芯耀
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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先的4納米芯片。”“這是一件大事——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，美國雖然在芯片設計領域處于領先地位，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，擁有先進的制程技術和豐富的制造經(jīng)驗，邀請臺積電赴美建廠可以直接引入先進的生產(chǎn)技術和工藝，填補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、更先進的工廠。2020 年 5 月，時任美國國務卿助理基思?克拉克宣布，臺積電同意在亞利桑那州開設一家價值 120 億美元的設施。
實際上，這個決策標志著臺積電在美國建廠正式邁出了關鍵一步。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的芯片制造技術，臺積電將約 600 名美國員工送往中國臺灣進行培訓。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)濟效應、成本有優(yōu)勢、人員及供應鏈要完備”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營一家先進的半導體工廠。臺積電亞利桑那州工廠將利用臺積電的5nm技術進行半導體晶圓制造，每月產(chǎn)能為20000個半導體晶圓，直接創(chuàng)造1600多個高科技專業(yè)職位，并在半導體生態(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了120 億美元，建造的目標制程是5nm，在2021年開工，2024年計劃投產(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施——被稱為Fab 21的工廠建設延期，該設施的生產(chǎn)將從計劃的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)品驗證，有望于2025年中達到設計的每月 2 萬片的滿載產(chǎn)能；第二階段 P1 A2 則也已完成建筑建設，目前正處于設備導入階段，預計2025年一季度完成設備安裝工作，2025 年中開始投片。
蘋果、英偉達、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的4納米芯片技術，進一步提升其產(chǎn)品的競爭力。不過，由于關稅、原材料運輸?shù)荣M用的增加，臺積電在美國生產(chǎn)的芯片要貴得多，預計成本增加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而聚焦于更為先進的2nm芯片。據(jù)報道，臺積電向美國商務部提交的信息顯示，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，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)點將引入GAA晶體管架構，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行 2nm 工廠的建設和產(chǎn)能擴充。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)劃進入A14世代，進一步推動制程技術發(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)做準備。
P3 廠，規(guī)劃在2026年完工，將進一步提升高雄廠區(qū)的2nm產(chǎn)能。
P4、P5 廠，啟動環(huán)評并爭取擴大開發(fā)面積，預計在2027年接力完工，延續(xù)先進制程產(chǎn)能擴充。
臺積電已經(jīng)宣布，其在新竹寶山晶圓廠（Fab 20）成功設立了2納米（nm）制程技術的試產(chǎn)線。臺積電此次設立的2nm試產(chǎn)線計劃月產(chǎn)能將達到3000至3500片晶圓。值得注意的是，此次試生產(chǎn)的良品率高達60%，大幅超越了臺積電內(nèi)部的預期目標。
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制程技術的信心和決心。隨著技術的不斷成熟和產(chǎn)能的逐步擴大，臺積電有望在不久的將來實現(xiàn)2nm芯片的規(guī)?；a(chǎn)，滿足市場對高性能計算芯片的迫切需求。
根據(jù)臺積電的規(guī)劃，到2025年底，若計入高雄晶圓廠（Fab 22）的貢獻，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部達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貼。
除直接補貼外，美國政府還計劃根據(jù)初步協(xié)議為臺積電的晶圓廠建設提供約 50 億美元的貸款。臺積電也在準備向美國財政部申請相當于認證資本支出 25% 的投資稅收抵免。臺積電方面承諾將在本十年底前建設第三座晶圓廠，進而在亞利桑那州打造一個前沿半導體集群。
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?shù)貏?chuàng)造6000個直接工作崗位和數(shù)以萬計的間接崗位，此外還有累計超 20000 個的相關建筑業(yè)崗位。美國還計劃將 5000 萬美元的《芯片法案》資金用于當?shù)亟ㄖ桶雽w行業(yè)勞動力的培訓和發(fā)展。
?05赴美建廠，臺積電熱度幾何？
在半導體產(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先進制程芯片工廠的消息，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關注。這一舉措不僅標志著臺積電在全球布局上的重要一步，更在全球范圍內(nèi)掀起了關于半導體產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的討論熱潮。
近日，中國臺灣“經(jīng)濟部部長”郭智輝稱，臺積電到美國設廠是因為美國廠商希望其去，就臺積電而言，到美設廠也可就近服務客戶。至于臺積電先進制程赴美設廠的進度是否更迫切，郭智輝稱，“雖然到美國投資設廠是接近客戶，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)在技術差二代就差很遠，“廠商要能賺錢才行”。中國臺灣《經(jīng)濟日報》稱，外界因此解讀，“此言意味經(jīng)濟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鍵技術外流也是臺積電面臨的重大挑戰(zhàn)。
