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作者：VIEWS編輯部
臺積電在美國的第一個4nm工廠已經(jīng)開始生產(chǎn)了。
這座工廠在亞利桑那州，生產(chǎn)是最近幾周開始的。美國商務(wù)部長吉娜·雷蒙多表示，這是一個里程碑事件。雷蒙多感嘆：“在我們國家歷史上，這是第一次在本土制造領(lǐng)先的4納米芯片?！薄斑@是一件大事——以前從未有過，在我們的歷史上從未有過。而且很多人都說這不可能發(fā)生?！崩酌啥嗾f。臺積電此前并未披露生產(chǎn)開始的消息。
?01臺積電在美國建廠的始末
眾所周知，美國雖然在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但在芯片制造環(huán)節(jié)相對薄弱。臺積電作為全球最大的芯片代工廠商，擁有先進(jìn)的制程技術(shù)和豐富的制造經(jīng)驗(yàn)，邀請臺積電赴美建廠可以直接引入先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，填補(bǔ)美國在高端芯片制造方面的空白，提升美國本土的芯片制造能力。
于是在2019 年，特朗普政府開始游說臺積電在美國建造一個更大、更先進(jìn)的工廠。2020 年 5 月，時任美國國務(wù)卿助理基思?克拉克宣布，臺積電同意在亞利桑那州開設(shè)一家價值 120 億美元的設(shè)施。
實(shí)際上，這個決策標(biāo)志著臺積電在美國建廠正式邁出了關(guān)鍵一步。2021年，亞利桑那州的建廠工作正式拉開帷幕。為了確保美國新員工能夠熟練掌握先進(jìn)的芯片制造技術(shù)，臺積電將約 600 名美國員工送往中國臺灣進(jìn)行培訓(xùn)。此前，臺積電董事長劉德音曾表示：在美建廠，需滿足“符合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、成本有優(yōu)勢、人員及供應(yīng)鏈要完備”三要件。而臺積電“5納米、3納米芯片”的制造工藝將留在中國臺灣。
然而沒過多久，臺積電便宣布將在美國聯(lián)邦政府的相互理解和支持下，在美國亞利桑那州建造和運(yùn)營一家先進(jìn)的半導(dǎo)體工廠。臺積電亞利桑那州工廠將利用臺積電的5nm技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體晶圓制造，每月產(chǎn)能為20000個半導(dǎo)體晶圓，直接創(chuàng)造1600多個高科技專業(yè)職位，并在半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中創(chuàng)造數(shù)千個間接職位。
?02美國廠成本暴增30%
臺積電亞利桑那州的建廠投資花費(fèi)了120 億美元，建造的目標(biāo)制程是5nm，在2021年開工，2024年計(jì)劃投產(chǎn)。不過，隨著美國投資的部分再加碼，原本的5nm廠升級到4nm廠。在2023年中期，臺積電宣布其在亞利桑那州的第一個設(shè)施——被稱為Fab 21的工廠建設(shè)延期，該設(shè)施的生產(chǎn)將從計(jì)劃的2024年推遲到2025年開始。2024年9 試生產(chǎn)，12月初舉行完工典禮。
文章開頭所述的4nm芯片，便是這座Fab 21工廠所生產(chǎn)的。臺積電的亞利桑那州 Fab 21 工廠的第一階段 P1 1A 目前已通過客戶產(chǎn)品驗(yàn)證，有望于2025年中達(dá)到設(shè)計(jì)的每月 2 萬片的滿載產(chǎn)能；第二階段 P1 A2 則也已完成建筑建設(shè)，目前正處于設(shè)備導(dǎo)入階段，預(yù)計(jì)2025年一季度完成設(shè)備安裝工作，2025 年中開始投片。
蘋果、英偉達(dá)、AMD等美國科技巨頭將是首批受益者。這些公司將能夠就近利用先進(jìn)的4納米芯片技術(shù)，進(jìn)一步提升其產(chǎn)品的競爭力。不過，由于關(guān)稅、原材料運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用的增加，臺積電在美國生產(chǎn)的芯片要貴得多，預(yù)計(jì)成本增加30％甚至更多，而這勢必會反映到產(chǎn)品的市售價格上。
?03再下一座，是2nm
在規(guī)劃之初，臺積電美國第二座工廠與第一座工廠情況頗為相似，原本計(jì)劃采用 3nm 制程工藝。但隨著時間推移與策略調(diào)整，目前已確定該工廠將轉(zhuǎn)而聚焦于更為先進(jìn)的2nm芯片。據(jù)報道，臺積電向美國商務(wù)部提交的信息顯示，最早于2028年在美國開始生產(chǎn)2nm芯片。根據(jù)Fab 21項(xiàng)目制程工藝路線安排，將引入A16和N2系列（N2、N2P和N2X）工藝，均屬于2nm制程節(jié)點(diǎn)，量產(chǎn)啟動時間比起中國臺灣的晶圓廠要晚大概三年。
臺積電在2nm制程節(jié)點(diǎn)將引入GAA晶體管架構(gòu)，可以顯著降低功耗，提高性能和晶體管密度，帶來質(zhì)的改變。臺積電目前圍繞主要圍繞新竹寶山和高雄兩地進(jìn)行 2nm 工廠的建設(shè)和產(chǎn)能擴(kuò)充。先來看新竹寶山晶圓廠（Fab 20）：
