
英特爾的目標(biāo)是到2030年超過(guò)三星電子,成為全球第二大晶圓代工廠。英特爾重新對(duì)代工廠產(chǎn)生興趣,是因?yàn)槊绹?guó)政府希望通過(guò)將芯片業(yè)務(wù)中心從亞洲遷回美國(guó),重新奪回半導(dǎo)體行業(yè)的霸主地位。由此,全球最大三家芯片制造商勢(shì)將掀起血雨腥風(fēng)的競(jìng)爭(zhēng),利潤(rùn)率可能下降。

除了英特爾,在“芯片法案”的牽引之下,臺(tái)積電(TSMC)2020年也把目光投向了亞利桑那州,將其作為新工廠的落腳點(diǎn)。
臺(tái)積電的Fab 21第一期原計(jì)劃于2024年投入運(yùn)營(yíng),生產(chǎn)4~5納米芯片,但2023年7月,公司宣布將工廠的開(kāi)業(yè)時(shí)間推遲到2025年,理由是熟練工人不足。臺(tái)積電證實(shí)將向美國(guó)派遣更多的臺(tái)灣工人,以確保其這座價(jià)值400億美元的工廠“快速達(dá)產(chǎn)”。
計(jì)劃中的第二座工廠預(yù)計(jì)于2026年投入運(yùn)營(yíng),生產(chǎn)最先進(jìn)的3納米芯片。兩座晶圓廠完工后,每年將生產(chǎn)超過(guò)600,000片晶圓,最終產(chǎn)品價(jià)值預(yù)計(jì)將超過(guò)400億美元。但在2024年1月,臺(tái)積電表示,與第一座工廠一樣,第二座晶圓廠的部署時(shí)間將比最初計(jì)劃推遲至少一年。
臺(tái)積電初試美國(guó)市場(chǎng)可謂出師不利。外界認(rèn)為,除人員短缺外,文化差異大、工會(huì)態(tài)度強(qiáng)硬及政府補(bǔ)貼不積極等都是個(gè)中原因。臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音突然于2023年12月中宣布退休,為美國(guó)工廠再添更多變數(shù)。一個(gè)很大的問(wèn)題是,臺(tái)積電原以為在美國(guó)建廠的成本會(huì)比在臺(tái)灣高出20%,但實(shí)際上要高出50%左右。
2022年12月6日,庫(kù)克、黃仁勛、蘇姿豐等出席臺(tái)積電亞利桑那半導(dǎo)體代工廠上機(jī)典禮與美國(guó)相反,臺(tái)積電在日本建廠則格外順利。2021年11月,臺(tái)積電宣布與索尼合資在熊本縣建設(shè)該公司在日本的首家半導(dǎo)體工廠,日本的汽車(chē)零部件企業(yè)電裝(Denso)隨后加入。熊本一廠僅花2年8個(gè)月就完工,如今二廠的細(xì)節(jié)也浮出水面。臺(tái)積電的子公司JASM向一廠投資約86億美元,其中日本政府補(bǔ)貼最高4760億日元(約合32億美元),僅花2年8個(gè)月就完工。一廠預(yù)計(jì)于2024年10~12月開(kāi)始量產(chǎn)12~28納米的半導(dǎo)體,月產(chǎn)能為5.5萬(wàn)片12英寸硅片。如今二廠的細(xì)節(jié)也浮出水面,將生產(chǎn)比一廠更尖端的6~7納米制程的制品,投資達(dá)135億美元,日本政府計(jì)劃提供約7500億日元(50億美元)的補(bǔ)貼。二廠將于2024年4月開(kāi)始建設(shè),預(yù)計(jì)2025年竣工,2026年底開(kāi)始生產(chǎn)。
日本對(duì)臺(tái)積電而言的優(yōu)勢(shì)包括其芯片設(shè)備和材料供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)、相似的工作文化以及毗鄰臺(tái)灣的地理便利性。日本政府更容易打交道,補(bǔ)貼也很慷慨。目前日本只能生產(chǎn)40納米水平的半導(dǎo)體,所以有很大的上升空間。
