台積電盛世背後的迫切危機,晶圓製造成為全球地緣政治必爭之地

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 10 日 9:00 | 分類 晶圓 , 晶片 , 科技政策 Telegram share ! follow us in feedly


2021 年,拜登正式接任美國總統大位,但是,全球政府對半導體產業施加的壓力有增無減,對全球晶圓代工之王台積電來說,正面臨未來 10 年發展的關鍵轉折點。

2 月 24 日,美國總統拜登簽署一項行政命令,針對半導體等關鍵商品的供應鏈,在 100 日內提出檢討報告,同一天,他邀集兩黨議員,要求國會撥款 370 億美元(約合新台幣 1 兆 360 億元)大舉投資美國的半導體產業。

歷時 2 年,3 月 1 日,在 Google 前任董事長 Eric Schmidt(施密特)領導下,美國國家安全委員會推出 1 份 752 頁的大報告,對台灣在半導體製造上的優勢,向美國政府發出嚴厲的警告「美國在最先進的晶片,幾乎全然仰賴進口產品,讓美國從國防到工業,全都暴露在外國風險下」,這份報告台積電名字不斷出現。

《轉捩點》來自全球的壓力

歐盟多國研議,砸錢重返晶片製造領域

歐盟也想要重返晶片製造領域。經歷車用晶片荒對歐盟經濟的衝擊後,2 月 3 日,在德國經濟部長 Peter Altmaier(阿特麥爾)和法國經濟部長 Bruno Le Maire(勒麥爾)的提議之下,德、法和歐盟 17 個國家也正在商議,要投資 500 億歐元(約合新台幣 1 兆 6,900 億元),降低歐盟對進口晶片的依賴。

印度、日本、中國,各國政府都盯著台灣的半導體產業。2021 年初,台積電股價創下新高,市值狠甩過去的半導體龍頭英特爾,所有的專家和媒體報導,都聚焦在台積電未來製程發展順利,未來幾年在技術和市占率上將持續保持領先;但卻很少有人提及,當台積電成為地緣政治的必爭之地時,各國政府已開始積極思考該如何出招,奪回半導體製造的領導權。

《挑戰 1》面對美國的威脅

國安報告規畫,奪回半導體製造主導權

要了解美國政府要如何從台積電、三星等半導體公司手上,拿回主導權,不妨參考美國國安會 3 月 2 日公布的報告《National Security Commission on Artificial Intelligence》(美國國家安全委員會對人工智慧的報告),這份報告第 13 章,就是美國政府如何拿回半導體製造主導權的規畫路線藍圖。

報告指出,晶片將是未來人工智慧產業最重要的基礎,不只經濟會因晶片產業受益,「誰擁有最先進的晶片製造技術,將在戰爭的每個領域都取得優勢」;第 214 頁提到,「美國進口晶片的依賴,特別是台灣,已是美國在經濟和軍事發展策略上的弱點」,並認為台積電和三星是全球握有最頂尖晶片製造技術的兩家公司,而英特爾「到 2022 年,製程都將落後 2 個世代」。

「美國必須要保持在境內製造尖端晶片,技術必須領先對手兩個世代以上」,報告中指出,透過大規模投資,美國可以擴大國內市場,讓荷蘭 ASML 或日本的半導體合作廠商,願意為了美國的商機,拒絕將關鍵設備和材料賣到中國。這份報告預測,中國半導體技術發展到 14 奈米後,就無法再向下推進。

報告中強調,美國應加大補貼,「南韓、台灣和新加坡,都提供 25% 到 30% 的租稅抵減,比美國提供的條件高出一倍。」

但,台積電設下的技術領先障礙,美國要如何超越?報告中提到,關鍵在於,台積電擅長的 2D 電路線寬微縮的技術,已達物理極限,「這種技術演進得到的邊際效益愈來愈小。」目前台積電必須投入比過去高出數倍的成本,興建巨型晶圓廠,卻只能得到較過去更少的產能。

「當半導體在二維密度達到物理極限後,先進封裝技術將具有極為關鍵的角色」,換句話說,未來比的不只是誰能把電晶體做得更小,而是誰能把更多層晶圓整合在同一顆 IC 裡。就在這個領域中,英特爾仍有領導地位,在美國,史丹佛大學就曾發表過,將 100 層晶圓整合在一顆 IC 裡的計畫。

報告中建議,美國 2022 年應投資 10 億美元,進行先進封裝技術研究,5 年內投入比過去多一倍的資金,約 120 億美元,在最新的半導體技術上,如極紫外光(EUV)之後的半導體曝光顯影、3D 堆疊、奈米碳管、化合物半導體電晶體製造、自動化 IC 設計及低溫運算,都是美國未來的發展機會。

