“失落”的臺積電日本工廠

本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自jbpress，作者：湯之上隆

現(xiàn)在的市場中28nm、16nm已經(jīng)足夠了。

2021年10月宣布的臺積電熊本工廠開業(yè)儀式將于2024年2月24日舉行。到今年年底，該工廠將生產(chǎn)28/22至16/12納米的邏輯半導(dǎo)體，月產(chǎn)能為5.5萬片12英寸硅片。總建設(shè)成本為86億美元，其中日本將支付4760億日元，約一半作為補(bǔ)貼。

還有媒體稱，臺積電正在計劃在日本建設(shè)第二家工廠，生產(chǎn)6納米尖端半導(dǎo)體。第二家工廠將于今年 4 月開始建設(shè)，預(yù)計 2025 年竣工，2026 年底開始生產(chǎn)。另據(jù)報道，日本將提供7500億至9000億日元的補(bǔ)貼。這意味著臺積電熊本工廠將獲得總計超過1.3萬億日元的補(bǔ)貼。

?反對巨額補(bǔ)貼

對此，筆者一貫反對向臺積電熊本工廠發(fā)放以稅金為來源的巨額補(bǔ)貼，原因有兩個。

第一，臺積電的熊本工廠不會優(yōu)先為日本制造半導(dǎo)體。第二，日本的市場份額增加的希望不大。

這是因為，美國大約有 500 家專門從事設(shè)計的無晶圓廠半導(dǎo)體制造商，中國臺灣有數(shù)百家，中國大陸有 2,800 家，但日本只有大約 10 家。在這種情況下，由于日本很少有無晶圓廠公司將生產(chǎn)外包給專門從事前端制造的臺積電熊本工廠，該工廠很可能主要為海外市場生產(chǎn)半導(dǎo)體。不應(yīng)該給予這樣的工廠巨額補(bǔ)貼。

其次，即使臺積電熊本工廠建成，日本政府聲稱的經(jīng)濟(jì)安全也得不到保障。原因是，雖然設(shè)立了臺積電熊本廠，但掩模板（即原始電路板）是由臺積電在中國臺灣設(shè)計和制造的，而且后工序也再次回到中國臺灣，由日月光等OSAT（外包半導(dǎo)體組裝和測試，后處理專業(yè)半導(dǎo)體制造商）進(jìn)行。也就是說，即使臺積電熊本工廠建成，掩模設(shè)計、制造、前端工藝、后端工藝也不會在日本完成。因此，經(jīng)濟(jì)安全無法得到保障。

此外，最近有人質(zhì)疑臺積電熊本工廠是否可以生產(chǎn)任何東西。在本文中，筆者想討論一下細(xì)節(jié)。

在此之前，我們分析一下臺積電為什么會進(jìn)軍熊本制造28/22nm，之后為什么會追加16/12nm，以及為什么會計劃6nm的第二工廠。

?臺積電為何決定進(jìn)駐熊本并打造28/22nm？

讓我們把時鐘撥回2021年。2021年新年伊始，新冠疫情期間，出現(xiàn)了因半導(dǎo)體短缺而無法生產(chǎn)汽車的情況。因此，以汽車為核心產(chǎn)業(yè)的日本、美國、德國紛紛要求臺積電增加汽車半導(dǎo)體的產(chǎn)量。

此后，不僅是車載半導(dǎo)體，個人電腦、智能手機(jī)、電視和游戲等消費(fèi)設(shè)備、可穿戴設(shè)備以及各種其他電子設(shè)備也因缺乏半導(dǎo)體而無法再制造。短缺主要集中在28納米邏輯半導(dǎo)體（圖1）。

圖1 半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)和晶體管結(jié)構(gòu)（很多電子半導(dǎo)體集中在28nm），來源：Joanne Chiao（TrendForce）

?為什么這么多電子設(shè)備都專注于28nm？

為什么這么多電子設(shè)備都專注于28nm？它與晶體管形狀、性能和半導(dǎo)體成本有關(guān)。28nm 之前，使用平面晶體管，但從 16nm 開始，技術(shù)改為三維 FinFET 晶體管。在這里，F(xiàn)inFET 具有更高的半導(dǎo)體性能，但成本也更高，因為它采用雙圖案化技術(shù)。