臺(tái)積電已承諾投資35億歐元(合38億美元)在德國(guó)德累斯頓(Dresden)建廠,這將是該公司在歐洲的第一家工廠。此外,臺(tái)積電同意投資世界先進(jìn)積體電路股份有限公司(Vanguard International Semiconductor Corporation)計(jì)劃在新加坡設(shè)立的一家12英寸晶圓廠。該廠投資可能超過(guò)1000億元臺(tái)幣(約32億美元)。報(bào)道稱(chēng),這家新加坡工廠將生產(chǎn)28納米芯片,最早可能在2026年完工。世界先進(jìn)為臺(tái)積電持股28.3%的晶片制造公司。
4年前,臺(tái)積電是全球地理范圍最為集中的科技巨頭之一,幾乎其全部產(chǎn)能都處于300英里的半徑范圍內(nèi)。如今,它即將成為全球最為多元化的芯片制造商之一。這些都并非計(jì)劃中的情形,由此也可以窺見(jiàn)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的急劇變化。

三星則一直覬覦臺(tái)積電長(zhǎng)期把持的業(yè)界“頭號(hào)交椅”地位。它是全球最大的存儲(chǔ)芯片制造商。然而,在代工業(yè)務(wù)中,它以較低的兩位數(shù)市場(chǎng)份額位居第二,僅次于控制著全球一半以上代工市場(chǎng)的臺(tái)積電。在它提出的2030愿景中,三星計(jì)劃總共投資1160億美元,成為全球頂級(jí)代工企業(yè)。
三星早在20世紀(jì)90年代末就已進(jìn)駐美國(guó)得克薩斯,在奧斯?。ˋustin)建立了第一家美國(guó)半導(dǎo)體制造工廠(現(xiàn)稱(chēng)為S2代工廠)。2021年,三星宣布將在得克薩斯州泰勒市(Taylor,距S2代工廠約16英里)破土動(dòng)工建設(shè)一座新的半導(dǎo)體制造廠,并將投入約170億美元用于建筑、設(shè)備、機(jī)械和空間改造。三星宣布這是該公司在美國(guó)本土進(jìn)行的最大一筆投資。新工廠將為高性能計(jì)算(HPC)、人工智能和5G等技術(shù)領(lǐng)域生產(chǎn)5納米節(jié)點(diǎn),目標(biāo)運(yùn)營(yíng)日期定在2024年下半年。
根據(jù)三星的說(shuō)法,這座新的半導(dǎo)體工廠將“提高關(guān)鍵邏輯芯片的供應(yīng)鏈彈性”,這無(wú)疑是對(duì)2021年困擾美國(guó)無(wú)數(shù)行業(yè)的半導(dǎo)體短缺問(wèn)題的回應(yīng)。值得注意的是,三星在得克薩斯的新工廠只是雄心勃勃的兩年計(jì)劃中的第一座,該計(jì)劃旨在在泰勒地區(qū)的一個(gè)地點(diǎn)建造10座半導(dǎo)體工廠,總成本超過(guò)2000億美元。最終的制造工廠預(yù)計(jì)將于2042年完工。
2022年Q1-2023年Q3全球晶圓代工廠市場(chǎng)份額分布,來(lái)源:counterpoint扎根得克薩斯州的不只是三星半導(dǎo)體,德州儀器(Texas Instruments)2022年開(kāi)始在北部謝爾曼(Sherman)附近投資300億美元建設(shè)一座大型半導(dǎo)體基地,被視為“孤星州”歷史上最大的經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。其中包括四家工廠,第一家和第二家的建設(shè)正在進(jìn)行中,預(yù)計(jì)2025年第一家將投產(chǎn)。該工廠將在12英寸晶圓上生產(chǎn)28 納米芯片。2023年2月,德州儀器又宣布,投資110億美元在猶他州利哈伊(Lehi)建造第二座 12英寸晶圓廠。與上文概述的許多設(shè)施一樣,德州儀器的新工廠也受益于當(dāng)?shù)氐拇罅考?lì)措施。
其他的建廠動(dòng)作包括美光(Micron)、格芯(GlobalFoundries)、IBM、Wolfspeed等,不一而足。得益于《芯片法案》的通過(guò),美國(guó)在過(guò)去兩年中無(wú)疑享受到了半導(dǎo)體制造業(yè)的重大繁榮。經(jīng)過(guò)多年的停滯,美國(guó)終于有了全新的芯片工廠。到2030年,美國(guó)境內(nèi)進(jìn)行中、已宣布或正在考慮的半導(dǎo)體項(xiàng)目總值達(dá)到2230 億~2600億美元。
