掏空台积电

原创 文/林登万 时间:2022-11-11 15:19

护“国”神山崩塌在即,对于台湾岛而言,这可能是一件天崩地裂的大事情。然而于世界而言,终究不过一场“茶杯里的风暴”。

“巨婴终于走了,‘18厂’的各组主管应该超开心!”

“一群时间到就要喝咖啡下午茶、准时下班回家泡店的巨婴!”

“南科宿舍明明禁烟,他们都坐在阳台抽烟。路过台积宿舍区到茶水间装水都是满满的烟味!”

“‘高贵’的美国人扛得起轮班吗?”

“反正回到美(国以后,那些活)也是叫跟过去的台湾奴做,爽!”

11月初,在因为二十年如一日般的黑底色外加极其简陋的UI,而被大陆网民戏称为“阴间论坛”的台湾地区最大的网络BBS“批踢踢实业坊”(一般简称PTT)上面,一群台湾网民又开始日常的阴阳怪气。

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位于台湾省新竹市中国台湾南部科学园的台湾积体电路制造股份有限公司Fab 18工厂(上文提到的“18厂”),是美国赴台半导体研修人员集中培训的地点

只不过这一次,非常难得的是,其针对目标居然不是左岸的“426”们,反而众口一词群嘲美国遣往台,开赴台湾学习半导体制造工艺与流程的,那堆美国工程师们。

身为客人和学生,却毫无半分自觉地“洋大人”们,终于要能滚蛋了,此诚然可喜可贺之事。然而从字里行间,岛民们的语气里,却带着几分失落和彷徨。因为与洋大人一同返程的,还有岛上企业派往美国的工程师团队,以及成套的半导体生产设备。

而且,这还只是第一批而已。

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台积电是这个时代台湾工业能力的象征

长久以来,为岛上居民爱称为“矽盾”,或者更直接叫做“护‘国’神山”的,台湾积体电路制造股份有限公司(即“台积电”,TSMC),正面临命运的十字路口。

自特朗普政府开始的,掏空台积电这座岛上“神山”的阳谋,逐渐从序幕进入到正剧阶段。

“实际上,我们正在复制在台湾的建厂模式。”

去年10月中旬,台积电派驻北美的技术处长Tony Chen(陈锵泽),在亚利桑那州凤凰城郊外的北美新工厂工地,接受美国消费者新闻与商业频道(CNBC)采访时这样宣称。末了,Tony处长还不忘强调这座工厂的必要性:“如果你想要更多的产能,就必须建造更多的晶圆厂,这就是我们搬到美国的原因之一。”

如此睁眼说瞎话,便是笔者不愿意按照惯例称之为“陈处长”,而是以“香蕉名”称呼其的原因。

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台积电位于美国亚利桑那州凤凰城的工厂,照片摄于2021年9月28日

当然,Tony处长知道有些时候必须胡说八道,但是台积电聘请的“首席战略官”,具体负责亚利桑那项目的总裁兼首席执行官里克·卡西迪可是正宗“洋大人”,他毫无忌惮地对记者直截了当说了大白话:“我们的客户希望我们在美国,美国政府也希望我们在这里。”

卡西迪嘴里的“客户”,显然是有所特指的——美国军方以及军方项目的承包商、NASA以及相关项目的承包商。因为美国的高精尖工程,乃至于军事工业,目前已经离不开台积电这类,拥有强大半导体加工能力的晶圆代工厂了。

台积电代工的半导体产品在美国国家安全体系中是如此的普遍,以至于下至美军的各路武器系统,例如:美国无线电公司生产的宙斯盾舰载防空系统、洛克希德·马丁公司生产的F-35“闪电Ⅱ”联合攻击机。上至联合发射联盟旗下的宇宙神Ⅴ和德尔塔Ⅳ火箭。乃至于NASA亲自操刀的“毅力”号火星车,都有大量半导体器件需要台积电代工生产。

