5年,全球激增100多座芯片代工廠,美日歐組建“硅基帝國”
2023年,包括臺積電、英特爾在內(nèi)的多家公司宣布將在美國、歐洲和日本新建半導(dǎo)體制造基地。2024年開年,OpenAI CEO山姆·阿爾特曼更是被傳出計劃籌資7萬億美元,組建“芯片帝國”。
根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)提供的數(shù)據(jù),預(yù)計在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家已開始運營、進行設(shè)備安裝或啟動建設(shè),而到這個十年末,還會有更多的晶圓廠來支持芯片需求的快速增長,這些需求來自從人工智能、自動駕駛汽車、電動汽車、高性能計算到6G的廣闊領(lǐng)域。預(yù)計半導(dǎo)體行業(yè)在本十年末達到1萬億美元的規(guī)模。與此同時,晶圓代工過去集中分布在東亞地區(qū)的局面將發(fā)生重大變化,凸顯了西方國家對海外半導(dǎo)體工廠所面臨的地緣政治風(fēng)險的日益關(guān)注。
2019-2023年全球新建制造工廠數(shù)量達到118座,來源:SEMI
2021年,在新冠病毒大流行的高峰期,美國面臨著突如其來的災(zāi)難性半導(dǎo)體短缺。這種短缺對包括汽車制造、消費電子產(chǎn)品、可再生能源在內(nèi)的數(shù)十個主要行業(yè)造成了負面影響。后果是巨大的:根據(jù)美國商務(wù)部的數(shù)據(jù),當(dāng)年的半導(dǎo)體短缺阻礙了美國經(jīng)濟的增長,損失達2400億美元。
除了經(jīng)濟后果之外,芯片短缺還暴露了美國許多行業(yè)對亞洲生產(chǎn)的半導(dǎo)體的依賴程度。大流行由此變成了一次粗暴的喚醒。美國人覺察到,對亞洲半導(dǎo)體的過度依賴使其經(jīng)濟在面對不可預(yù)見的事件時變得脆弱不堪。
SEMI數(shù)據(jù)顯示,截至2020年,美國僅擁有12%的全球半導(dǎo)體產(chǎn)能份額,遠低于1990年的37%。正是這種認(rèn)識導(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)體的激勵措施”(Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors)的縮寫。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“美國半導(dǎo)體研究、開發(fā)、制造和勞動力發(fā)展”。具體包括:390億美元對美國本土芯片制造的補貼,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)體研究和勞動力培訓(xùn)。
美國總統(tǒng)拜登于2022年8月9日簽署《芯片與科學(xué)法案》,來源:網(wǎng)絡(luò)
2023年4月,亦是出于對自身在全球價值鏈中的弱點的考量,歐盟宣布了一項類似的計劃。《歐洲芯片法案》(The European Chips Act)專門撥款430億歐元(約合470億美元)用于建設(shè)27個成員國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),計劃到2030年將其全球市場份額翻一番,從10%增至20%。歐盟委員會主席烏爾蘇拉·馮德萊恩(Ursula von der Leyen)表示,通過連接歐盟世界一流的研究、設(shè)計和測試能力,歐盟的芯片策略意在“共同打造一個最先進的歐洲芯片生態(tài)系統(tǒng)”。
歐委會主席馮德萊恩(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)對短缺和危機的能力,并支持小型創(chuàng)新型公司。來源:網(wǎng)絡(luò)
這兩項龐大的立法是許多人所說的半導(dǎo)體制造復(fù)興的主要催化劑。在日本,根據(jù)2022年通過的《經(jīng)濟安全保障推進法》,政府已將半導(dǎo)體定為對經(jīng)濟活動和國家安全至關(guān)重要的產(chǎn)業(yè),并撥出2萬億日元(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50%的補貼。同樣地,韓國將高帶寬內(nèi)存(HBM)技術(shù)定為國家戰(zhàn)略技術(shù),中小企業(yè)可享受高達40%至50%的稅收減免。
下面給出一份相對全面的清單,來梳理全球半導(dǎo)體制造廠最重要的一些發(fā)展。
至少從1980年英特爾在錢德勒(Chandler,鳳凰城東南約25 英里處)開設(shè)半導(dǎo)體工廠開始,美國亞利桑那州就開始享有“半導(dǎo)體沙漠”的美譽。2021年9月,英特爾在錢德勒的Ocotillo園區(qū)有兩座半導(dǎo)體工廠破土動工,分別被命名為52號工廠和62號工廠(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。這兩座制造廠總計耗資約200億美元,計劃于2024年竣工。
intel工藝節(jié)點路線圖,其中20A工藝等效其它企業(yè)2nm工藝,來源: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年開始生產(chǎn),不過由于半導(dǎo)體市場放緩以及政府補貼不到位,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劃的第一階段。在俄亥俄州,英特爾希望建立另一個大型基地,容納多達八座半導(dǎo)體制造工廠。整個基地的總成本估計在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營,總投資約35億美元。該廠使用突破性的3D封裝技術(shù)Foveros,系英特爾先進封裝技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)的第一個運營基地。

與此同時,英特爾一直在計劃將英特爾代工服務(wù)(IFS, Intel Foundry Services)打造為無晶圓廠半導(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)驗和客戶資源,均為英特爾IFS所需。英特爾和聯(lián)電將針對移動、通信基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)等高增長市場,共同開發(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等廠開始生產(chǎn)12納米節(jié)點的芯片。