但半導(dǎo)體工廠的復(fù)興并沒(méi)有完全局限于美國(guó)。
未來(lái)幾年,德國(guó)將通過(guò)建設(shè)多個(gè)新設(shè)施來(lái)引領(lǐng)歐洲芯片制造業(yè)的復(fù)興。除了前文提及的英特爾和臺(tái)積電的項(xiàng)目,德國(guó)最大的半導(dǎo)體制造商英飛凌科技公司(Infineon Technologies)2023年宣布,已獲得德國(guó)經(jīng)濟(jì)部的批準(zhǔn),開(kāi)始在德累斯頓市建設(shè)一座耗資53.5億美元的工廠,計(jì)劃于 2026 年完工。德累斯頓還有一座待建的新工廠,為臺(tái)積電、英飛凌、博世(Robert Bosch)和恩智浦(NXP Semiconductors)的合資企業(yè)。盡管目前細(xì)節(jié)相對(duì)較少,但許多人認(rèn)為該半導(dǎo)體工廠將把其制造能力集中在汽車(chē)行業(yè)。施工預(yù)計(jì)于2024年下半年開(kāi)始,目標(biāo)運(yùn)營(yíng)日期為 2027年底。
日本新半導(dǎo)體代工廠Rapidus與IBM合作開(kāi)發(fā)2納米工藝,來(lái)源:福布斯2021年3月,日本政府宣布出資420億日元,聯(lián)合日本三大半導(dǎo)體廠商——佳能、東京電子(Tokyo Electron Limited)以及Screen Semiconductor Solutions共同開(kāi)發(fā)2納米工藝。2022年11月,豐田、索尼、NTT、軟銀等八家日本公司聯(lián)合投資成立了一家名為 Rapidus的新公司,目標(biāo)是在日本研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)的邏輯半導(dǎo)體,并得到日本政府的支持和補(bǔ)貼(5億美元)。12月,Rapidus拉來(lái)首發(fā)2納米的IBM作為合作伙伴,計(jì)劃在2030年之前在日本生產(chǎn)世界上最先進(jìn)的芯片。即便Rapidus尚未投入量產(chǎn),但已開(kāi)始著手研發(fā)1納米制程,象征Rapidus對(duì)推進(jìn)先進(jìn)制程的決心。
同時(shí),日本致力于吸引更多晶圓廠進(jìn)駐,不僅凸顯日本官方振興半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)決心,也顯示日本有意成為地緣政治議題下的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新聚落。
還必須指出,雖然新聞媒體重點(diǎn)關(guān)注美國(guó)、歐洲和日本正在建設(shè)的新半導(dǎo)體制造廠,但世界其他地區(qū)并沒(méi)有忽視對(duì)更多半導(dǎo)體晶圓廠的推動(dòng)。
據(jù)2023年9月的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì),38家正在建設(shè)的半導(dǎo)體工廠位于東亞和東南亞,尤其是中國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)和日本,占全球計(jì)劃新建制造工廠總數(shù)的一半多一點(diǎn)。在南亞,印度專(zhuān)門(mén)拿出用于芯片行業(yè)擴(kuò)張的100億美元,將向符合條件的企業(yè)提供最高達(dá)項(xiàng)目成本50%的財(cái)政支持。利用中國(guó)對(duì)投資的吸引力下降的新局面,印度總理納倫德拉·莫迪(Narendra Modi)一直散布,印度在“建立可信賴(lài)的供應(yīng)鏈”方面可以發(fā)揮重要作用。
芯片廠建廠熱說(shuō)明了什么?
