直击| 揭秘台积电美国5nm晶圆厂，台湾“硅盾”崛起之路

斥资 120 亿美元的台积电亚利桑那工厂在 2024 年投产后，将为美国带来每月 20000 片晶圆的本土产能，帮助其扭转数十年来芯片制造流向亚洲的趋势，并改变当前美国境内缺乏 5nm 晶圆厂的局面。

芯片短缺和各国积极推动芯片制造本土化的双重背景下，晶圆代工龙头台积电赴美国亚利桑那州建造的 5nm 晶圆厂，正成为全球半导体产业的焦点。

日前美国媒体 CNBC 获准拍摄建设中的台积电亚利桑那厂，独家揭秘“这家神秘的台湾公司”，以及全球最大的代工芯片制造商“为何将尖端芯片制造带回美国本土”。

据介绍，台积电建设亚利桑那工厂的两大挑战：

一来是工厂位于亚利桑那沙漠中部，面临缺水问题

二来是缺乏专业人才，台积电通过借力台湾本土研发以及外派研发人员加以应对

同时，台积电赴美设厂有两大好处，除了靠近模拟芯片设计人才，台积电可以就近服务苹果等美国客户，使其免受地震、火灾、地缘政治等供应链风险。

美国本土制造芯片的成本可能会增加 20%～25% 成本，被视作台积电赴美设厂的一大阻力。

美国主张扩大芯片本土制造，亦积极帮助台积电降低建厂及运营成本。新厂不仅仅受惠于拜登政府的 520 亿芯片补贴，还得到亚利桑那州政府的支持。

在美国复制5nm工厂

台积电已耗费六个月建造的亚利桑那工厂，以先进和规模庞大为突出特点。工厂定位于 5nm，芯片将用于iPhone、高端处理器等。新厂占地 230 万平方英尺寸，耗资 120 亿美元，预计在2024 年投入生产时，每个月将生产 20000 片晶圆。

台积电技术处长陈锵泽（Tony Chen）是亚利桑那州项目负责人。在台积电工作 23 年中，曾领导其他 17 个晶圆厂建设项目。他表示：“这个项目为 5nm 晶圆厂而设计，复制了我们在台湾的晶圆厂。”

新工厂位于亚利桑那沙漠中部，每天需要约 470 万加仑的水支持芯片生产的台积电，首先面临缺水难题。

台积电表示，将借助处理中心回收 90% 的工厂用水。在提供反渗透和其他技术解决方案后，台积电将与凤凰城合作将回收的水重新注入含水层。

专家主要分布在亚洲，这是台积电在美国生产尖端芯片的另一个挑战。台积电目前最好的工程师在台湾，而他们很可能留在台湾，因此最前沿的研发将在台湾完成。

台积电招聘人员表示，公司从台湾引进一些顶级专家，委派 2~3 年的临时任务。为了加快进度，台积电已经向台湾派遣了大约 300 名美国新员工，项目为期 12~18 个月。

虽然赴美设厂面临多重阻力，但是靠近模拟芯片设计业者及大客户等好处也为台积电赴美增添动力。

首先，台湾不擅长模拟芯片设计，搬到美国让他们得以接触到更多的模拟芯片设计师。其次，台积电可以就近服务美国的芯片设计客户，如苹果、英伟达和高通。

据悉，台积电占据全球代工份额近 54%，12 座晶圆厂几乎都在台湾和中国大陆，不过台积电的 500 多家、超60%的客户仍然是美国公司。芯片制造过于集中的情境下，地震、干旱以及地缘政治都会扰动供应链安全，苹果此前已表示时希望台积电就近供应。

美国慷慨出手，解决成本难题

“如果你想要更多的产能，你就必须建造更多的晶圆厂。同时我们的客户希望我们在美国，美国政府希望也我们在这里。“ 台积电亚利桑那子公司首席执行官 Rick Cassidy 在采访中如此介绍台积电赴美设厂的原因。

基于芯片缺货、涨价预期，台积电计划在未来三年投 1000 亿美元扩产。借用 Rick Cassidy 的话来说：台积电当前正在做的事情是，每年制造超过1200万片晶圆。 

全球芯片制造倚重亚洲，美国芯片制造产能占比从 1990 年的  37% 下降到当前的 12%。美国则希望借助台积电的产能和先进技术扭转其在芯片制造环节的颓势。

美国当前缺乏 5nm 工厂，这也意味着台积电正为美国本土带来最先进的芯片制造技术。

来自凤凰城经济委员会的 Chris Camacho 曾参与亚利桑那州项目的谈判。他表示：“我们不必担心地缘政治冲突。我们不必担心另一场大流行病。我们将在美国本土拥有这种制造能力。”