美國以外的市場,英特爾也動作頻頻。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)體封裝與測試工廠。英特爾也將對愛爾蘭基爾代爾郡(Kildare)的現(xiàn)有工廠進行大規(guī)模擴建。這家價值185億美元的工廠使用極紫外光刻機進行大批量生產(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,英特爾還計劃在德國中部的馬格德堡(Magdeburg)投資超過320億美元,用于建設(shè)兩座晶圓工廠覆蓋歐洲客戶,為此得到了約100億歐元的德國補貼的支持。英特爾在愛爾蘭的投資,加上在德國和波蘭現(xiàn)有的和計劃中的投資,在歐洲創(chuàng)造了一個端到端的領(lǐng)先半導(dǎo)體制造價值鏈。
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值250億美元的芯片工廠,這也是該國有史以來最大規(guī)模的國外投資,預(yù)計于2027年前完工。
英特爾的目標(biāo)是到2030年超過三星電子,成為全球第二大晶圓代工廠。英特爾重新對代工廠產(chǎn)生興趣,是因為美國政府希望通過將芯片業(yè)務(wù)中心從亞洲遷回美國,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將掀起血雨腥風(fēng)的競爭,利潤率可能下降。

除了英特爾,在“芯片法案”的牽引之下,臺積電(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。
臺積電的Fab 21第一期原計劃于2024年投入運營,生產(chǎn)4~5納米芯片,但2023年7月,公司宣布將工廠的開業(yè)時間推遲到2025年,理由是熟練工人不足。臺積電證實將向美國派遣更多的臺灣工人,以確保其這座價值400億美元的工廠“快速達產(chǎn)”。
計劃中的第二座工廠預(yù)計于2026年投入運營,生產(chǎn)最先進的3納米芯片。兩座晶圓廠完工后,每年將生產(chǎn)超過600,000片晶圓,最終產(chǎn)品價值預(yù)計將超過400億美元。但在2024年1月,臺積電表示,與第一座工廠一樣,第二座晶圓廠的部署時間將比最初計劃推遲至少一年。
臺積電初試美國市場可謂出師不利。外界認(rèn)為,除人員短缺外,文化差異大、工會態(tài)度強硬及政府補貼不積極等都是個中原因。臺積電董事長劉德音突然于2023年12月中宣布退休,為美國工廠再添更多變數(shù)。一個很大的問題是,臺積電原以為在美國建廠的成本會比在臺灣高出20%,但實際上要高出50%左右。
2022年12月6日,庫克、黃仁勛、蘇姿豐等出席臺積電亞利桑那半導(dǎo)體代工廠上機典禮
與美國相反,臺積電在日本建廠則格外順利。2021年11月,臺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,日本的汽車零部件企業(yè)電裝(Denso)隨后加入。熊本一廠僅花2年8個月就完工,如今二廠的細節(jié)也浮出水面。臺積電的子公司JASM向一廠投資約86億美元,其中日本政府補貼最高4760億日元(約合32億美元),僅花2年8個月就完工。一廠預(yù)計于2024年10~12月開始量產(chǎn)12~28納米的半導(dǎo)體,月產(chǎn)能為5.5萬片12英寸硅片。如今二廠的細節(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135億美元,日本政府計劃提供約7500億日元(50億美元)的補貼。二廠將于2024年4月開始建設(shè),預(yù)計2025年竣工,2026年底開始生產(chǎn)。
日本對臺積電而言的優(yōu)勢包括其芯片設(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灣的地理便利性。日本政府更容易打交道,補貼也很慷慨。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。
臺積電已承諾投資35億歐元(合38億美元)在德國德累斯頓(Dresden)建廠,這將是該公司在歐洲的第一家工廠。此外,臺積電同意投資世界先進積體電路股份有限公司(Vanguard International Semiconductor Corporation)計劃在新加坡設(shè)立的一家12英寸晶圓廠。該廠投資可能超過1000億元臺幣(約32億美元)。報道稱,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。世界先進為臺積電持股28.3%的晶片制造公司。
4年前,臺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。這些都并非計劃中的情形,由此也可以窺見半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的急劇變化。

三星則一直覬覦臺積電長期把持的業(yè)界“頭號交椅”地位。它是全球最大的存儲芯片制造商。然而,在代工業(yè)務(wù)中,它以較低的兩位數(shù)市場份額位居第二,僅次于控制著全球一半以上代工市場的臺積電。在它提出的2030愿景中,三星計劃總共投資1160億美元,成為全球頂級代工企業(yè)。
三星早在20世紀(jì)90年代末就已進駐美國得克薩斯,在奧斯汀(Austin)建立了第一家美國半導(dǎo)體制造工廠(現(xiàn)稱為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、機械和空間改造。三星宣布這是該公司在美國本土進行的最大一筆投資。新工廠將為高性能計算(HPC)、人工智能和5G等技術(shù)領(lǐng)域生產(chǎn)5納米節(jié)點,目標(biāo)運營日期定在2024年下半年。
根據(jù)三星的說法,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”,這無疑是對2021年困擾美國無數(shù)行業(yè)的半導(dǎo)體短缺問題的回應(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劃中的第一座,該計劃旨在在泰勒地區(qū)的一個地點建造10座半導(dǎo)體工廠,總成本超過2000億美元。最終的制造工廠預(yù)計將于2042年完工。