整個(gè)2023年,半導(dǎo)體行業(yè)仍然處于調(diào)整的動(dòng)蕩之中,但從臺(tái)積電、三星等的財(cái)報(bào)來(lái)看,巨頭們對(duì)長(zhǎng)期趨勢(shì)依舊保持樂(lè)觀。
據(jù)麥肯錫公司預(yù)計(jì),到 2030年,半導(dǎo)體行業(yè)年均增長(zhǎng)6%至8%,年收入將達(dá)到1萬(wàn)億美元。該行業(yè)只有將半導(dǎo)體產(chǎn)量翻番,才能跟上未來(lái)需求的步伐。然而,眼下的大多數(shù)制造工廠已經(jīng)處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了增加供應(yīng),許多公司競(jìng)相宣布計(jì)劃建造新的晶圓廠。
在很大程度上,如此大規(guī)模的投資是由幾個(gè)因素促成的:地方當(dāng)局的激勵(lì)方案、支持半導(dǎo)體發(fā)展的新立法帶來(lái)的政府補(bǔ)貼、工程人才的可用性以及現(xiàn)有的半導(dǎo)體生產(chǎn)供應(yīng)鏈。其他原因包括地緣政治緊張局勢(shì)和制造基地多元化的必要性。
在供應(yīng)鏈運(yùn)作良好的時(shí)候,芯片企業(yè)幾乎沒(méi)有動(dòng)力在東亞以外的地區(qū)建立新的晶圓廠。但是,由于新冠病毒大流行以及隨之而來(lái)的供應(yīng)鏈中斷,芯片的產(chǎn)出和分銷(xiāo)面臨挑戰(zhàn),臺(tái)灣2021年的干旱和最近的地緣政治問(wèn)題使問(wèn)題更加復(fù)雜。這些因素促使企業(yè)開(kāi)始關(guān)注工廠選址的多樣化,并探索在美國(guó)和歐洲建廠。在評(píng)估潛在的新廠址時(shí),能否獲得補(bǔ)貼是主要考慮因素之一。

從更大的角度來(lái)看,西半球正在發(fā)生的半導(dǎo)體工廠復(fù)興為各國(guó)提供了建立抵御能力的機(jī)會(huì),以應(yīng)對(duì)高度復(fù)雜和脆弱的全球供應(yīng)鏈的不可預(yù)測(cè)性。通過(guò)供應(yīng)鏈多元化和增加國(guó)內(nèi)芯片制造量,美國(guó)和歐洲國(guó)家試圖讓自己的經(jīng)濟(jì)變得更加具有適應(yīng)性,以抗擊未來(lái)的地緣政治危機(jī)。
這一切意味著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“新的全球化”模式到來(lái)了。如臺(tái)灣環(huán)球晶圓(GlobalWafers)公司董事長(zhǎng)徐秀蘭所觀察到的,過(guò)去半導(dǎo)體是一個(gè)全球化的生態(tài)圈,亦即一個(gè)晶片產(chǎn)品的完成,從原料、設(shè)計(jì)、晶圓制造到代工晶片及封測(cè)等等,常常經(jīng)由全球不同公司的協(xié)作,但現(xiàn)在各國(guó)都希望有自己的生態(tài)圈。
所以,新模式可以總結(jié)為“全球本土化”(glocalization)。為了對(duì)抗中國(guó)計(jì)算科技的持續(xù)發(fā)展,美國(guó)及其主要戰(zhàn)略合作伙伴(特別是七大工業(yè)國(guó)組織會(huì)員),將借著與臺(tái)積電和三星等半導(dǎo)體大廠的協(xié)作,融入當(dāng)?shù)氐陌雽?dǎo)體供應(yīng)鏈及產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),這些生態(tài)系統(tǒng)和供應(yīng)鏈會(huì)被安全地包圍起來(lái),這就是所謂的全球本土化。
然而,吊詭的是,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍然是一個(gè)全球體系。盡管各國(guó)政府都在尋求建立本土優(yōu)勢(shì),但企業(yè)仍在繼續(xù)進(jìn)行海外投資。SEMI總裁兼首席執(zhí)行官阿吉特·馬諾查(Ajit Manocha)說(shuō):“要想完全獨(dú)立于其他國(guó)家或地區(qū),還需要很長(zhǎng)的時(shí)間,而且我認(rèn)為這對(duì)我們的產(chǎn)業(yè)或技術(shù)創(chuàng)新都不是最好的選擇?!?/p>
