深度台积电3nm晶圆厂在美国正式启动的历史意义

　　问芯Voice
　　举世关注！台积电位于美国亚利桑那州的12寸晶圆厂不但于今日举行移机典礼（FirstToolIn），更官宣该厂房的制程技术提升至3nm和4nm节点，分别在2024年和2026年量产，两期工程总投资金额约400亿美元，为亚利桑那州史上规模最大的外国直接投资案，也是美国史上规模最大的外国直接投资案之一。
　　今日的移机典礼冠盖云集，东道主有台积电创办人张忠谋、董事长刘德音、总裁魏哲家之外，美国商务部长GinaRaimondo、苹果执行长库克、英伟达执行长黄仁勋、AMD执行长苏姿丰等都会参加，美国总统拜登则将发表演说。
　　值得注意的是，台积电美国厂投资原本宣布金额为120亿美元，今日上修至总投资额400亿美元；原本宣布转移5nm制程到新厂，今日也官宣第一阶段从4nm制程开始生产，第二阶段生产3nm制程，无论是投资金额、生产制程结点都大幅上修。
　　台积电指出，美国厂的两期工程完工后，合计年产超过60万片晶圆（单月产能5万片），终端产品市场价值预估超过400亿美元。
　　台积电亚利桑那州厂房：动工：2021年首批机台进厂：2022年12月第一期：4nm制程技术，2024年开始生产第二期：3nm制程技术，2026年开始生产土地面积：约445公顷合计总投资：400亿美元目标客户：苹果、高通、英伟达、AMD
　　除了一万多名协助兴建厂房的营建人员之外，亚利桑那州晶圆厂两期工程预计将额外创造一万个高薪高科技工作机会，其中包括4，500个直接受雇于台积公司的工作。为了符合台积电绿色制造的承诺，亚利桑那州晶圆厂亦规划于厂区内兴
　　建一座工业用再生水厂，完工后该晶圆厂将达到近零液体排放的目标。
　　台积电董事长刘德音指出，亚利桑那州晶圆厂目标完工后成为美国最环保的半导体制造厂，应用最先进的半导体制程技术生产，实现未来几年的下一代高性能及低功耗运算产品。
　　在台积电之前，英特尔已在亚利桑那州设厂，2021年也宣布斥资200亿美元新建两座晶圆厂，一旦完成，英特尔在亚利桑那州Chandler园区工厂将增至6座。
　　未来供应链包括材料商、设备厂等如光刻机巨头荷兰ASML、材料商德国默克等预计都将跟的台积电赴美国扩大服务，被业界视为新一波掏晶热。
　　台积电美国厂移机典礼前夕，有相当多纷杂的消息传出。张忠谋曾透露在亚利桑那设立晶圆厂的成本，可能比台湾高出至少50。
　　再者，该座12寸厂房原本是宣布导入5nm制程技术，在美国的不断攻势下，张忠谋公开证实美国厂将导入目前最先进的3nm制程，在台湾掀起一波是否被掏空的讨论。
　　正面看待者认为，台积电赴美设厂是为了贴近客户，北美客户占台积电营收比重超过60，涵盖苹果、高通、英伟达等，贴近客户设厂是合理的。但这样也与过去大家倡导的全球化协同生产论相悖。
　　以目前台积电月产能200万片的规模看，美国新厂2026年5万片产能不算大。不过，美国厂5万片月产能都是先进制程4nm和3nm制程，技术含金量可是相当高。台湾方面也一再强调，目前3nm已经在南科厂进行试产，2nm和1nm制程一定会留在台湾。
　　美国成功呼唤台积电赴美生产3nm制程技术，同时间台积电也面临非常大难题。
　　日前，台积电致函给美国商务部表示，亚历桑那凤凰城厂面临各种建设成本和计划不确定性，成本比同样制程厂房设立在台湾的成本高出非常多。
　　此外，台积电过去30年的成功秘诀之一是勤恳的台湾高素质工程师，即使美国厂要聘用美国当地刚毕业的理工科生，也要先送到台积电台湾受训半年到一年才可以正常使用。另外，东亚供应链打造的高效率生态系统也是台积电成功原因之一，这些要素要在美国厂成功复制的难度十分高。
　　简而言之，台积电美国厂面临的问题：高建设成本、高运营成本、人力短缺、人力成本高昂。
　　亚利桑那州晶圆厂不是台积电第一座海外厂，也不是台积电在美国的第一座晶圆厂，但这座厂房的诞生，从事前规划到宣布成行，直至今日举行的移机典礼，在全球所引发的风波从科技层面上升到国安层级，最终成为举世瞩目的焦点。
　　台积电赴美设立先进制程晶圆厂的起因？
　　2017年底美国发起的贸易战逐渐演变成科技战，各国逐渐意识到芯片产业的重要性。
　　在此之前，美国、欧洲等西方国家早已远离制造业。他们眼中的制造业是低附加价值、需要大量廉价劳工、高环境污染的产业；相较之下，欧美国家崇尚的是脑力密集、产业特性轻巧灵活、可以高杠杆操作的产业。
　　半导体产业链拆开分成几个环节：机台设备、EDA软件、芯片设计、晶圆制造、封装测试，欧美国家长年投入EDA、机台设备、芯片设计三大领域。