2022年Q1-2023年Q3全球晶圓代工廠市場份額分布,來源: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)濟項目。其中包括四家工廠,第一家和第二家的建設(shè)正在進行中,預(yù)計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)氐拇罅考畲胧?/p>
其他的建廠動作包括美光(Micron)、格芯(GlobalFoundries)、IBM、Wolfspeed等,不一而足。得益于《芯片法案》的通過,美國在過去兩年中無疑享受到了半導(dǎo)體制造業(yè)的重大繁榮。經(jīng)過多年的停滯,美國終于有了全新的芯片工廠。到2030年,美國境內(nèi)進行中、已宣布或正在考慮的半導(dǎo)體項目總值達到2230 億~2600億美元。
但半導(dǎo)體工廠的復(fù)興并沒有完全局限于美國。
未來幾年,德國將通過建設(shè)多個新設(shè)施來引領(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積電的項目,德國最大的半導(dǎo)體制造商英飛凌科技公司(Infineon Technologies)2023年宣布,已獲得德國經(jīng)濟部的批準(zhǔn),開始在德累斯頓市建設(shè)一座耗資53.5億美元的工廠,計劃于 2026 年完工。德累斯頓還有一座待建的新工廠,為臺積電、英飛凌、博世(Robert Bosch)和恩智浦(NXP Semiconductors)的合資企業(yè)。盡管目前細節(jié)相對較少,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行業(yè)。施工預(yù)計于2024年下半年開始,目標(biāo)運營日期為 2027年底。
日本新半導(dǎo)體代工廠Rapidus與IBM合作開發(fā)2納米工藝,來源: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、開發(fā)、設(shè)計和制造先進的邏輯半導(dǎo)體,并得到日本政府的支持和補貼(5億美元)。12月,Rapidus拉來首發(fā)2納米的IBM作為合作伙伴,計劃在2030年之前在日本生產(chǎn)世界上最先進的芯片。即便Rapidus尚未投入量產(chǎn),但已開始著手研發(fā)1納米制程,象征Rapidus對推進先進制程的決心。
同時,日本致力于吸引更多晶圓廠進駐,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,雖然新聞媒體重點關(guān)注美國、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)并沒有忽視對更多半導(dǎo)體晶圓廠的推動。
據(jù)2023年9月的一項統(tǒng)計,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、中國臺灣、韓國和日本,占全球計劃新建制造工廠總數(shù)的一半多一點。在南亞,印度專門拿出用于芯片行業(yè)擴張的100億美元,將向符合條件的企業(yè)提供最高達項目成本50%的財政支持。利用中國對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“建立可信賴的供應(yīng)鏈”方面可以發(fā)揮重要作用。
整個2023年,半導(dǎo)體行業(yè)仍然處于調(diào)整的動蕩之中,但從臺積電、三星等的財報來看,巨頭們對長期趨勢依舊保持樂觀。
據(jù)麥肯錫公司預(yù)計,到 2030年,半導(dǎo)體行業(yè)年均增長6%至8%,年收入將達到1萬億美元。該行業(yè)只有將半導(dǎo)體產(chǎn)量翻番,才能跟上未來需求的步伐。然而,眼下的大多數(shù)制造工廠已經(jīng)處于滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了增加供應(yīng),許多公司競相宣布計劃建造新的晶圓廠。
在很大程度上,如此大規(guī)模的投資是由幾個因素促成的:地方當(dāng)局的激勵方案、支持半導(dǎo)體發(fā)展的新立法帶來的政府補貼、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和制造基地多元化的必要性。
在供應(yīng)鏈運作良好的時候,芯片企業(yè)幾乎沒有動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的供應(yīng)鏈中斷,芯片的產(chǎn)出和分銷面臨挑戰(zhàn),臺灣2021年的干旱和最近的地緣政治問題使問題更加復(fù)雜。這些因素促使企業(yè)開始關(guān)注工廠選址的多樣化,并探索在美國和歐洲建廠。在評估潛在的新廠址時,能否獲得補貼是主要考慮因素之一。

從更大的角度來看,西半球正在發(fā)生的半導(dǎo)體工廠復(fù)興為各國提供了建立抵御能力的機會,以應(yīng)對高度復(fù)雜和脆弱的全球供應(yīng)鏈的不可預(yù)測性。通過供應(yīng)鏈多元化和增加國內(nèi)芯片制造量,美國和歐洲國家試圖讓自己的經(jīng)濟變得更加具有適應(yīng)性,以抗擊未來的地緣政治危機。
這一切意味著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“新的全球化”模式到來了。如臺灣環(huán)球晶圓(GlobalWafers)公司董事長徐秀蘭所觀察到的,過去半導(dǎo)體是一個全球化的生態(tài)圈,亦即一個晶片產(chǎn)品的完成,從原料、設(shè)計、晶圓制造到代工晶片及封測等等,常常經(jīng)由全球不同公司的協(xié)作,但現(xiàn)在各國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)。為了對抗中國計算科技的持續(xù)發(fā)展,美國及其主要戰(zhàn)略合作伙伴(特別是七大工業(yè)國組織會員),將借著與臺積電和三星等半導(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)鏈會被安全地包圍起來,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)仍然是一個全球體系。盡管各國政府都在尋求建立本土優(yōu)勢,但企業(yè)仍在繼續(xù)進行海外投資。SEMI總裁兼首席執(zhí)行官阿吉特·馬諾查(Ajit Manocha)說:“要想完全獨立于其他國家或地區(qū),還需要很長的時間,而且我認(rèn)為這對我們的產(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)體是一個相互聯(lián)系非常緊密的系統(tǒng)。從基板開始制造芯片,前端制造主要在臺灣和韓國進行,組裝業(yè)在東南亞。然后,最終測試在美國進行,分銷也從美國開始。整個過程與全球六七個地區(qū)相互依存。把所有東西都搬到美國,會帶來很多挑戰(zhàn)。在一個地區(qū)建立完整的生態(tài)系統(tǒng)將耗費大量時間,而且會錯失專業(yè)化的優(yōu)勢。