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 F-35“闪电Ⅱ”是美国综合国家实力的象征,但其也使用了台积电代工的半导体

然而许多年来,台积电一直坚持以台湾岛作为主要生产基地。仅有的两个例外,分别在美国和中国大陆:位于华盛顿州卡马斯的Wafer Tech工厂,以及位于中国大陆江苏省南京市的Fab 16工厂。

然而这两座工厂,配备的都是旧式的DUV设备,而非最新的EUV,使用的也是8寸(200mm)线。自然也不会用到什么最新的N3、N4P之类的先进制程工艺。晶圆加工的精度,被限制在12/16nm这条上线。

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 台积电位于华盛顿州卡马斯的WaferTech工厂

而凤凰城外建设中的这座工厂,不但占地面积巨大,厂区广达230万平方英尺(约合21.4万平方米),晶圆代工厂厂房高达四层。同时还将配备荷兰ASML公司生产的,最先进的EUV光刻设备,使其具有“5nm制程工艺生产能力”,且日产能将可以达到2万片。

这样一座先进晶圆加工厂,代价便是总投资将达到惊人的120亿美元。如果算上调试和后期维护的成本,几乎够得上造一条福特级航空母舰的代价。

所以也无怪乎,美媒将此视为一大胜利,共和党媒体更是高呼“MAGA”。而共和民主两党更是少有地团结一致,诸多在其中牵线搭桥的美国政商界人士,将之视为政治资本。

但是我在这里必须要强调的一点是,卡西迪嘴里那希望在“这里”生产的客户,显然只包括那些来自军工与高精尖项目的主顾。类似苹果公司这样的民用、商用领域的大生意们,却未必希望为其代工A系列以及M系列处理器的晶圆工厂,远离中国大陆的主要供应链体系。至于其他来自中国大陆的企业,恐怕更是打心底里强烈反对。

但是反对无效。想要实现半导体先进制程,需要包罗万象的一整套体系。

仅以光刻机为例,作为目前全球唯一的EUV生产企业荷兰ASML,供应商数以千计遍布全球。其中镜头模组由德国蔡司提供、光源则依靠美国Cymer,还有大量荷兰本地、日本以及台湾岛上的机电企业。

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 ASML的光刻设备,离不开Cymer生产的镭射光源

考虑到其中美国技术在其中的关键性,一旦美国商务部下了“断供”令,则ASML这个集成商立时三刻就得停产。而这也是所谓“长臂管辖权”之所以能成立的,主要底气所在。

但这里还有一个问题在于,既然只要美国人点头,包括EUV设备在内的全部配套和服务,就都能够获得,但为什么迄今为止,攻克7nm以下先进制程节点的晶圆代工企业,却屈指可数呢?实际上台积电的优势,从来就不在于设备,而是在于这支十数年来一直钻研晶圆加工技术的团队。

这一点,甚至就连美国媒体都明白,“台积电(乃至于全世界)大多数5纳米(制程加工方面的)专家都在亚洲”。所以为了解决美国的这一问题,同样需要台积电贡献出它真正的核心价值。

在CNBC的报道中,负责维护凤凰城工厂学术关系的经理罗克珊娜·维加宣称,工厂将直接从台湾请来一些顶级专家,“来自于公司的核心团队。(驻美)将是一项临时任务……但可能长达两年,也许是三年。”

此外,美国工厂还将向台湾岛内派遣员工,首批计划约250人,赴岛内台积电的工厂,进行为期12至18个月的培训。当然我们上面也看到了,这批人似乎并不是抱着学习进修的心态的。

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 台积电凤凰城工厂2022年春季进展状况,就美国当前国情而言,已经堪称神速

另一点有别于惯例的是,尽管当今美国的基建项目一直为各方所诟病,但与绝大部分美国公共工程有所区别的是,尽管工厂在去年10月中,仅仅是处于打好了地基铺设了水泥台地,刚刚开始架设支撑结构的程度。当时跟踪报道的记者曾经宣称:工厂仍处于初期施工阶段。但在今年10月末的时候,厂房的主体结构似乎已经实现了封顶。