P1 廠，以2nm為主的寶山P1廠已開始搬入設(shè)備，2024 年下半年開始試產(chǎn)，2025年二季度小量生產(chǎn)，月產(chǎn)能將逐步由3000片提升至逾2萬片。
P2 廠，2025年5月加入生產(chǎn)，與 P1 廠共同提升2nm產(chǎn)能。
P3/4 廠，在2027年規(guī)劃進(jìn)入A14世代，進(jìn)一步推動制程技術(shù)發(fā)展。
高雄晶圓廠（Fab 22）則是包括：
P1、P2 廠，臺積電在高雄一期園區(qū)啟動的第一期（P1）、第二期（P2）建廠，為 2nm 生產(chǎn)做準(zhǔn)備。
P3 廠，規(guī)劃在2026年完工，將進(jìn)一步提升高雄廠區(qū)的2nm產(chǎn)能。
P4、P5 廠，啟動環(huán)評并爭取擴(kuò)大開發(fā)面積，預(yù)計(jì)在2027年接力完工，延續(xù)先進(jìn)制程產(chǎn)能擴(kuò)充。
臺積電已經(jīng)宣布，其在新竹寶山晶圓廠（Fab 20）成功設(shè)立了2納米（nm）制程技術(shù)的試產(chǎn)線。臺積電此次設(shè)立的2nm試產(chǎn)線計(jì)劃月產(chǎn)能將達(dá)到3000至3500片晶圓。值得注意的是，此次試生產(chǎn)的良品率高達(dá)60%，大幅超越了臺積電內(nèi)部的預(yù)期目標(biāo)。
盡管目前仍處于試產(chǎn)階段，但這一產(chǎn)能規(guī)劃已經(jīng)顯示出臺積電對2nm制程技術(shù)的信心和決心。隨著技術(shù)的不斷成熟和產(chǎn)能的逐步擴(kuò)大，臺積電有望在不久的將來實(shí)現(xiàn)2nm芯片的規(guī)模化生產(chǎn)，滿足市場對高性能計(jì)算芯片的迫切需求。
根據(jù)臺積電的規(guī)劃，到2025年底，若計(jì)入高雄晶圓廠（Fab 22）的貢獻(xiàn)，其2nm制程的總月產(chǎn)能將突破5萬片。而到了2026年底，這一數(shù)字有望進(jìn)一步攀升至每月12萬至13萬片。按照目前規(guī)劃推算，到 2028 年，美國的確有望迎來本土生產(chǎn)的2nm先進(jìn)制程芯片。
?04第三座，還有可能？
2024年4月，據(jù)美國政府官方聲明，臺積電已與美國商務(wù)部達(dá)成不具束縛力的初步諒解備忘錄。臺積電方面將在亞利桑那州鳳凰城建設(shè)第三座在美晶圓廠，而美國政府方面將根據(jù)《芯片法案》向臺積電的三座工廠提供至多 66 億美元的直接資金補(bǔ)貼。
除直接補(bǔ)貼外，美國政府還計(jì)劃根據(jù)初步協(xié)議為臺積電的晶圓廠建設(shè)提供約 50 億美元的貸款。臺積電也在準(zhǔn)備向美國財(cái)政部申請相當(dāng)于認(rèn)證資本支出 25% 的投資稅收抵免。臺積電方面承諾將在本十年底前建設(shè)第三座晶圓廠，進(jìn)而在亞利桑那州打造一個前沿半導(dǎo)體集群。
臺積電在美國的整體投資將超650億美元，可在十年間為亞利桑那州當(dāng)?shù)貏?chuàng)造6000個直接工作崗位和數(shù)以萬計(jì)的間接崗位，此外還有累計(jì)超 20000 個的相關(guān)建筑業(yè)崗位。美國還計(jì)劃將 5000 萬美元的《芯片法案》資金用于當(dāng)?shù)亟ㄖ桶雽?dǎo)體行業(yè)勞動力的培訓(xùn)和發(fā)展。
?05赴美建廠，臺積電熱度幾何？
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球棋盤上，臺積電一直是那顆舉足輕重的棋子。近年來，臺積電宣布在美國亞利桑那州建設(shè)先進(jìn)制程芯片工廠的消息，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。這一舉措不僅標(biāo)志著臺積電在全球布局上的重要一步，更在全球范圍內(nèi)掀起了關(guān)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的討論熱潮。
近日，中國臺灣“經(jīng)濟(jì)部部長”郭智輝稱，臺積電到美國設(shè)廠是因?yàn)槊绹鴱S商希望其去，就臺積電而言，到美設(shè)廠也可就近服務(wù)客戶。至于臺積電先進(jìn)制程赴美設(shè)廠的進(jìn)度是否更迫切，郭智輝稱，“雖然到美國投資設(shè)廠是接近客戶，但相信臺積電會審慎評估”。他還說，過去中國臺灣規(guī)定制程差距二代以上才能赴海外投資，但現(xiàn)在技術(shù)差二代就差很遠(yuǎn)，“廠商要能賺錢才行”。中國臺灣《經(jīng)濟(jì)日報》稱，外界因此解讀，“此言意味經(jīng)濟(jì)部對臺積電赴美投資是在開綠燈，完全由臺積電自行考慮”。
要知道，盡管美國政府提供了補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠等激勵措施，但臺積電在美國的建廠成本仍然高于中國臺灣本土。此外，人才短缺、勞動力競爭激烈以及關(guān)鍵技術(shù)外流也是臺積電面臨的重大挑戰(zhàn)。