　　在EDA软件上，美国三家公司新思、Cadence、Mentor（隶属西门子）合计占全球份额近80；半导体机台设备领域，全球前四大中有三家是欧美企业包括应用材料、ASML、LamResearch，以全球前20大半导体设备供应商来看，美国占48，欧洲额占22，合计占全球七成；以芯片设计领域来看，前十大IC设计公司中有6家是美国企业。
　　其他两大环节晶圆制造、封装测试被认为是需要大量劳力、重投资且回报周期长，产业特性偏向笨重，重心早已移到亚洲生产。
　　其实从2005年起，台积电在全球晶圆代工领域的市占率已突破50（2022年约56）。但过去十多年里，没有人会认为芯片生产命脉被亚洲一家单一企业掐住，是一件不妥甚至是危险的事。
　　相反的，科技业界非常推崇这套由张忠谋创立的专业晶圆代工模式，认为在全球化的分工与协同下，全球多家IC设计巨兽如高通、博通、英伟达、Marvell、AMD得以诞生。可以说没有台积电，就没有这些IC设计巨兽，更不会有世上这么多精采的创新能量。
　　有台积电的先进工艺技术推进高性能运算技术，让AI协助生物科学解决长达50年的谜题：蛋白质折叠。这可以预测蛋白质如何从氨基酸的线型链撷取成3D形状。而过去数十年来人类试图用实验技术破解，但都未成功，而靠大数据运算、机器学习算法等，都陆续为这些巨大难题带来新的契机，发现新药的速度也变快。
　　另一个例子是疫苗研发。过去的伊波拉病毒疫苗从第一阶段试验到批准，经过了5年才在2019年问世。这次新冠疫情下，许多相关疫苗只花了不到一年时间就完成开发到批准上市，除了是科学家和研究人员的努力，关键还是超级电脑的高运算性能完成这项任务。
　　曾几何时，台积电备受世人推崇的专业晶圆分工模式却成了怀璧其罪？
　　当美国从贸易战打到科技战时，美国幡然觉悟：原来芯片产业链中的锁喉秘技是晶圆制造，且掌握在台积电手上。美国有EDA软件、有先进的机台设备，更有创新能力一流的IC设计公司，但当中关键是，生产芯片这件事绝大多数不在美国境内。
　　另一个让美国发现芯片制造重要性的原因是：当初华为的芯片设计能力已追上联发科，逼近高通，挤身全球前十大IC设计公司。华为有能力设计出全球最先进的芯片，但没了台积电的制造，顿时武功全废。
　　这当中还有一道枷锁是欧美在机台设备上的实力，因为芯片制造高度依赖欧美的设备供应商。可以说，美国企图阻止中国大陆科技发展的两道枷锁：台积电、机台设备（EDA软件可算是第三道）。
　　因此，冷门的半导体芯片顿时从消费型电子内的关键零组件，跃升成为国家安全必备的战略物资。台积电尖端的芯片制造能力，更成为中美交锋与地缘政治风险下，各国必争之地。
　　全球兴起了一场抢夺台积电大赛。各国家都要台积电去自己境内设一座晶圆厂，好似清晨黄昏都要看到台积电的晶圆厂设立在自己家门口才能安心，过往奉行的全球化运作理论都束之高阁。
　　要知道，不是邀台积电到自己家里上盖一座晶圆厂，就代表着完成了芯片自给自足的目标。
　　数十年来，这么多半导体厂商投入芯片制造业，为什么只有一家台积电能全球份额超过50？为什么这么多人说，中国可以做出原子弹，怎么可能做不出芯片？
　　答案很简单，芯片并非一个产业，也非一项商品，芯片是一个产业链，由全球各地最顶尖企业高度国际化、专业化的脑力结晶。它并非是一家企业、一个供应商，或是单一国家就能做出来的。
　　举个例子，大家都知道荷兰ASML是光刻机龙头，且极紫外光刻机只有ASML独家供应。从技术层面来看，一台EUV光刻机里面有90的零部件都是向全球供应商采购，单是一台5nm光刻机就需要十多万个零部件，是全球合作的结产物，并非一个国家可以闭门造车。
　　回过头来说制造业的重要性，从特朗普时代开始，喊出MakeAmericaGreatAgain！（让美国再次伟大），主轴就是要让制造业重返美国，当中最大原因是提倡制造业是最快速提升就业率的方式，有助于提升经济。再者，半导体制造业近年来已和国家安全划上等号。
　　2022年8月，拜登也正式签署《芯片与科学法案》（ChipsandScienceAct），要求争取补贴的半导体厂商不能在中国大陆进行先进制程投资的附加条款，试图防止中国大陆取得更高阶的技术来源，美国试图借这次机会重塑制造大国的地位。
　　12月6日台积电美国亚利桑那州举行的移机典礼，堪称历史性的一刻，除了宣告台积电在美扩大投资并量产先进的4nm和3nm制程技术之外，更是宣告美国半导体要重新拿回制造大国的重要一步。
　　未来留给台积电的难题，除了高昂的建设和人力成本要如何平衡外，美国是否会一步步要求台积电未来2nm和1nm每一代的先进制程都转移到美国生产，也是各界关注的议题。