如此高效率,甚至是到了急迫的地步,从中可以看出美国官方的心态。

而到了11月初,更有台湾地区从事航空运输的朋友爆料称:自10月中旬起,台积电每周会固定包机赴美,其中包括客机与货机,疑似在将设备与人员运往美国。

所以我们联系到岛上PTT论坛最近的争议,也就不难发现,首批250余名美国遣台培训人员,已经结束了为期一年的培训,结业回国。

而本周又有岛上媒体透露小道消息称,台积电将于12月举行首批人员以及设备入驻凤凰城工厂的仪式。联系到此前台积电创始人张忠谋,以及现任董事长刘德音,都曾有过反对在美建厂的言论,可见在包括佩洛西在内,一波又一波美国官员的威逼利诱之下,无论岛上政府以及台积电是否愿意,这120亿美元乃至于一大批核心工程师,都是其必须要输诚的“质子”。

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相当一段时间以来,台湾地区众愚政治盛行,反智主义大行其道。然而即便如此,在美国针对台积电的阳谋上,素来被讥笑为“井蛙”的岛民也是有一定清醒认识的。近期,有关台积电美国风凰城项目的“美国是否要掏空”争议,一直充斥于岛上的网络空间。作为台湾岛上最重要的制造业支柱,台湾居民自然担心这一核心产业,会被外人掏空,以至于失去在面临大陆武统时最后的筹码。

然而在美国对华展开所谓“大国竞争”的大背景下,于美国政府对大陆半导体产业展开全面压制措施的当下,身为筹码者所思所率、所想所惧,对于美国这个棋手而言可谓微不足道。

以2025年为节点,美国计划在其本土能夯实先进制程半导体生产能力,CHIPS法案从某种角度,这可以说是一个标准的“美国制造2025”。而台积电在亚利桑那的这座工厂,其实也只不过反映出这场半导体产业链高端争夺战的小小一隅而已。

而谈及至此,就让我们抽离区区东亚一隅的小岛,将视野放到美国整个国家战略角度,看一看这个“美国制造2025”在其各州展开的全貌吧!

Intel:亚利桑那州

2021年9月下旬,Intel方面在亚利桑那州钱德勒附近的Ocotillo工业园,动工建造代号分别为Fab 52和Fab 62的先进制程晶圆工厂,计划2024年进入试生产阶段。

根据“牙膏厂”的官宣,这座工厂将彻底洗去Intel有关“挤牙膏”的恶名,将配备目前尚处于调试阶段的Intel 20A节点,将会采用先进的RibbonFET(带状场效应晶体管)与PowerVia(背面供电)工艺。

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 被公司乃至于美国政府寄予厚望的Intel Fab 52工厂

据Intel宣称,该工艺可以加工生产2nm制程的先进半导体,并且在功耗、性能以及面积(power、performance、area,即衡量一颗半导体芯片“三围”的PPA特性)上,帮助Intel的产品重回“王座”。

Intel:俄亥俄州

Intel在俄亥俄的项目似乎显示出更大的野心。根据官方公布的规划,Intel宣称要在俄亥俄州境内部署8座生产设施,部署18A/20A节点,总投资规模将达到1000亿美元,周期可能长达10年。不过这个项目截至目前,仅确定了位于哥伦布市近郊的两座工厂,并且于今年9月9日正式开工建造。Intel宣布将为哥伦布市的工厂配备ASML生产的EUV设备。

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 2022年9月9日开工仪式现场

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 Intel俄亥俄州哥伦布工厂(效果图)