即使成本增加，尖端的個人電腦和智能手機(jī)也需要使用更高性能晶體管的半導(dǎo)體。然而，包括汽車在內(nèi)的許多電子設(shè)備并不需要如此高性能。相反，大眾希望使用性價比優(yōu)異的半導(dǎo)體。為此，很多電子設(shè)備都集中在28nm上。由于疫情的原因，各種電子設(shè)備的銷售激增，導(dǎo)致28納米短缺。

有能力制造28納米的晶圓代工廠有六家：臺積電、三星、聯(lián)電、格芯、中芯國際、華宏宏力，但它們占據(jù)了晶圓代工市場一半以上的份額，具有市場壟斷地位（圖2）。然而，當(dāng)時必須量產(chǎn)5納米并繼續(xù)開發(fā)3納米的臺積電，沒有能力使用10年前的技術(shù)建造新的28納米工廠。

圖2 晶圓代工廠銷售份額預(yù)測（2021、2022），來源：作者根據(jù)TrendForce Joanne Chiao的公告創(chuàng)建

當(dāng)時，日本政府就曾提出要引進(jìn)半導(dǎo)體工廠。詢問后，他們表示，設(shè)備投資將得到半數(shù)補(bǔ)貼，并協(xié)助準(zhǔn)備土地、水、電等。臺作為臺積電，它希望或成真，所以它決定在2021年10月進(jìn)軍熊本，建造28/22nm邏輯半導(dǎo)體的工廠。最初的規(guī)模是每月4.5萬片。對于臺積電來說，22nm是28nm的改良品，因此基本上與28nm相同。

?為什么日本也想生產(chǎn)16/12nm？

次年，即2022年2月15日，臺積電熊本工廠由索尼出資20%，電森出資10%。除了28/22nm之外，該公司現(xiàn)在還將生產(chǎn)16/12nm晶體管，即FinFET晶體管，其制造能力已提高至每月55,000個晶體管。對于臺積電來說，12nm是16nm的改進(jìn)版，與16nm基本相同。

那么，為什么臺積電熊本廠不僅要打造性價比好的28/22nm，還要打造性能更好但成本更高的16/12nm呢？

筆者回首當(dāng)時，認(rèn)為:如前所述，2021年全球28nm短缺。臺積電28納米生產(chǎn)訂單如潮水般涌來。為此，不僅是臺積電，三星、聯(lián)華電子、美國格芯、中芯國際、華宏宏力也都在竭盡全力增加28nm的產(chǎn)量。因此，28納米短缺問題將在2022年得到解決。

那么，原本應(yīng)該是28/22nm的臺積電熊本工廠將無事可做，并且有產(chǎn)線閑置的可能。因此，我認(rèn)為他們決定制作16/12nm，比28/22nm領(lǐng)先一代。換言之，臺積電原本的計劃出了問題，所以只能選擇16/12nm來填補(bǔ)這條線。

不過，臺積電熊本工廠似乎將建造第二代 6nm 工廠，即更先進(jìn)一代的工廠。為什么？

?7nm（6nm）是臺積電的搖錢樹

圖3顯示了臺積電按技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售額趨勢。該圖顯示了臺積電獨(dú)特的商業(yè)模式。一旦成立，除非出現(xiàn)緊急情況，臺積電不會關(guān)閉技術(shù)節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體工廠。為此，各個技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售額層層累加，從最傳統(tǒng)的0.25μm及以上到最先進(jìn)的3nm。

圖3 臺積電按技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售額（~2023年第三季度）來源：作者根據(jù)臺積電歷史運(yùn)營數(shù)據(jù)繪制

然而，2017年下半年推出的10nm卻在2019年消失了。這樣，在極少數(shù)情況下，失敗的技術(shù)節(jié)點(diǎn)可能會消失。而且由于臺積電沒有10nm，所以16/12nm之后的下一代將是7nm。

這款 7nm 于 2018 年第三季度（Q3）推出。次年，2019年Q3，全球首臺最先進(jìn)的曝光設(shè)備EUV投入量產(chǎn)，技術(shù)節(jié)點(diǎn)被稱為7nm+。最初，7nm的產(chǎn)能只有每月15萬個中的1萬個左右，但此后7nm+已成為主流，現(xiàn)在被稱為6nm。也就是說，臺積電熊本二廠預(yù)計將采用EUV的6nm工藝。

