台积电盛世背后的四大隐忧

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。

 

 

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。

 

 

 

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。

 

 

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。

 

 

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。