为了吸引英特尔到俄亥俄州,俄亥俄州不得不向英特尔提供约21亿美元的各种激励措施。

有消息称,Intel正依据CHIPS法案,将整个俄亥俄项目正式向美国政府申请资金。

目前还不清楚Intel此举能否成功。不过,根据笔者对美式商业的认识,Intel的俄亥俄项目更像是一种钓鱼行动。十之八九,即便是已经开工的哥伦布市两座工厂,能否顺利建成也得看州政府的补助资金和激励措施能否落地、多久落地、落地多少。

Intel:新墨西哥州

目前正在新墨西哥州建造一座先进后端封装厂,目前厂区建设已经封顶,正在进行内部配套基建。Intel此前宣布,将在该工厂部署其先进EMIB工艺,即嵌入式多芯片互连技术。

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EMIB工艺的强大之处在于,允许将不同制程的器件拼凑在一起,以实现更高的性价比。例如电路部分,并不需要太先进的制程,那就依旧使用22nm工艺制造,而承担核心任务的芯片则使用10nm或者14nm来制造。

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 EMIB工艺示意

最终,采用EMIB工艺封装的芯片,其内部形成了10nm、14nm、22nm制程期间共存,但能够以一个整体进行工作的状态。

由于EMIB工艺对封装的要求非常高,需要大尺寸的洁净室与极高的精度,所以这座后端工厂的建造成本将达到35亿美元规模,这几乎是十几年前一整座先进晶圆工厂的代价。

台积电:亚利桑那州

位于亚利桑那州凤凰城的台积电5nm制程晶圆工厂,已于2020年中开始建设。目前厂区主体建筑已经封顶,工厂正处于配套设施建设阶段。

此前,台积电只在台湾以外的地方建造了两家晶圆厂。所以本次在美设立先进制程晶圆工厂,被美媒以及其政界,视为一项“重大战略转变”。

芯格:纽约州

受到CHIPS法案刺激,芯格公司自2012年完成Fab 8工厂以来,首次动了扩产的念头。目前,该公司计划通过增设更大的洁净室,部署更多先进生产设备的方式,将Fab 8的产能,从每月47500片晶圆,提高到60000片以上。

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芯格Fab 8工厂

此外芯格还计划在纽约州的马耳他建设一座新的工厂。根据官宣内容,新的工厂将部署鳍式场效应晶体管(FinFET)晶体管工艺,但没有说明具体的制程,以及产量信息等细节。

三星:德克萨斯州

早在2005年,三星就已经在美国德克萨斯州奥斯汀建设了一座晶圆代工厂,并且主要为高通、IBM等美国无晶圆公司服务。该工厂主要提供32/28/14nm制程SoC的代工。

目前为了响应美国政府建设先进制程晶圆代工设施的要求,三星方面已于2021年底,宣布在德克萨斯州泰勒附近,建造一座全新的晶圆工厂。预计这座工厂将耗资170亿美元,计划在2024年下半年开始试生产。

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 建造中的三星德州泰勒工厂

不过,三星方面并未公布所谓“先进制程”描述的具体细节。目前能够确定的是,该工厂将会部署ASML最新的EUV设备。外界普遍认为,泰勒的工厂有很大概率会采用三星基于栅极全能晶体管技术(GAA)实现的3nm级制程节点。

德州仪器:德克萨斯州

作为北美最老牌的半导体制造商之一,德州仪器也一直经营着自有的晶圆厂,并且对外提供了一些代工服务。

在CHIPS法案刺激下,也是为了满足对其产品不断增长的需求,德州仪器于今年5月开始在德克萨斯州谢尔曼附近,开工其最新的大型晶圆厂。

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 德州仪器位于德克萨斯州谢尔曼和格雷森县的新工厂(效果图)

根据德州仪器放出的信息,新的芯片工厂将分四个阶段建设,耗时十年之久,总投入约300亿美元。而第一阶段,即已经开工的谢尔曼新晶圆厂,计划于2025年启动。

针对德州仪器画的饼,德克萨斯州俄亥俄地方当局,已经批准了一项针对其的激励计划,承诺在晶圆厂的前30年减免90%的财产税,以鼓励德州仪器在谢尔曼以及毗邻的格雷森县进一步投资。