2019年起，7nm（含6nm）和5nm將占據(jù)臺積電銷售額的一半。臺積電稱7nm及以上為先進(jìn)技術(shù)，這已成為其主要收入來源。該計劃是利用日本補(bǔ)貼在熊本的第二家工廠生產(chǎn) 6 納米技術(shù)，這是該公司收入最高的產(chǎn)品。

那么，28/22至16/12nm的第一廠和7nm（6nm）的第二廠能否如臺積電預(yù)期量產(chǎn)并盈利呢？

?臺積電各技術(shù)節(jié)點(diǎn)銷售額

在上面的圖 3 中，總結(jié)并繪制了每個技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在讓我們看一下每個技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售數(shù)據(jù)（圖 4）。從這張圖來看，臺積電熊本一廠和二廠的未來都是黯淡的。

圖4 臺積電各技術(shù)節(jié)點(diǎn)銷售額趨勢（截至2023年第三季度），來源：作者根據(jù)臺積電歷史運(yùn)營數(shù)據(jù)繪制

首先，28nm的銷量自2021年第三季度左右以來肯定有所增長，但在2023年第一季度達(dá)到頂峰，并一直在下降。此外，16/20nm的銷售額從2020年第四季度開始有所增長，但從2022年第二季度開始下降。此外，由于臺積電的 20nm 銷量相當(dāng)小，因此可以有把握地假設(shè)主要是 16nm。

正如你所看到的，臺積電中國臺灣工廠的 28 納米和 16 納米銷量都在下降。在這種情況下，臺積電熊本第一工廠真的會有東西生產(chǎn)嗎？

接下來，本該是搖錢樹的7nm（包括6nm）就更慘了。自 2018 年第三季度以來，銷售額一直在快速增長，但在 2022 年第二季度達(dá)到 54.5 億美元的峰值，然后在 2023 年第三季度迅速下降至 27.6 億美元，約為峰值的一半。如果這種趨勢持續(xù)下去，就有可能像10nm一樣消失。

我也從多個消息來源聽說，臺積電7nm（包括6nm）線的開工率已降至50%以下（也許是30%？）。換句話說，可以說全球范圍內(nèi)對7nm（包括6nm）的需求正在消失。

如果在熊本建設(shè)第二座7納米（包括6納米）工廠，并提供750至9000億日元的補(bǔ)貼，那無異于自殺，應(yīng)立即停止。

?未來代工廠開工率不會恢復(fù)正常

雪上加霜的是，悲觀的預(yù)測也出現(xiàn)了。2023年12月14日，中國臺灣研究公司TrendForce舉辦的“行業(yè)焦點(diǎn)資訊”研討會在東京灣有明華盛頓酒店舉行。研討會上，Trendforce分析師Joanna Chiao介紹了“臺積電全球戰(zhàn)略以及2024年半導(dǎo)體代工市場展望”。圖 5 顯示了代工廠的預(yù)測開工率。

圖 5 晶圓代工利用率預(yù)測 ，來源:Joanna Chiao（TrendForce）

從2022年第四季度到2023年第二季度，各代工廠的開工率均大幅下降。臺積電也從99%下降到76%。預(yù)計2024年運(yùn)營率將略有改善，但不會恢復(fù)到原來的水平。即使是復(fù)蘇更為顯著的臺積電，2024年Q4也只能達(dá)到85%。對于三星來說，預(yù)計這一比例將保持在 67%。

如上所述，臺積電在熊本的第一家工廠將在全球代工廠開工率較低的時期開始運(yùn)營。就連臺積電中國臺灣總部也有85%的開工率。到底臺積電熊本第一工廠有什么可做的呢？此外，如上所述，在全球7納米需求消失的情況下，沒有必要建設(shè)第二家工廠。

迄今為止，在日本半導(dǎo)體行業(yè)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省一旦決定政策，即使政策錯誤，也會立即執(zhí)行，不會發(fā)生任何變化。結(jié)果，日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)政策全部以失敗告終。

諸如此類的負(fù)面因素在臺積電熊本工廠也變得很明顯。如果我們要從歷史中吸取教訓(xùn)，我們就需要有勇氣改變，即使我們做出了決定。從現(xiàn)在開始也不晚。

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