建設(shè)新的芯片工廠本身就是一項成本高昂且耗時的工作。Gartner分析師鮑勃·約翰遜(Bob Johnson)表示:“現(xiàn)代化的晶圓廠大約有50萬平方英尺,需要具有強大空氣處理能力的巨大潔凈室?!?他補充說,這些巨大的建筑需要“異常堅固的地基”?!肮S里不能有任何振動,因為它會破壞制造過程?!?/p>
芯片行業(yè)是資本密集型行業(yè)。近年來,半導(dǎo)體工廠變得越來越復(fù)雜,建造成本也越來越高?,F(xiàn)在建造的尖端先進邏輯晶圓廠將比2020年建造的晶圓廠至少高出兩到三代節(jié)點。根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)IBS統(tǒng)計,隨著技術(shù)節(jié)點的不斷縮小,集成電路制造的設(shè)備投入呈大幅上升的趨勢。以5納米技術(shù)節(jié)點為例,其投資成本高達數(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,一座設(shè)備齊全的新工廠耗資約100億美元,需要6000名建筑工人耗時約三年才能完工。而研究公司“自由移動電臺”(Free Mobile Radio)的分析師理查·溫沙(Richard Windsor)告訴BBC,用最先進的設(shè)備,開設(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臺由荷蘭制造商阿斯麥(ASML)制造的光刻機,每一臺都有一輛公共汽車那么大,造價約1.5億美元。在22公里長的軌道上,源源不斷的高架機器人將硅片從一個工具運送到另一個工具,每臺機器人的成本與一輛普通寶馬汽車相當(dāng)。
即便如此,英特爾還是不吝手筆在全球大規(guī)模擴張。CEO帕特·基爾辛格(Pat Gelsinger)說:“智能手機、遠程醫(yī)療、遠程工作、遠程教育、自動駕駛汽車……人類的每一個方面都在變得更加數(shù)字化。而當(dāng)它們變得數(shù)字化時,會在半導(dǎo)體上運行……這是未來人類生存方方面面的核心,而世界需要一個更加平衡的供應(yīng)鏈來完成這個目標(biāo)。我們正在入場?!?/p>

基爾辛格的觀察是準(zhǔn)確的,半導(dǎo)體正在對更多行業(yè)變得更加重要,供應(yīng)故障被視為經(jīng)濟和政治威脅。這已不再僅僅是智能手機和個人電腦的問題。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、交通運輸(汽車、卡車、輪船、飛機、鐵路),更不用說社交媒體、量子計算和加密貨幣,都在使用芯片。這些芯片的設(shè)計和制造,以及與之相關(guān)的研究,可以提供成千上萬個高薪工作崗位,這使得在岸/離岸外包成為一個熱門的政治話題。
單獨來看,每一個新的芯片廠,都是對未來的巨大賭注。從整體上看,這些項目可能會改變芯片制造的重心,使設(shè)計和制造在區(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)出來仍不確定。
麥肯錫公司高級合伙人翁德雷·布爾卡基(ondrej Burkacky)說:“在世界其他地方重建任何半導(dǎo)體供應(yīng)鏈要素都需要時間。”一個新的半導(dǎo)體工廠進入良好運營需要5年時間。技術(shù)研發(fā)動輒需要10到15年。如果想要在供應(yīng)鏈中創(chuàng)造更多的彈性,實現(xiàn)更多的本地化,一天之內(nèi)是無法做到的。供應(yīng)鏈的特點就是全球性,沒有什么是真正本地化的,因為它為服務(wù)全球市場而建立。在這個意義上,你不可能有一個比半導(dǎo)體行業(yè)更具全球性的起點。
芯片制造業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)以超大規(guī)模運作,需要一條橫跨多個大洲的供應(yīng)鏈。全球性擴廠將對管理、財務(wù)及其他資源產(chǎn)生相當(dāng)程度的需求,并可能帶來難以克服的挑戰(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)境問題、網(wǎng)絡(luò)攻擊、政府補貼不到位、工作文化差異、知識產(chǎn)權(quán)保護、各地稅務(wù)法規(guī)等。臺積電在美國建廠工期的一再延宕就是明證。
放眼未來,半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的多元化和風(fēng)險緩解會保持為一個相當(dāng)長時期的主題。最近,新的因素帶來了進一步的震蕩。俄羅斯和烏克蘭、以色列和哈馬斯之間的沖突對供應(yīng)鏈產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)。需求的持續(xù)波動也使得物流業(yè)幾乎不可能預(yù)測未來的需求。隨著制造商、物流運營商和消費者努力應(yīng)對不斷涌入的變化,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行戰(zhàn)略調(diào)整,以保護其運營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)過程歷時數(shù)年,會創(chuàng)造數(shù)以千計的建筑工作崗位。一旦工廠竣工并準(zhǔn)備好制造,將需要工程師、技術(shù)人員和其他專家來運營它們,從而為周邊地區(qū)創(chuàng)造數(shù)千個高薪就業(yè)崗位。如此投資可能會帶動數(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)帶來真正、持久的繁榮。
這些當(dāng)然是美國、歐盟和日本等在通過相關(guān)立法時所設(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,以及為什么各國政府正在自己的后院大力推動半導(dǎo)體和相關(guān)技術(shù)的原因。
芯片制造旋風(fēng)吹向美日歐