他指出,半導(dǎo)體是一個(gè)相互聯(lián)系非常緊密的系統(tǒng)。從基板開(kāi)始制造芯片,前端制造主要在臺(tái)灣和韓國(guó)進(jìn)行,組裝業(yè)在東南亞。然后,最終測(cè)試在美國(guó)進(jìn)行,分銷(xiāo)也從美國(guó)開(kāi)始。整個(gè)過(guò)程與全球六七個(gè)地區(qū)相互依存。把所有東西都搬到美國(guó),會(huì)帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。在一個(gè)地區(qū)建立完整的生態(tài)系統(tǒng)將耗費(fèi)大量時(shí)間,而且會(huì)錯(cuò)失專(zhuān)業(yè)化的優(yōu)勢(shì)。
一座工廠100億美元起
建設(shè)新的芯片工廠本身就是一項(xiàng)成本高昂且耗時(shí)的工作。Gartner分析師鮑勃·約翰遜(Bob Johnson)表示:“現(xiàn)代化的晶圓廠大約有50萬(wàn)平方英尺,需要具有強(qiáng)大空氣處理能力的巨大潔凈室?!?他補(bǔ)充說(shuō),這些巨大的建筑需要“異常堅(jiān)固的地基”?!肮S里不能有任何振動(dòng),因?yàn)樗鼤?huì)破壞制造過(guò)程?!?/p>
芯片行業(yè)是資本密集型行業(yè)。近年來(lái),半導(dǎo)體工廠變得越來(lái)越復(fù)雜,建造成本也越來(lái)越高?,F(xiàn)在建造的尖端先進(jìn)邏輯晶圓廠將比2020年建造的晶圓廠至少高出兩到三代節(jié)點(diǎn)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IBS統(tǒng)計(jì),隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷縮小,集成電路制造的設(shè)備投入呈大幅上升的趨勢(shì)。以5納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)為例,其投資成本高達(dá)數(shù)百億美元,是14納米的兩倍以上,28納米的四倍左右。除了設(shè)備成本,由于現(xiàn)在需要更多的空間和更大的建筑,建筑支出也隨之增加。
英特爾網(wǎng)站上的信息稱(chēng),一座設(shè)備齊全的新工廠耗資約100億美元,需要6000名建筑工人耗時(shí)約三年才能完工。而研究公司“自由移動(dòng)電臺(tái)”(Free Mobile Radio)的分析師理查·溫沙(Richard Windsor)告訴BBC,用最先進(jìn)的設(shè)備,開(kāi)設(shè)一家的新的芯片代工廠可能要花上250億美元。
以英特爾的愛(ài)爾蘭工廠為例,其制造工藝采用了極紫外光刻(EUV)技術(shù),該工廠目前有7臺(tái)由荷蘭制造商阿斯麥(ASML)制造的光刻機(jī),每一臺(tái)都有一輛公共汽車(chē)那么大,造價(jià)約1.5億美元。在22公里長(zhǎng)的軌道上,源源不斷的高架機(jī)器人將硅片從一個(gè)工具運(yùn)送到另一個(gè)工具,每臺(tái)機(jī)器人的成本與一輛普通寶馬汽車(chē)相當(dāng)。
即便如此,英特爾還是不吝手筆在全球大規(guī)模擴(kuò)張。CEO帕特·基爾辛格(Pat Gelsinger)說(shuō):“智能手機(jī)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程工作、遠(yuǎn)程教育、自動(dòng)駕駛汽車(chē)……人類(lèi)的每一個(gè)方面都在變得更加數(shù)字化。而當(dāng)它們變得數(shù)字化時(shí),會(huì)在半導(dǎo)體上運(yùn)行……這是未來(lái)人類(lèi)生存方方面面的核心,而世界需要一個(gè)更加平衡的供應(yīng)鏈來(lái)完成這個(gè)目標(biāo)。我們正在入場(chǎng)?!?/p>

基爾辛格的觀察是準(zhǔn)確的,半導(dǎo)體正在對(duì)更多行業(yè)變得更加重要,供應(yīng)故障被視為經(jīng)濟(jì)和政治威脅。這已不再僅僅是智能手機(jī)和個(gè)人電腦的問(wèn)題。從軍事/航空和人工智能系統(tǒng)到超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸(汽車(chē)、卡車(chē)、輪船、飛機(jī)、鐵路),更不用說(shuō)社交媒體、量子計(jì)算和加密貨幣,都在使用芯片。這些芯片的設(shè)計(jì)和制造,以及與之相關(guān)的研究,可以提供成千上萬(wàn)個(gè)高薪工作崗位,這使得在岸/離岸外包成為一個(gè)熱門(mén)的政治話(huà)題。