目前德州仪器已经在德克萨斯州拥有三处生产设施,分别为达拉斯的DMOS 6工厂、理查森已经完成过的RFab工厂第一阶段项目,以及即将进入试生产的RFab工厂第二阶段项目。三处工厂均具备300毫米晶圆流片能力。

西谚有云“a storm in a teacup”,翻译过来,就是颇有讽刺性的这句“茶杯里的风暴”。

当岛上的居民们,以台积电这家目前掌握了全球最先进半导体制造工艺而自坚,并将其视为可以抗拒统一的“矽盾”之时,实际上就已经时把自己,摆到了瓷器店里的老鼠之境。

格局限制了眼界,使之看不见这个世界,正在发生翻天覆地的剧变。

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事实上,这个可能掏空台积电的亚利桑那凤凰城工厂,与上面提及的Intel公司目前正着手展开的浩大计划相比,实际上更像是一个增加美国在“大国竞争”中安全性的“Plan B”。毕竟,Intel的20A工艺,卫星放得太高太大。以至于,那些给国会山里老爷们出谋划策的懂行人,必须要为其找寻一个替补方案。而当前已经依赖上台积电代工业务的美军、NASA等,纵然转变供应商,也需要相当的时间和较长的流程。

简而言之,岛民们视之为瑰宝“护‘国’神山”,其本质也不过是盎撒老爷们眼中的“通房大丫环”。毕竟,苗正根红的Intel,才是真正的“正室”。

笔者曾经耗费大量时间和精力,通过各种公开渠道搜集了国内最近几年来,增设的半导体产能,以及投入使用的时间节点,并计划罗列到这里,与美国本土正在展开的这场半导体产业大干快上运动,进行一个系统的对比。然而耗时一周,当这项工作接近完成时,经过再三的思虑,我又从推送的本文中,全部剔除了相关内容。

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 台积电位于南京市的Fab 16工厂

毕竟,作为最后一项可以系统性制约中国科技和生产力发展的桎梏,美国已下定决心阻击我们的半导体产业。于是这个话题涉及的我方信息,也就显得越来越敏感。无论其是否来自公开渠道,系统性展示在某种意义上就是在资敌。

然而有一点可以肯定的是,尽管我们的半导体产业仍然羸弱,但在整个半导体产业链上的每一个环节,自主企业都在迅速着装地成长着。而目前卡壳的几个关键瓶颈,例如EDA工具、Optical CD设备,甚至是实现完全“去美”的自主光刻设备。

尽管这些能够短期内拿出来的东西,精度极限多处于14/28nm阶段,距离目前顶尖的5/7nm,甚至是未来的2/3nm制程,还存在不小的距离。

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运用冷冻电镜技术拍摄到原子结构。P/N节必须要有一定的宽度,而不可以是单个原子

然而,目前的制程工艺,毕竟已经踩在物理规则极限的门槛之上。由于硅原子的直径大致在0.25nm尺度上,而且基于量子隧穿效应的铁律,所以制程的极限,可以说是已经近在眼前。

在最后,笔者不妨多几句嘴:

无数的机构、媒体以及行业观察者都在说——全球半导体产业已经面临严重过剩的威胁。这句话,既对也错。因为决定半导体产业“严重过剩”和“极端不足”的界限,是美国商务部的长臂管辖权。

这条界线内的企业,实际已经处于严重过剩边缘;而位于长臂管辖外的,目前仍旧是一片蓝海。

所以,就让上面罗列的那些企业,去美国商务部的管制措施,以及CHIPS法案构筑的“牢笼”里打生打死吧。

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无论对于负隅顽抗的右岸,以及坚定地站在压制和围堵中国崛起立场上的美国——时间是中国人民最大的盟友,毕竟全球最大的半导体应用市场,就在这里。

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