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開工半年的台積電美國5nm工廠,現在長這樣

開工半年的台積電美國5nm工廠,現在長這樣

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當地時間10月16日,美國消費者新聞與商業頻道(CNBC)實地探訪了台積電正在美國建設的5納米工廠。從現場畫面看,這座已經規劃一年半、開工6個月的工廠,似乎仍然處於初期的施工階段,而美國政府承諾給台積電的補貼至今尚未落實。

在探訪報道中,CNBC還特別提到兩岸關係,聲稱台積電的重要工廠大多位於中國台灣和中國大陸,這使得全球晶片供應很容易受到自然災害和地緣政治緊張局勢的影響,甚至還有一些專家將台積電稱為台灣地區與大陸緊張關係中的「硅盾」。

無獨有偶,半導體分析機構「IC Insights」10月13日發布報告稱,目前沒有比中國台灣更重要的晶片生產基地。如果中國大陸在晶片設備方面始終無法取得突破,可以通過必要手段實現兩岸統一來解決這個問題。

屆時,中國大陸和台灣地區的晶片產能將佔全球產能的37%,約為北美產能的3倍。

「台積電產能大部分在台灣,對西方是一個重要問題」

「台積電可能不是一個家喻户曉的公司,但它的市值超過5500億美元,是全球市值最高的10家公司之一。現在,它正在利用其可觀的資源將世界上最先進的晶片製造工廠帶回(bring back)美國本土。」CNBC在報道中寫道。

日前,CNBC前往美國亞利桑那州,實地探訪了台積電正在當地建設的晶圓廠。在投資120億美元將這座工廠建成後,台積電將在該工廠將生產5納米先進製程,月產能2萬片晶圓。

目前,5納米是世界上最先進的晶片製程,英特爾等美國公司尚未量產這一節點,而台積電的到來有望改變這種情況。不過,從現場畫面來看,在宣佈建廠1年多後,台積電亞利桑那工廠仍處於初期施工階段。

「實際上,我們正在複製在台灣的建廠模式」,台積電技術處長陳鏘澤(Tony Chen)在現場介紹稱,該公司正在建造一座230萬平方英尺(約合21.4萬平方米)的四層晶圓廠。在台積電工作的23年裏,陳鏘澤曾推動其他17個晶圓廠建設項目。

「如果你想要更多的產能,就必須建造更多的晶圓廠,這就是我們搬到美國的原因之一。」台積電首席戰略官、亞利桑那項目總裁兼首席執行官裏克·卡西迪表示,「我們的客户希望我們在美國,美國政府也希望我們在這裏。」

作為世界上最大的晶圓代工廠,台積電可以生產從手機到F-35戰鬥機、再到美國宇航局(NASA)火星探測器「毅力號」(Perseverance Rover)的各種關鍵晶片。本月早些時候,台積電宣佈在日本建設新廠的計劃,該公司將在那裏使用28nm等成熟製程生產晶片,用於家用設備和某些汽車部件。除此之外,該公司還是蘋果iPhone和大多數Mac電腦中最先進晶片的獨家供應商。

事實上,美國才是晶片產業的發源地。但幾十年來,全球晶片製造產能持續向亞洲轉移。國際半導體產業協會(SEMI)的數據顯示,截至2020年,亞洲佔全球晶片產能的79%,美國佔全球晶片產能的12%,遠低於1990年的37%。

台積電披露的數據顯示,2020年,該公司佔全球半導體產能的24%,比2019年提高3個百分點。而研究機構凱投宏觀的數據顯示,在最新款iPhone、超級計算機和汽車人工智能等領域使用的晶片中,台積電產能佔92%,三星產能佔8%。

「台積電幾乎已經成為先進晶片的壟斷者,這些製造業務大部分都集中在台灣,這對美國甚至西方世界來說,都是一個重要的國家問題。」薩斯奎哈納(Susquehanna)高級半導體分析師克里斯托弗·羅蘭表示。