围绕台积电赴美设厂，成本被视作一大阻力。相比海外生产，美国公司在境内生产半导体，成本要高出 20%～25%。

Rick Cassidy 曾参与《美国芯片法案》讨论，他表示：我们希望创造一个公平的竞争环境，好让美国本土制造芯片的成本不再高于其他地方。

为了应对美国本土制造的成本问题，拜登政府和州政府都给予台积电支持。拜登政府基于《美国芯片法案》为台积电等在美国本土制造芯片的公司提供520 亿美元补贴。亚利桑那州实施了多项激励计划，包括设施税收和优质工作税收抵免。凤凰城还制定了一项 2 亿美元的基础设施计划，有助于台积电获得供水和所需的额外基础设施。

台积电为全球生产 24% 的芯片，以及 92% 用于 iPhone 等产品中的尖端芯片，且作为先进制程大战中仅存的两位玩家之一，与三星角逐新一代半导体。美国为何极力引入被称为台湾“硅盾”的台积电，这一问题不言自明。而为探求工厂背后的商业秘密，CNBC 简单勾勒了台积电的崛起之路。

台积电创始人张忠谋出生于中国浙江宁波（隔年迁居南京），曾就读于哈佛大学、麻省理工学院和斯坦福大学。在德州仪器工作 25 年后，移居台湾的张忠谋在当时的政经环境下，被要求创建一家未来在世界领先的台湾半导体公司。

当张忠谋在 80 年代中期首次提出晶圆代工想法时，投资者持怀疑态度。

当时业界流传的说法是“真男人有晶圆厂”，英特尔和德州仪器等巨头以设计和制造自己的芯片而自豪。张忠谋前往多个大公司寻求资金时，却被告知想法无法落地。

随着芯片趋于复杂，现如今建造晶圆厂至少需要两年时间和 100 亿美元，即使英特尔、英伟达、博通、高通、AMD 等大厂也无法负担芯片制造。台积电所扮演的角色，使得芯片业者不必拥有数十亿美元和一个晶圆厂。

起初不被看好的晶圆代工商业模式，随后被台积电的成功验证。

台积电于 1994 年首次在台湾证券交易所上市，1997 年成为第一家在纽约证券交易所上市的台湾公司。到2000 年代，它已经赶上了当时制造最先进芯片的20家左右的其他公司。当前，台积电已经是全球市值最高的 10 家公司之一。

苹果、高通、英伟达等许多成功的芯片设计公司也极大助力了台积电的腾飞，苹果在其中扮演要角。

台积电的业绩与声势攀上芯片顶峰，与 2013 年开始为苹果代工 iPhone 的 A 系列芯片密不可分。

在此之前，苹果的 A 系列手机芯片是三星代工，但双方在手机市场的竞争越来越明显，已经成为直接竞争对手。因此，苹果找上台积电合作，双方密谈后一拍即合，更携手缔造智能手机盛世。

类似的剧本正在重演。苹果 MacBook 也在去年远离了英特尔，开始采用 Arm 架构处理器 M1，由台积电代工生产。

值得一提的是，对客户及 IP 的保密也被视作台积电成功基因之一。陈锵泽指出：IP 保护对于这个行业非常重要，不仅对于台积电，对于该行业的其他公司亦然。

芯片短缺仍在冲击全球经济秩序。在汽车领域，通用汽车和丰田等汽车制造商已暂停部分工厂的生产。在全球最大的汽车市场中国，9 月的新⻋销量仅为 206 万辆，同比下降约 2 成。

在芯片供货优先级居于第一顺位的的消费电子领域，苹果正在削减iPhone 13 的 2021 年生产目标，13 Pro Max 的订单推迟了一个多月。

同时各国各地区激进的芯片制造投资正重塑全球产业格局。行业报告估计，美国政府将投资 500 亿美元，未来10 年，这将使美国能够建造 19 座新晶圆厂，使国内芯片制造能力增加一倍以上。美国之外，韩国将在未来10 年投资 4500 亿美元，欧盟已宣布投资约 1500 亿美元。

世界期待台积电如何用扩产动作应对缺货问题，也瞩目其如何斡旋于风云变幻的国际政治舞台。

当前处于建设阶段的的台积电亚利桑那工厂似在昭示——芯片民族主义不再是抽象的思潮或投资公告，正透过芯片巨头的动作落入现实。