不過,根據台積電 2020 年財報,台積電這 1 年的研究與發展費用就高達 37 億美元,仍高於報告建議投入的金額,但美國擁有全球頂尖人才,未來競爭勢必更加激烈。

《挑戰 2》台灣缺水缺電的難題

台積電未來 3 年內,用電需求恐倍增

根據 Bloomberg Intelligence 的報告,台積電在 3 年內,對電力的需求將倍增,這是因為 5 奈米和 3 奈米廠大幅啟用極紫外光 EUV 設備。報告中估計,當台積電 5 奈米廠和 3 奈米廠在 2023 年底全速運轉時,5 奈米廠每小時需耗電 720MW(百萬瓦),3 奈米廠每小時需耗電 880MW,報告中指出,新增加的電力需求,「幾乎是台積電 2019 年全球用電量的 98%。」

根據台積電社會責任報告,2019 年台積電全球用電量為 143.27 億度,這個數字是台北市 2019 年總用電量 91%,按照 Bloomberg Intelligence 的估計,到 2023 年台積電較 2019 年增加接近一個台北市的用電量!雖然台積電大力提高用電效率、採購綠電,但由於 EUV 是利用接近物理極限的極紫外光為晶圓曝光,能源轉換效率因此只有傳統 DUV 的 3 分之 1,但每小時只能產出 150 片晶圓,僅傳統設備的一半,因此台積電雖然在台灣到處蓋廠,但新開出的產能片數,其實增加不多。

更何況,極端氣候對台灣水、電供應的影響愈來愈大,如何維持生產穩定,甚至進一步擴廠,都是台積電未來的大挑戰。

▲ 台積電美國新廠位置圖。

《挑戰 3》高毛利率的阻礙

美國建廠貴 6 倍,員工週末不加班

美國政府「在地製造晶片」和台灣水電等自然資源條件限制下,赴美設廠正是台積電未來成長的風險和機會。

3 月 1 日,《經濟日報》報導,台積電在招募赴美設廠的員工時透露,亞利桑那廠區將是現有南科廠區的兩倍大,未來計劃在當地興建 6 個廠,成為一座超大晶圓廠(Gigafab)。但日本《工業新聞日刊》也報導,台積電在當地設廠也遇上成本高昂的問題,「和台灣相比,建設費用就高達 6 倍!」

這並不令人意外,一位業界人士觀察,英特爾生產線上的員工多半高中學歷,一到週末就全數休假,且美國工會相當強勢。

台灣則是用優質人才,日夜不停地在生產線拚搏,加上同樣努力的供應商,造就台積電的成功。因此台積電大幅在台灣招募人才,不但本薪加倍,還有全額保險、住房和交通津貼,這些阻力同樣影響台積電供應商,供應商也透露,要跟著台積電赴美生產,成本一定比台灣貴數倍。

《挑戰 4》留住客戶的考驗

英特爾訴求「安全」,恐牽動供應鏈

根據亞利桑那州政府 2020 年底的公告,台積電已在鳳凰城北部買下一塊 1,100 策,會祭出更多的獎勵和補助,就算有風險,台積電仍須走出國際化的一步,但離開台灣後,還能不能維持超高毛利率,會是未來的觀察重點。

英特爾宣布進軍晶圓代工,短期內技術難以和台積電相提並論,但值得注意的是,這一次,英特爾主打的訴求是「安全」。

英特爾執行長 Pat Gelsinger 接受英國 BBC 專訪時直言「對於世界而言,這個關鍵技術 80% 供應都在亞洲,並不是讓人滿意的方式。」不斷向歐美政府推銷分散供應鏈,增加供應鏈安全性的想法,並表示,除了今年在美國興建兩個廠,2022 年還有在歐洲和美國興建新廠的計畫。這項訴求,過去格芯也用過,並不成功,但經歷中美科技戰、Covid-19、車用晶片缺貨等動盪後,過去追求最高效率、最便宜成本的邏輯會調整。

一家年營收數百億元的高科技公司創辦人觀察,在這個前提下,客戶一定會考慮分散供應鏈,這次英特爾宣布推出晶圓代工服務,高通馬上表示有興趣,而各國用於國防等關鍵領域的晶片生產,也一定會分散生產地點;英特爾也持續向台積電最大的客戶蘋果招手,在台積電產能不足的情況下,蘋果會不會重啟分散供應鏈計畫,對台積電至關重要。

現在,台積電已真實成為全球地緣政治的必爭之地,這是滅頂風險還是大成長的機會,端看台積電是否能把阻力變成助力,這將是台積電真正成為全球晶圓製造一哥,最關鍵也最難的一場戰役。台積電盛世背後的迫切危機 晶圓製造成為全球地緣政治必爭之地。

(本文由 財訊 授權轉載;首圖來源:shutterstock)