台积电盛世背后的四大隐忧

2021-04-11 14:00:21 来源: 半导体行业观察

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2021年,拜登正式接任美国总统大位,但是,全球政府对半导体产业施加的压力有增无减,对全球晶圆代工之王台积电来说,正面临未来10年发展的关键转折点。

2月24日,美国总统拜登签署一项行政命令,针对半导体等关键商品的供应链,在100日内提出检讨报告,同一天,他邀集两党议员,要求国会拨款370亿美元(约合新台币1 兆360 亿元)大举投资美国的半导体产业。

历时2 年,3月1日,在Google前任董事长Eric Schmidt(施密特)领导下,美国国家安全委员会推出1份752页的大报告,对中国台湾在半导体制造上的优势,向美国政府发出严厉的警告“美国在最先进的芯片,几乎全然仰赖进口产品,让美国从国防到工业,全都暴露在外国风险下”,这份报告台积电名字不断出现。

转折点来自全球的压力

欧盟多国研议,砸钱重返芯片制造领域

欧盟也想要重返芯片制造领域。经历车用芯片荒对欧盟经济的冲击后,2月3 日,在德国经济部长Peter Altmaier(阿特麦尔)和法国经济部长Bruno Le Maire(勒麦尔)的提议之下,德、法和欧盟17个国家也正在商议,要投资500 亿欧元(约合新台币1 兆6,900 亿元),降低欧盟对进口芯片的依赖。

印度、日本、中国,各国政府都盯着中国台湾的半导体产业。2021年初,台积电股价创下新高,市值狠甩过去的半导体龙头英特尔,所有的专家和媒体报导,都聚焦在台积电未来制程发展顺利,未来几年在技术和市占率上将持续保持领先;但却很少有人提及,当台积电成为地缘政治的必争之地时,各国政府已开始积极思考该如何出招,夺回半导体制造的领导权。


挑战1:面对美国的威胁


根据美国国安报告规划,他们将夺回半导体制造主导权。

要了解美国政府要如何从台积电、三星等半导体公司手上,拿回主导权,不妨参考美国国安会3月2日公布的 报告 《National Security Commission on Artificial Intelligence》(美国国家安全委员会对人工智慧的报告),这份报告第13章,就是美国政府如何拿回半导体制造主导权的规划路线蓝图。

报告指出,芯片将是未来人工智慧产业最重要的基础,不只经济会因芯片产业受益,“谁拥有最先进的芯片制造技术,将在战争的每个领域都取得优势”;第214 页提到,“美国进口芯片的依赖,特别是中国台湾,已是美国在经济和军事发展策略上的弱点”,并认为台积电和三星是全球握有最顶尖芯片制造技术的两家公司,而英特尔“到2022年,制程都将落后2 个世代”。

“美国必须要保持在境内制造尖端芯片,技术必须领先对手两个世代以上”,报告中指出,透过大规模投资,美国可以扩大国内市场,让荷兰ASML 或日本的半导体合作厂商,愿意为了美国的商机,拒绝将关键设备和材料卖到中国。这份报告预测,中国半导体技术发展到14 nm后,就无法再向下推进。

报告中强调,美国应加大补贴,“韩国、中国台湾和新加坡,都提供25% 到30% 的租税抵减,比美国提供的条件高出一倍。”

但,台积电设下的技术领先障碍,美国要如何超越?报告中提到,关键在于,台积电擅长的2D 电路线宽微缩的技术,已达物理极限,“这种技术演进得到的边际效益愈来愈小。”目前台积电必须投入比过去高出数倍的成本,兴建巨型晶圆厂,却只能得到较过去更少的产能。

“当半导体在二维密度达到物理极限后,先进封装技术将具有极为关键的角色”,换句话说,未来比的不只是谁能把电晶体做得更小,而是谁能把更多层晶圆整合在同一颗IC 里。就在这个领域中,英特尔仍有领导地位,在美国,史丹佛大学就曾发表过,将100 层晶圆整合在一颗IC 里的计划。

报告中建议,美国2022 年应投资10 亿美元,进行先进封装技术研究,5 年内投入比过去多一倍的资金,约120 亿美元,在最新的半导体技术上,如极紫外光(EUV)之后的半导体曝光显影、3D 堆叠、纳米碳管、化合物半导体电晶体制造、自动化IC 设计及低温运算,都是美国未来的发展机会。