除最先進的3納米和5納米晶片外,台積電還為電動牙刷和咖啡機等產品生產面積更大的晶片。但目前幾乎所有類型的晶片都出現產能緊缺,包括通用汽車和豐田在內的汽車製造商已暫停部分工廠的生產,蘋果也可能會削減其2021年iPhone 13的生產目標,部分機型的訂單將推遲一個多月。

機構:兩岸統一,中國晶片產能將是北美3倍

短期來看,晶片短缺制約着各行業的發展。長期來看,隨着萬物互聯時代的到來,全球晶片使用量或將大幅增加,這讓台積電這類晶片代工廠的重要性日益凸顯。

藉着這個話題,CNBC再次提到了兩岸關係。該報道有些炒作意味,稱台積電的12英寸晶圓廠大多位於台灣和中國大陸,這使得全球晶片供應很容易受到自然災害(包括目前台灣島內的乾旱)或該地區地緣政治緊張局勢的影響。而一些專家甚至將台積電稱為台灣與大陸緊張關係中的「硅盾」(silicon shield)。

「媒體描繪了一幅非常黯淡的畫面,」高級半導體分析師克里斯托弗·羅蘭表示,「但我實際上樂觀得多,因為中國大陸和台灣之間存在互惠關係,中國大陸目前的先進製造業需要台積電的晶片。」

中國大陸的確需要台積電生產的先進晶片,但美國政府過去幾年一直在通過長臂管轄阻礙大陸部分企業獲取晶片產能,並且打壓大陸本土的晶片製造廠商。

10月13日,知名半導體分析機構IC Insights發布報告稱,隨着中美貿易緊張關係加劇,美國對部分中國半導體企業實施嚴厲制裁,這讓中國開始思考未來如何參與集成電路和電子行業的全球競爭。

IC Insights數據顯示,2020年中國大陸晶片自給率為15.9%。預計到2025年,中國大陸半導體晶片市場規模將達到2230億美元,2020-2025年間的年複合增長率將達9.2%。而2025年中國大陸半導體晶片產值將達到432億美元,2020-2025年間的年複合增長率將達到13.7%。

按這個數據計算,到2025年中國大陸生產的半導體晶片產值,在整個中國大陸半導體晶片市場當中的佔比將達到19.4%。

還需要注意的是,在2020年中國大陸227億美元的晶片產值中,總部位於中國大陸的企業只生產了其中的83億美元(36.6%),台積電、SK海力士、三星、英特爾、聯電和其他在中國大陸擁有晶圓廠的企業生產了其餘的晶片。

報告指出,未來全球經濟的健康增長越來越依賴於先進電子系統的持續引入。這些系統中的關鍵部件是集成電路,沒有集成電路,就無法生產先進的電子系統。

在此背景下,中國大陸如何快速發展晶片產業、提高晶片自給率?

IC Insights罕見指出,實現兩岸統一或是一個選項。理由如下:

1.截至2020年12月,中國台灣在全球IC產業產能中所佔份額居首位。如果兩岸實現統一,中國大陸和台灣地區的晶片產能將佔全球晶片產能的約37%,約為北美地區產能的3倍。

2.在台積電的引領下,截至目前,中國台灣的先進晶片(製程<10納米)產能是世界任何國家和地區中最大的(63%),以三星為代表的韓國擁有剩餘的37%。

3.中國台灣的公司佔島內總產能的近90%。島內少數的非本土晶圓廠有美國Diodes,擁有的一個小型6英寸晶圓廠,以及美光擁有的兩個先進的12英寸DRAM晶圓廠(分別是桃園的Fab11晶圓廠,每月產能為10萬8000片,和台中Fab16晶圓廠,產能為月產能10萬片)。

4.中國台灣擁有全球22%的12英寸晶圓產能,緊隨韓國的25%。相比之下,北美僅佔11%;島內半導體總產能約80%來自代工生產。預計到2021年,中國台灣的純代工廠(即台積電、聯電、力積電等)將佔全球純代工市場總量的近80%。