單獨(dú)來(lái)看,每一個(gè)新的芯片廠,都是對(duì)未來(lái)的巨大賭注。從整體上看,這些項(xiàng)目可能會(huì)改變芯片制造的重心,使設(shè)計(jì)和制造在區(qū)域基礎(chǔ)上更加緊密地結(jié)合在一起。然而,這種影響能多快顯現(xiàn)出來(lái)仍不確定。
麥肯錫公司高級(jí)合伙人翁德雷·布爾卡基(ondrej Burkacky)說(shuō):“在世界其他地方重建任何半導(dǎo)體供應(yīng)鏈要素都需要時(shí)間?!币粋€(gè)新的半導(dǎo)體工廠進(jìn)入良好運(yùn)營(yíng)需要5年時(shí)間。技術(shù)研發(fā)動(dòng)輒需要10到15年。如果想要在供應(yīng)鏈中創(chuàng)造更多的彈性,實(shí)現(xiàn)更多的本地化,一天之內(nèi)是無(wú)法做到的。供應(yīng)鏈的特點(diǎn)就是全球性,沒(méi)有什么是真正本地化的,因?yàn)樗鼮榉?wù)全球市場(chǎng)而建立。在這個(gè)意義上,你不可能有一個(gè)比半導(dǎo)體行業(yè)更具全球性的起點(diǎn)。
芯片制造業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)以超大規(guī)模運(yùn)作,需要一條橫跨多個(gè)大洲的供應(yīng)鏈。全球性擴(kuò)廠將對(duì)管理、財(cái)務(wù)及其他資源產(chǎn)生相當(dāng)程度的需求,并可能帶來(lái)難以克服的挑戰(zhàn),包括成本增加、工人短缺、天然或人為災(zāi)害、工業(yè)用地不足、環(huán)境問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)攻擊、政府補(bǔ)貼不到位、工作文化差異、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、各地稅務(wù)法規(guī)等。臺(tái)積電在美國(guó)建廠工期的一再延宕就是明證。
放眼未來(lái),半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的多元化和風(fēng)險(xiǎn)緩解會(huì)保持為一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的主題。最近,新的因素帶來(lái)了進(jìn)一步的震蕩。俄羅斯和烏克蘭、以色列和哈馬斯之間的沖突對(duì)供應(yīng)鏈產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)。需求的持續(xù)波動(dòng)也使得物流業(yè)幾乎不可能預(yù)測(cè)未來(lái)的需求。隨著制造商、物流運(yùn)營(yíng)商和消費(fèi)者努力應(yīng)對(duì)不斷涌入的變化,目前存在不可否認(rèn)的不確定性。

在這樣的情況下,芯片制造商和眾多其他參與者紛紛進(jìn)行戰(zhàn)略調(diào)整,以保護(hù)其運(yùn)營(yíng)免受不確定性的影響。投資芯片業(yè),除了減輕意外沖突的影響,為及時(shí)供應(yīng)提供更大的靈活性,還可以以多種方式令投資所在地受益。這些大型、高度復(fù)雜的設(shè)施的建設(shè)過(guò)程歷時(shí)數(shù)年,會(huì)創(chuàng)造數(shù)以千計(jì)的建筑工作崗位。一旦工廠竣工并準(zhǔn)備好制造,將需要工程師、技術(shù)人員和其他專(zhuān)家來(lái)運(yùn)營(yíng)它們,從而為周邊地區(qū)創(chuàng)造數(shù)千個(gè)高薪就業(yè)崗位。如此投資可能會(huì)帶動(dòng)數(shù)十年的就業(yè),從建筑到工藝工程再到材料科學(xué),從而為其所在的城市和社區(qū)帶來(lái)真正、持久的繁榮。
這些當(dāng)然是美國(guó)、歐盟和日本等在通過(guò)相關(guān)立法時(shí)所設(shè)想的。這也是為什么代工廠和設(shè)備公司正在規(guī)劃巨額投資,以及為什么各國(guó)政府正在自己的后院大力推動(dòng)半導(dǎo)體和相關(guān)技術(shù)的原因。


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