不过,根据台积电2020 年财报,台积电这1 年的研究与发展费用就高达37 亿美元,仍高于报告建议投入的金额,但美国拥有全球顶尖人才,未来竞争势必更加激烈。


挑战2:中国台湾缺水缺电的难题


台积电未来3 年内,用电需求恐倍增

根据Bloomberg Intelligence 的报告,台积电在3 年内,对电力的需求将倍增,这是因为5 纳米和3 纳米厂大幅启用极紫外光EUV 设备。报告中估计,当台积电5 纳米厂和3 纳米厂在2023 年底全速运转时,5 纳米厂每小时需耗电720MW(百万瓦),3 纳米厂每小时需耗电880MW,报告中指出,新增加的电力需求,几乎是台积电2019 年全球用电量的98%。

根据台积电社会责任报告,2019 年台积电全球用电量为143.27 亿度,这个数字是台北市2019 年总用电量91%,按照Bloomberg Intelligence 的估计,到2023 年台积电较2019 年增加接近一个台北市的用电量!虽然台积电大力提高用电效率、采购绿电,但由于EUV 是利用接近物理极限的极紫外光为晶圆曝光,能源转换效率因此只有传统DUV 的3 分之1,但每小时只能产出150片晶圆,仅传统设备的一半,因此台积电虽然在中国台湾到处盖厂,但新开出的产能片数,其实增加不多。

更何况,极端气候对中国台湾水、电供应的影响愈来愈大,如何维持生产稳定,甚至进一步扩厂,都是台积电未来的大挑战。



▲ 台积电美国新厂位置图。


挑战3:高毛利率的阻碍

美国建厂贵6 倍,员工周末不加班

美国政府在本地制造芯片和中国台湾水电等自然资源条件限制下,赴美设厂正是台积电未来成长的风险和机会。


3 月1 日,《经济日报》报导,台积电在招募赴美设厂的员工时透露,亚利桑那厂区将是现有南科厂区的两倍大,未来计划在当地兴建6 个厂,成为一座超大晶圆厂(Gigafab)。但日本《工业新闻日刊》也报导,台积电在当地设厂也遇上成本高昂的问题,和中国台湾相比,建设费用就高达6 倍!

这并不令人意外,一位业界人士观察,英特尔生产线上的员工多半高中学历,一到周末就全数休假,且美国工会相当强势。

中国台湾则是用优质人才,日夜不停地在生产线拼搏,加上同样努力的供应商,造就台积电的成功。因此台积电大幅在中国台湾招募人才,不但本薪加倍,还有全额保险、住房和交通津贴,这些阻力同样影响台积电供应商,供应商也透露,要跟着台积电赴美生产,成本一定比中国台湾贵数倍。


挑战4:留住客户的考验

英特尔诉求安全,恐牵动供应链

根据亚利桑那州政府2020 年底的公告,台积电已在凤凰城北部买下一块1,100 策,会祭出更多的奖励和补助,就算有风险,台积电仍须走出国际化的一步,但离开中国台湾后,还能不能维持超高毛利率,会是未来的观察重点。

英特尔宣布进军晶圆代工,短期内技术难以和台积电相提并论,但值得注意的是,这一次,英特尔主打的诉求是安全。

英特尔执行长Pat Gelsinger 接受英国BBC 专访时直言:“对于世界而言,这个关键技术80% 供应都在亚洲,并不是让人满意的方式。”不断向欧美政府推销分散供应链,增加供应链安全性的想法,并表示,除了今年在美国兴建两个厂,2022 年还有在欧洲和美国兴建新厂的计划。这项诉求,过去格芯也用过,并不成功,但经历中美贸易变化、Covid-19、车用芯片缺货等动荡后,过去追求最高效率、最便宜成本的逻辑会调整。

一家年营收数百亿元的高科技公司创办人观察,在这个前提下,客户一定会考虑分散供应链,这次英特尔宣布推出晶圆代工服务,高通马上表示有兴趣,而各国用于国防等关键领域的芯片生产,也一定会分散生产地点;英特尔也持续向台积电最大的客户苹果招手,在台积电产能不足的情况下,苹果会不会重启分散供应链计划,对台积电至关重要。

现在,台积电已真实成为全球地缘政治的必争之地,这是灭顶风险还是大成长的机会,端看台积电是否能把阻力变成助力,这将是台积电真正成为全球晶圆制造一哥,最关键也最难的一场战役。台积电盛世背后的迫切危机晶圆制造成为全球地缘政治必争之地。



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