作為全世界最大的半導體芯片代工廠,臺積電的一舉一動總會吸引無數人關注。前段時間,臺積電在招聘網站領英發出數十項招聘信息,工作地點位于美國亞利桑那州鳳凰城,職位包括3D IC封裝研發工程師、制造主管及廠務機電工程師等等。可以看出,臺積電目前正在積極為美國分廠做準備。

臺積電在美國建廠之事,早在半年前已有傳聞。當時不少人覺得臺積電并不會動真格,畢竟鴻海精密(富士康)的老板郭臺銘之前也說要在美國建廠,最后只建了一個研發中心,并沒有建立規模巨大的制造工廠。

直到最近,越來越多消息傳來,才讓人們意識到臺積電似乎真的要建一個規模巨大的芯片代工廠。據媒體報道,臺積電投資35億美元赴美建廠的計劃在去年11月得到董事會批準,計劃在2021年動工,2023年裝機試產,2024年上半年規模投產,直接部署目前最新的5nm工藝,規劃月產能2萬片晶圓。

臺積電產能不足

仔細分析,臺積電的情況確實與鴻海精密不同,雖然都是代工廠,但是兩者差別可謂是天差地別。鴻海精密也就是富士康,主要做的是零部件組裝。以iPhone為例,蘋果從上游生產廠商手中拿到的零部件,全部送到富士康,由富士康的工人組裝,拼裝成一個完整的iPhone。從技術難度上來說,富士康并沒有什么難關需要攻克,富士康的工人培訓兩三天就能上崗。

臺積電則不同,其所在的芯片制造業屬于制造業中的頂流,全世界唯有臺積電、英特爾、三星區區六七家公司可以實現。在這些公司中,格羅方德與臺聯電已經放棄14nm 制程以后的技術研發,英特爾停留在10nm工藝(相當于臺積電7nm),唯有三星與臺積電技術同步,同時達到5nm 制程。然而,三星在制程虛標嚴重,5nm 制程工藝水平與臺積電7nm 差不多,因此可以斷定,臺積電目前就是世界第一的芯片代工廠,無論是技術還是產量,都是毫無疑問的世界第一。

去年下半年,臺積電5nm 制程工藝首次量產,產能立刻拉滿,AMD、高通等廠商甚至都搶不到臺積電5nm 訂單,被迫采用7nm制程或者采用三星5nm制程。在供需嚴重失衡情況下,臺積電急需建立新的工廠,以便拿到更多訂單。

晶圓廠分布

目前,臺積電有十余家分廠,其中18分廠承擔5nm 制程主要訂單,此外還有位于新竹的2、3、5、8、12A、12B分廠,位于臺南的6、14分廠,位于臺中的15廠,位于上海松江的10分廠,位于南京的16分廠,以及位于美國華盛頓州的11分廠。

▲ 臺積電松江10分廠位置

從分布上來看,臺積電晶圓廠主要分布在中國臺灣地區,僅在南京、上海、美國華盛頓州設立分廠。具體分布上,可以看出晶圓廠集中在號稱中國臺灣硅谷的新竹科技園區,但目前新科園區土地已經使用95%,而臺中科技園區同樣因為土地以及環境評估沒有通過,因此新廠將轉移到臺南科技園區。目前承擔5nm的18廠以及正在臺南建設的3nm新廠,都將位于臺南科技園區。

▲ 先進制程晶圓廠大多在新竹

中國臺灣地區山地多、平原少,土地面積限制了臺積電的發展。此外晶圓廠需要耗電量巨大,特別是極紫外光刻機,250W的EUV機器工作一天,將會消耗3萬度電,一座3nm工廠,年耗電量將達70億度。

亞利桑那新廠的意義

面積限制與電量限制,臺積電去島外建廠勢在必行。由于美國商務部的限制,臺積電前往祖國大陸建廠困難重重,此時選擇去美國建廠就成為臺積電最合適的選擇。

為了迎接臺積電的到來,美國亞利桑那州菲尼克斯市(鳳凰城)批準了與臺積電之間的一項發展協議,根據該協議,該市將提供2．05億美元城市建設基金,用于與建廠相關的水和路等基礎設施改造和建設。而臺積電將在菲尼克斯市建立一個新工廠,按照分階段在五年期間實施,該工廠將創造1900個全職工作新崗位。全部建設將于2021年初開始。

從今天來看,臺積電5nm 制程依然是全世界最先進制程工藝,然而亞利桑那新廠還要到2024年建成。此時此刻,臺積電5nm 工廠已經投產半年,3nm 工廠已經動工一年,預計將在2022年建成。按照臺積電的計劃,2024年 2nm 制程工廠將達成量產,屆時亞利桑那 5nm 工廠工藝水平將不再領先,相當于今天的14nm 制程晶圓廠。

▲ 英特爾7nm原計劃2017年投產

當然對于美國來說,亞利桑那 5nm 工廠的意義仍不可小覷,美國目前還有兩大芯片工廠,其中格羅方德已經宣布不再研發14nm以后的工藝,先進制程僅剩英特爾一家獨苗。然而英特爾已經在14nm、10nm 上蹉跎許久,拖延癥已經成為新的代名詞。10nm 拖了五年,7nm 拖了五年半,前不久英特爾將7nm 工廠(相當于臺積電5nm)投產時間推遲到2022年下半年。而且按照英特爾的慣例,先進制程總是率先在部分產品(比如輕薄筆記本芯片)中試用,全面投產時間大概需要一年。由此推算,等到2023年臺積電亞利桑那 5nm 工廠試產的時候,與其工藝水平差不多的英特爾7nm工廠也才剛剛投產,屆時還是美國最先進的制程工廠之一。

臺積電總部在臺灣省新竹市,從目前布局來看,臺積電最先進的制程工廠始終放在臺南科技園區。前往美國亞利桑那設廠,可能是為了解決島內供電不足問題,可能是為了獲取美國先進半導體補助資金,也有可能是為了向蘋果、高通、AMD 等客戶更方便地供貨。俗話說,商人無利不起早,臺積電前往亞利桑那設廠,最終還是為了其公司利益!