各地區晶片產能佔比

因此,IC Insights指出:目前沒有比中國台灣更重要的晶片生產基地。如果中國大陸在晶片設備方面始終無法取得突破,可以通過必要手段實現兩岸統一來解決這個問題。

2021年三季度,台積電各製程營收佔比

正從台灣請專家協助建廠

大洋彼岸,台積電亞利桑那州工地現場,世界上最大的起重機之一正被提升到200英尺的高度,這個重達2300噸的起重機由153輛半卡車運到現場。

工地主管吉姆·懷特(Jim White)透露,自今年4月開工以來,承包商已經搬移近400萬立方碼(1立方米等於1.3立方碼)的泥土,並使用了超過2.6億加侖(1加侖=3.79升)的水。

建造晶圓廠和製造晶片需要大量的水,而在亞利桑那的沙漠中,水並不是豐富的資源。該州最大的水資源是地下水,但大型農場的深井用水的速度比自然補充的速度要快。

陳鏘澤介紹稱,台積電每天需要大約470萬加侖的水來支持生產。

台積電對水資源短缺並不陌生。目前,台灣地區正面臨56年來最嚴重的乾旱,但台積電表示,這並未影響生產。該公司透露,在亞利桑那州一個現場水處理中心,將回收高達90%的工廠用水。

另外一個挑戰是,台積電大多數5納米專家都在亞洲。

為了解決這個問題,台積電的學術關係經理羅克珊娜·維加透露,該公司將從台灣請來一些頂級專家,「他們被認為是我們工廠的主題專家。這將是一項臨時任務……兩年,也許三年。」

台積電方面透露,該公司已經向台灣派遣了250多名美國新員工,進行為期12至18個月的培訓,以跟上工廠進度。

CNBC稱,多元化是台積電將先進製造業帶到美國的一個關鍵原因。高級半導體分析師克里斯托弗·羅蘭指出,在模擬半導體設計方面,台灣沒有優勢,如果搬到美國,就能接觸到更多的模擬設計公司。

事實上,美國嚴重依賴台積電的晶片產能,才是特朗普執政時期對台積電軟硬兼施的真正原因。

「亞利桑那州有許多計劃,包括合格設施稅收抵免和優質工作稅收抵免,這確實是幫助降低運營成本的一個激勵因素。除此之外,鳳凰城還提供了一項2億美元的基礎設施計劃,幫助台積電獲得所需的水和其他基礎設施。」大鳳凰城經濟委員會主席兼首席執行官克里斯·卡馬喬表示。

目前,拜登政府已經提議為台積電等晶片公司在美國本土建廠提供520億美元的補貼。行業報告預計,美國政府將投資約500億美元,在未來10年在美國建造19座晶圓廠,使美國本土晶片製造能力翻一番。

但日經新聞日前曾尖鋭指出,目前距台積電宣佈在美建廠已過去1年半以上,美國眾議院的相關法案連補貼內容都沒有納入,審議也沒有進展,給台積電的補貼完全無法落實。對於向海外企業提供鉅額補貼,美國國內也存在反對聲音。

隨着全球晶片持續緊缺,台積電已承諾在未來三年內投資1000億美元擴產。類似的擴產行動也正在世界各地進行。SEMI預計,到2024年將有72家新晶圓廠或重大擴產項目投產,其中10家位於北美和南美。

SEMI總裁兼首席執行官阿吉特·馬諾查(Ajit Manocha)坦言:「我在過去兩三年聽到的投資公告比我一生聽到的都多。基於此,我們認為,到明年年底,晶片短缺問題應該會有所緩解。」

《華爾街日報》報道稱,在此之前,由於需求持續飆升,台積電把晶片價格上調至多20%,成本可能會通過電子產品的價格轉嫁到消費者身上。該公司還在繼續提高產能,包括在美國的產能,亞利桑那州佔地1100英畝(約合445.2萬平方米)的工廠肯定有餘力進行第二階段的生產。

本文由《香港01》提供

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