2023年,包括臺積電、英特爾在內(nèi)的多家公司宣布將在美國、歐洲和日本新建半導(dǎo)體制造基地。2024年開年,OpenAI CEO山姆·阿爾特曼更是被傳出計劃籌資7萬億美元,組建“芯片帝國”。
根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)提供的數(shù)據(jù),預(yù)計在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家已開始運營、進行設(shè)備安裝或啟動建設(shè),而到這個十年末,還會有更多的晶圓廠來支持芯片需求的快速增長,這些需求來自從人工智能、自動駕駛汽車、電動汽車、高性能計算到6G的廣闊領(lǐng)域。預(yù)計半導(dǎo)體行業(yè)在本十年末達到1萬億美元的規(guī)模。與此同時,晶圓代工過去集中分布在東亞地區(qū)的局面將發(fā)生重大變化,凸顯了西方國家對海外半導(dǎo)體工廠所面臨的地緣政治風(fēng)險的日益關(guān)注。
2019-2023年全球新建制造工廠數(shù)量達到118座,來源:SEMI2021年,在新冠病毒大流行的高峰期,美國面臨著突如其來的災(zāi)難性半導(dǎo)體短缺。這種短缺對包括汽車制造、消費電子產(chǎn)品、可再生能源在內(nèi)的數(shù)十個主要行業(yè)造成了負面影響。后果是巨大的:根據(jù)美國商務(wù)部的數(shù)據(jù),當(dāng)年的半導(dǎo)體短缺阻礙了美國經(jīng)濟的增長,損失達2400億美元。
除了經(jīng)濟后果之外,芯片短缺還暴露了美國許多行業(yè)對亞洲生產(chǎn)的半導(dǎo)體的依賴程度。大流行由此變成了一次粗暴的喚醒。美國人覺察到,對亞洲半導(dǎo)體的過度依賴使其經(jīng)濟在面對不可預(yù)見的事件時變得脆弱不堪。
SEMI數(shù)據(jù)顯示,截至2020年,美國僅擁有12%的全球半導(dǎo)體產(chǎn)能份額,遠低于1990年的37%。正是這種認(rèn)識導(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)體的激勵措施”(Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors)的縮寫。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“美國半導(dǎo)體研究、開發(fā)、制造和勞動力發(fā)展”。具體包括:390億美元對美國本土芯片制造的補貼,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)體研究和勞動力培訓(xùn)。
美國總統(tǒng)拜登于2022年8月9日簽署《芯片與科學(xué)法案》,來源:網(wǎng)絡(luò)2023年4月,亦是出于對自身在全球價值鏈中的弱點的考量,歐盟宣布了一項類似的計劃。《歐洲芯片法案》(The European Chips Act)專門撥款430億歐元(約合470億美元)用于建設(shè)27個成員國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),計劃到2030年將其全球市場份額翻一番,從10%增至20%。歐盟委員會主席烏爾蘇拉·馮德萊恩(Ursula von der Leyen)表示,通過連接歐盟世界一流的研究、設(shè)計和測試能力,歐盟的芯片策略意在“共同打造一個最先進的歐洲芯片生態(tài)系統(tǒng)”。
歐委會主席馮德萊恩(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)對短缺和危機的能力,并支持小型創(chuàng)新型公司。來源:網(wǎng)絡(luò)這兩項龐大的立法是許多人所說的半導(dǎo)體制造復(fù)興的主要催化劑。在日本,根據(jù)2022年通過的《經(jīng)濟安全保障推進法》,政府已將半導(dǎo)體定為對經(jīng)濟活動和國家安全至關(guān)重要的產(chǎn)業(yè),并撥出2萬億日元(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50%的補貼。同樣地,韓國將高帶寬內(nèi)存(HBM)技術(shù)定為國家戰(zhàn)略技術(shù),中小企業(yè)可享受高達40%至50%的稅收減免。
下面給出一份相對全面的清單,來梳理全球半導(dǎo)體制造廠最重要的一些發(fā)展。
半導(dǎo)體制造地點發(fā)生了變化
至少從1980年英特爾在錢德勒(Chandler,鳳凰城東南約25 英里處)開設(shè)半導(dǎo)體工廠開始,美國亞利桑那州就開始享有“半導(dǎo)體沙漠”的美譽。2021年9月,英特爾在錢德勒的Ocotillo園區(qū)有兩座半導(dǎo)體工廠破土動工,分別被命名為52號工廠和62號工廠(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。這兩座制造廠總計耗資約200億美元,計劃于2024年竣工。
intel工藝節(jié)點路線圖,其中20A工藝等效其它企業(yè)2nm工藝,來源: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年開始生產(chǎn),不過由于半導(dǎo)體市場放緩以及政府補貼不到位,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劃的第一階段。在俄亥俄州,英特爾希望建立另一個大型基地,容納多達八座半導(dǎo)體制造工廠。整個基地的總成本估計在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營,總投資約35億美元。該廠使用突破性的3D封裝技術(shù)Foveros,系英特爾先進封裝技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)的第一個運營基地。

與此同時,英特爾一直在計劃將英特爾代工服務(wù)(IFS, Intel Foundry Services)打造為無晶圓廠半導(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)驗和客戶資源,均為英特爾IFS所需。英特爾和聯(lián)電將針對移動、通信基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)等高增長市場,共同開發(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等廠開始生產(chǎn)12納米節(jié)點的芯片。
