作为全世界最大的半导体芯片代工厂,台积电的一举一动总会吸引无数人关注。前段时间,台积电在招聘网站领英发出数十项招聘信息,工作地点位于美国亚利桑那州凤凰城,职位包括3D IC封装研发工程师、制造主管及厂务机电工程师等等。可以看出,台积电目前正在积极为美国分厂做准备。

台积电在美国建厂之事,早在半年前已有传闻。当时不少人觉得台积电并不会动真格,毕竟鸿海精密(富士康)的老板郭台铭之前也说要在美国建厂,最后只建了一个研发中心,并没有建立规模巨大的制造工厂。

直到最近,越来越多消息传来,才让人们意识到台积电似乎真的要建一个规模巨大的芯片代工厂。据媒体报道,台积电投资35亿美元赴美建厂的计划在去年11月得到董事会批准,计划在2021年动工,2023年装机试产,2024年上半年规模投产,直接部署目前最新的5nm工艺,规划月产能2万片晶圆。

台积电产能不足

仔细分析,台积电的情况确实与鸿海精密不同,虽然都是代工厂,但是两者差别可谓是天差地别。鸿海精密也就是富士康,主要做的是零部件组装。以iPhone为例,苹果从上游生产厂商手中拿到的零部件,全部送到富士康,由富士康的工人组装,拼装成一个完整的iPhone。从技术难度上来说,富士康并没有什么难关需要攻克,富士康的工人培训两三天就能上岗。

台积电则不同,其所在的芯片制造业属于制造业中的顶流,全世界唯有台积电、英特尔、三星区区六七家公司可以实现。在这些公司中,格罗方德与台联电已经放弃14nm 制程以后的技术研发,英特尔停留在10nm工艺(相当于台积电7nm),唯有三星与台积电技术同步,同时达到5nm 制程。然而,三星在制程虚标严重,5nm 制程工艺水平与台积电7nm 差不多,因此可以断定,台积电目前就是世界第一的芯片代工厂,无论是技术还是产量,都是毫无疑问的世界第一。

去年下半年,台积电5nm 制程工艺首次量产,产能立刻拉满,AMD、高通等厂商甚至都抢不到台积电5nm 订单,被迫采用7nm制程或者采用三星5nm制程。在供需严重失衡情况下,台积电急需建立新的工厂,以便拿到更多订单。

晶圆厂分布

目前,台积电有十余家分厂,其中18分厂承担5nm 制程主要订单,此外还有位于新竹的2、3、5、8、12A、12B分厂,位于台南的6、14分厂,位于台中的15厂,位于上海松江的10分厂,位于南京的16分厂,以及位于美国华盛顿州的11分厂。

▲ 台积电松江10分厂位置

从分布上来看,台积电晶圆厂主要分布在中国台湾地区,仅在南京、上海、美国华盛顿州设立分厂。具体分布上,可以看出晶圆厂集中在号称中国台湾硅谷的新竹科技园区,但目前新科园区土地已经使用95%,而台中科技园区同样因为土地以及环境评估没有通过,因此新厂将转移到台南科技园区。目前承担5nm的18厂以及正在台南建设的3nm新厂,都将位于台南科技园区。

▲ 先进制程晶圆厂大多在新竹

中国台湾地区山地多、平原少,土地面积限制了台积电的发展。此外晶圆厂需要耗电量巨大,特别是极紫外光刻机,250W的EUV机器工作一天,将会消耗3万度电,一座3nm工厂,年耗电量将达70亿度。

亚利桑那新厂的意义

面积限制与电量限制,台积电去岛外建厂势在必行。由于美国商务部的限制,台积电前往祖国大陆建厂困难重重,此时选择去美国建厂就成为台积电最合适的选择。

为了迎接台积电的到来,美国亚利桑那州菲尼克斯市(凤凰城)批准了与台积电之间的一项发展协议,根据该协议,该市将提供2．05亿美元城市建设基金,用于与建厂相关的水和路等基础设施改造和建设。而台积电将在菲尼克斯市建立一个新工厂,按照分阶段在五年期间实施,该工厂将创造1900个全职工作新岗位。全部建设将于2021年初开始。

从今天来看,台积电5nm 制程依然是全世界最先进制程工艺,然而亚利桑那新厂还要到2024年建成。此时此刻,台积电5nm 工厂已经投产半年,3nm 工厂已经动工一年,预计将在2022年建成。按照台积电的计划,2024年 2nm 制程工厂将达成量产,届时亚利桑那 5nm 工厂工艺水平将不再领先,相当于今天的14nm 制程晶圆厂。

▲ 英特尔7nm原计划2017年投产

当然对于美国来说,亚利桑那 5nm 工厂的意义仍不可小觑,美国目前还有两大芯片工厂,其中格罗方德已经宣布不再研发14nm以后的工艺,先进制程仅剩英特尔一家独苗。然而英特尔已经在14nm、10nm 上蹉跎许久,拖延症已经成为新的代名词。10nm 拖了五年,7nm 拖了五年半,前不久英特尔将7nm 工厂(相当于台积电5nm)投产时间推迟到2022年下半年。而且按照英特尔的惯例,先进制程总是率先在部分产品(比如轻薄笔记本芯片)中试用,全面投产时间大概需要一年。由此推算,等到2023年台积电亚利桑那 5nm 工厂试产的时候,与其工艺水平差不多的英特尔7nm工厂也才刚刚投产,届时还是美国最先进的制程工厂之一。

台积电总部在台湾省新竹市,从目前布局来看,台积电最先进的制程工厂始终放在台南科技园区。前往美国亚利桑那设厂,可能是为了解决岛内供电不足问题,可能是为了获取美国先进半导体补助资金,也有可能是为了向苹果、高通、AMD 等客户更方便地供货。俗话说,商人无利不起早,台积电前往亚利桑那设厂,最终还是为了其公司利益!