美國以外的市場,英特爾也動作頻頻。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)體封裝與測試工廠。英特爾也將對愛爾蘭基爾代爾郡(Kildare)的現(xiàn)有工廠進行大規(guī)模擴建。這家價值185億美元的工廠使用極紫外光刻機進行大批量生產(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,英特爾還計劃在德國中部的馬格德堡(Magdeburg)投資超過320億美元,用于建設(shè)兩座晶圓工廠覆蓋歐洲客戶,為此得到了約100億歐元的德國補貼的支持。英特爾在愛爾蘭的投資,加上在德國和波蘭現(xiàn)有的和計劃中的投資,在歐洲創(chuàng)造了一個端到端的領(lǐng)先半導(dǎo)體制造價值鏈。
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值250億美元的芯片工廠,這也是該國有史以來最大規(guī)模的國外投資,預(yù)計于2027年前完工。
英特爾的目標(biāo)是到2030年超過三星電子,成為全球第二大晶圓代工廠。英特爾重新對代工廠產(chǎn)生興趣,是因為美國政府希望通過將芯片業(yè)務(wù)中心從亞洲遷回美國,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將掀起血雨腥風(fēng)的競爭,利潤率可能下降。

除了英特爾,在“芯片法案”的牽引之下,臺積電(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。
臺積電的Fab 21第一期原計劃于2024年投入運營,生產(chǎn)4~5納米芯片,但2023年7月,公司宣布將工廠的開業(yè)時間推遲到2025年,理由是熟練工人不足。臺積電證實將向美國派遣更多的臺灣工人,以確保其這座價值400億美元的工廠“快速達產(chǎn)”。
計劃中的第二座工廠預(yù)計于2026年投入運營,生產(chǎn)最先進的3納米芯片。兩座晶圓廠完工后,每年將生產(chǎn)超過600,000片晶圓,最終產(chǎn)品價值預(yù)計將超過400億美元。但在2024年1月,臺積電表示,與第一座工廠一樣,第二座晶圓廠的部署時間將比最初計劃推遲至少一年。
臺積電初試美國市場可謂出師不利。外界認(rèn)為,除人員短缺外,文化差異大、工會態(tài)度強硬及政府補貼不積極等都是個中原因。臺積電董事長劉德音突然于2023年12月中宣布退休,為美國工廠再添更多變數(shù)。一個很大的問題是,臺積電原以為在美國建廠的成本會比在臺灣高出20%,但實際上要高出50%左右。
2022年12月6日,庫克、黃仁勛、蘇姿豐等出席臺積電亞利桑那半導(dǎo)體代工廠上機典禮與美國相反,臺積電在日本建廠則格外順利。2021年11月,臺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,日本的汽車零部件企業(yè)電裝(Denso)隨后加入。熊本一廠僅花2年8個月就完工,如今二廠的細節(jié)也浮出水面。臺積電的子公司JASM向一廠投資約86億美元,其中日本政府補貼最高4760億日元(約合32億美元),僅花2年8個月就完工。一廠預(yù)計于2024年10~12月開始量產(chǎn)12~28納米的半導(dǎo)體,月產(chǎn)能為5.5萬片12英寸硅片。如今二廠的細節(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135億美元,日本政府計劃提供約7500億日元(50億美元)的補貼。二廠將于2024年4月開始建設(shè),預(yù)計2025年竣工,2026年底開始生產(chǎn)。
日本對臺積電而言的優(yōu)勢包括其芯片設(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灣的地理便利性。日本政府更容易打交道,補貼也很慷慨。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。
臺積電已承諾投資35億歐元(合38億美元)在德國德累斯頓(Dresden)建廠,這將是該公司在歐洲的第一家工廠。此外,臺積電同意投資世界先進積體電路股份有限公司(Vanguard International Semiconductor Corporation)計劃在新加坡設(shè)立的一家12英寸晶圓廠。該廠投資可能超過1000億元臺幣(約32億美元)。報道稱,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。世界先進為臺積電持股28.3%的晶片制造公司。
4年前,臺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。這些都并非計劃中的情形,由此也可以窺見半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的急劇變化。

三星則一直覬覦臺積電長期把持的業(yè)界“頭號交椅”地位。它是全球最大的存儲芯片制造商。然而,在代工業(yè)務(wù)中,它以較低的兩位數(shù)市場份額位居第二,僅次于控制著全球一半以上代工市場的臺積電。在它提出的2030愿景中,三星計劃總共投資1160億美元,成為全球頂級代工企業(yè)。
三星早在20世紀(jì)90年代末就已進駐美國得克薩斯,在奧斯汀(Austin)建立了第一家美國半導(dǎo)體制造工廠(現(xiàn)稱為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、機械和空間改造。三星宣布這是該公司在美國本土進行的最大一筆投資。新工廠將為高性能計算(HPC)、人工智能和5G等技術(shù)領(lǐng)域生產(chǎn)5納米節(jié)點,目標(biāo)運營日期定在2024年下半年。
根據(jù)三星的說法,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”,這無疑是對2021年困擾美國無數(shù)行業(yè)的半導(dǎo)體短缺問題的回應(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劃中的第一座,該計劃旨在在泰勒地區(qū)的一個地點建造10座半導(dǎo)體工廠,總成本超過2000億美元。最終的制造工廠預(yù)計將于2042年完工。
2022年Q1-2023年Q3全球晶圓代工廠市場份額分布,來源: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)濟項目。其中包括四家工廠,第一家和第二家的建設(shè)正在進行中,預(yù)計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)氐拇罅考畲胧?/p>
其他的建廠動作包括美光(Micron)、格芯(GlobalFoundries)、IBM、Wolfspeed等,不一而足。得益于《芯片法案》的通過,美國在過去兩年中無疑享受到了半導(dǎo)體制造業(yè)的重大繁榮。經(jīng)過多年的停滯,美國終于有了全新的芯片工廠。到2030年,美國境內(nèi)進行中、已宣布或正在考慮的半導(dǎo)體項目總值達到2230 億~2600億美元。
但半導(dǎo)體工廠的復(fù)興并沒有完全局限于美國。
未來幾年,德國將通過建設(shè)多個新設(shè)施來引領(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積電的項目,德國最大的半導(dǎo)體制造商英飛凌科技公司(Infineon Technologies)2023年宣布,已獲得德國經(jīng)濟部的批準(zhǔn),開始在德累斯頓市建設(shè)一座耗資53.5億美元的工廠,計劃于 2026 年完工。德累斯頓還有一座待建的新工廠,為臺積電、英飛凌、博世(Robert Bosch)和恩智浦(NXP Semiconductors)的合資企業(yè)。盡管目前細節(jié)相對較少,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行業(yè)。施工預(yù)計于2024年下半年開始,目標(biāo)運營日期為 2027年底。
日本新半導(dǎo)體代工廠Rapidus與IBM合作開發(fā)2納米工藝,來源: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、開發(fā)、設(shè)計和制造先進的邏輯半導(dǎo)體,并得到日本政府的支持和補貼(5億美元)。12月,Rapidus拉來首發(fā)2納米的IBM作為合作伙伴,計劃在2030年之前在日本生產(chǎn)世界上最先進的芯片。即便Rapidus尚未投入量產(chǎn),但已開始著手研發(fā)1納米制程,象征Rapidus對推進先進制程的決心。
同時,日本致力于吸引更多晶圓廠進駐,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,雖然新聞媒體重點關(guān)注美國、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)并沒有忽視對更多半導(dǎo)體晶圓廠的推動。
據(jù)2023年9月的一項統(tǒng)計,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、中國臺灣、韓國和日本,占全球計劃新建制造工廠總數(shù)的一半多一點。在南亞,印度專門拿出用于芯片行業(yè)擴張的100億美元,將向符合條件的企業(yè)提供最高達項目成本50%的財政支持。利用中國對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“建立可信賴的供應(yīng)鏈”方面可以發(fā)揮重要作用。
芯片廠建廠熱說明了什么?
整個2023年,半導(dǎo)體行業(yè)仍然處于調(diào)整的動蕩之中,但從臺積電、三星等的財報來看,巨頭們對長期趨勢依舊保持樂觀。
據(jù)麥肯錫公司預(yù)計,到 2030年,半導(dǎo)體行業(yè)年均增長6%至8%,年收入將達到1萬億美元。該行業(yè)只有將半導(dǎo)體產(chǎn)量翻番,才能跟上未來需求的步伐。然而,眼下的大多數(shù)制造工廠已經(jīng)處于滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了增加供應(yīng),許多公司競相宣布計劃建造新的晶圓廠。
在很大程度上,如此大規(guī)模的投資是由幾個因素促成的:地方當(dāng)局的激勵方案、支持半導(dǎo)體發(fā)展的新立法帶來的政府補貼、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和制造基地多元化的必要性。
在供應(yīng)鏈運作良好的時候,芯片企業(yè)幾乎沒有動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的供應(yīng)鏈中斷,芯片的產(chǎn)出和分銷面臨挑戰(zhàn),臺灣2021年的干旱和最近的地緣政治問題使問題更加復(fù)雜。這些因素促使企業(yè)開始關(guān)注工廠選址的多樣化,并探索在美國和歐洲建廠。在評估潛在的新廠址時,能否獲得補貼是主要考慮因素之一。

從更大的角度來看,西半球正在發(fā)生的半導(dǎo)體工廠復(fù)興為各國提供了建立抵御能力的機會,以應(yīng)對高度復(fù)雜和脆弱的全球供應(yīng)鏈的不可預(yù)測性。通過供應(yīng)鏈多元化和增加國內(nèi)芯片制造量,美國和歐洲國家試圖讓自己的經(jīng)濟變得更加具有適應(yīng)性,以抗擊未來的地緣政治危機。
這一切意味著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“新的全球化”模式到來了。如臺灣環(huán)球晶圓(GlobalWafers)公司董事長徐秀蘭所觀察到的,過去半導(dǎo)體是一個全球化的生態(tài)圈,亦即一個晶片產(chǎn)品的完成,從原料、設(shè)計、晶圓制造到代工晶片及封測等等,常常經(jīng)由全球不同公司的協(xié)作,但現(xiàn)在各國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)。為了對抗中國計算科技的持續(xù)發(fā)展,美國及其主要戰(zhàn)略合作伙伴(特別是七大工業(yè)國組織會員),將借著與臺積電和三星等半導(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)鏈會被安全地包圍起來,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)仍然是一個全球體系。盡管各國政府都在尋求建立本土優(yōu)勢,但企業(yè)仍在繼續(xù)進行海外投資。SEMI總裁兼首席執(zhí)行官阿吉特·馬諾查(Ajit Manocha)說:“要想完全獨立于其他國家或地區(qū),還需要很長的時間,而且我認(rèn)為這對我們的產(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)體是一個相互聯(lián)系非常緊密的系統(tǒng)。從基板開始制造芯片,前端制造主要在臺灣和韓國進行,組裝業(yè)在東南亞。然后,最終測試在美國進行,分銷也從美國開始。整個過程與全球六七個地區(qū)相互依存。把所有東西都搬到美國,會帶來很多挑戰(zhàn)。在一個地區(qū)建立完整的生態(tài)系統(tǒng)將耗費大量時間,而且會錯失專業(yè)化的優(yōu)勢。
一座工廠100億美元起
建設(shè)新的芯片工廠本身就是一項成本高昂且耗時的工作。Gartner分析師鮑勃·約翰遜(Bob Johnson)表示:“現(xiàn)代化的晶圓廠大約有50萬平方英尺,需要具有強大空氣處理能力的巨大潔凈室?!?他補充說,這些巨大的建筑需要“異常堅固的地基”?!肮S里不能有任何振動,因為它會破壞制造過程?!?/p>
芯片行業(yè)是資本密集型行業(yè)。近年來,半導(dǎo)體工廠變得越來越復(fù)雜,建造成本也越來越高?,F(xiàn)在建造的尖端先進邏輯晶圓廠將比2020年建造的晶圓廠至少高出兩到三代節(jié)點。根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)IBS統(tǒng)計,隨著技術(shù)節(jié)點的不斷縮小,集成電路制造的設(shè)備投入呈大幅上升的趨勢。以5納米技術(shù)節(jié)點為例,其投資成本高達數(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,一座設(shè)備齊全的新工廠耗資約100億美元,需要6000名建筑工人耗時約三年才能完工。而研究公司“自由移動電臺”(Free Mobile Radio)的分析師理查·溫沙(Richard Windsor)告訴BBC,用最先進的設(shè)備,開設(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臺由荷蘭制造商阿斯麥(ASML)制造的光刻機,每一臺都有一輛公共汽車那么大,造價約1.5億美元。在22公里長的軌道上,源源不斷的高架機器人將硅片從一個工具運送到另一個工具,每臺機器人的成本與一輛普通寶馬汽車相當(dāng)。
即便如此,英特爾還是不吝手筆在全球大規(guī)模擴張。CEO帕特·基爾辛格(Pat Gelsinger)說:“智能手機、遠程醫(yī)療、遠程工作、遠程教育、自動駕駛汽車……人類的每一個方面都在變得更加數(shù)字化。而當(dāng)它們變得數(shù)字化時,會在半導(dǎo)體上運行……這是未來人類生存方方面面的核心,而世界需要一個更加平衡的供應(yīng)鏈來完成這個目標(biāo)。我們正在入場?!?/p>

基爾辛格的觀察是準(zhǔn)確的,半導(dǎo)體正在對更多行業(yè)變得更加重要,供應(yīng)故障被視為經(jīng)濟和政治威脅。這已不再僅僅是智能手機和個人電腦的問題。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、交通運輸(汽車、卡車、輪船、飛機、鐵路),更不用說社交媒體、量子計算和加密貨幣,都在使用芯片。這些芯片的設(shè)計和制造,以及與之相關(guān)的研究,可以提供成千上萬個高薪工作崗位,這使得在岸/離岸外包成為一個熱門的政治話題。
單獨來看,每一個新的芯片廠,都是對未來的巨大賭注。從整體上看,這些項目可能會改變芯片制造的重心,使設(shè)計和制造在區(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)出來仍不確定。
麥肯錫公司高級合伙人翁德雷·布爾卡基(ondrej Burkacky)說:“在世界其他地方重建任何半導(dǎo)體供應(yīng)鏈要素都需要時間。”一個新的半導(dǎo)體工廠進入良好運營需要5年時間。技術(shù)研發(fā)動輒需要10到15年。如果想要在供應(yīng)鏈中創(chuàng)造更多的彈性,實現(xiàn)更多的本地化,一天之內(nèi)是無法做到的。供應(yīng)鏈的特點就是全球性,沒有什么是真正本地化的,因為它為服務(wù)全球市場而建立。在這個意義上,你不可能有一個比半導(dǎo)體行業(yè)更具全球性的起點。
芯片制造業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)以超大規(guī)模運作,需要一條橫跨多個大洲的供應(yīng)鏈。全球性擴廠將對管理、財務(wù)及其他資源產(chǎn)生相當(dāng)程度的需求,并可能帶來難以克服的挑戰(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)境問題、網(wǎng)絡(luò)攻擊、政府補貼不到位、工作文化差異、知識產(chǎn)權(quán)保護、各地稅務(wù)法規(guī)等。臺積電在美國建廠工期的一再延宕就是明證。
放眼未來,半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的多元化和風(fēng)險緩解會保持為一個相當(dāng)長時期的主題。最近,新的因素帶來了進一步的震蕩。俄羅斯和烏克蘭、以色列和哈馬斯之間的沖突對供應(yīng)鏈產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)。需求的持續(xù)波動也使得物流業(yè)幾乎不可能預(yù)測未來的需求。隨著制造商、物流運營商和消費者努力應(yīng)對不斷涌入的變化,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行戰(zhàn)略調(diào)整,以保護其運營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)過程歷時數(shù)年,會創(chuàng)造數(shù)以千計的建筑工作崗位。一旦工廠竣工并準(zhǔn)備好制造,將需要工程師、技術(shù)人員和其他專家來運營它們,從而為周邊地區(qū)創(chuàng)造數(shù)千個高薪就業(yè)崗位。如此投資可能會帶動數(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)帶來真正、持久的繁榮。
這些當(dāng)然是美國、歐盟和日本等在通過相關(guān)立法時所設(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,以及為什么各國政府正在自己的后院大力推動半導(dǎo)體和相關(guān)技術(shù)的原因。


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