台灣已量產3nm 美國為何仍落後？
2023-02-06
作者
Pablo Valerio，特約編輯
為了維護這面「矽盾」的地位，台灣政府積極鼓勵台積電等公司將最先進的技術保留在這個寶島上。這也是為什麼台積電在其他地區建設的新廠所生產的最新晶片仍滯後數年...
蘋果(Apple)自行設計了執行iPhone作業系統(OS)的超複雜處理器，但這家位於美國加州庫比蒂諾(Cupertino, CA)的巨擘無法生產這些晶片，在美國、歐洲、日本或中國也沒有任何一家公司有能力生產。這些晶片只能在一家台灣公司的一個廠中製造——堪稱人類歷史上造價最高的晶圓廠…
這是經濟歷史學家米勒(Chris Miller)在其《晶片戰：爭奪全球最關鍵技術》(CHIP WAR: The Fight for the World’s Most Critical Technology)著作中提到的一段話。
延續近3年多的全球晶片短缺，讓西方國家逐漸意識到晶片製造本土化的重要性。遺憾的是，如果要生產出相當於「台灣製造」(made in Taiwan)的晶片，美國、歐洲、日本或中國等任何一地都還需要好幾年的時間。
在此之前，包括歐盟(EU)和美國等大多數西方國家政府都不太關心半導體供應鏈。他們就算知道晶片來自哪裡，但只要家電和汽車等終端產品在當地製造，也就沒什好擔心了。然而，由於新冠肺炎(COVID-19)疫情導致供貨中斷，加上全球晶片短缺，使得採購非本土製造晶片的風險日益嚴峻。美國汽車產業由於工廠苦等不到半導體晶片，因而損失了數十億美元的產量。
西方國家推動晶片製造本土化
去年，美國和歐盟都頒佈了新的立法，即《晶片法案》(CHIPS Act)，以促進對本土半導體製造業的投資。因此，英特爾(Intel)、AMD和SkyWater等公司相繼承諾將投資數千億美元，在美國和歐盟建設新的製造設施，並為這些地區的幾所學校與大學贊助訓練專案。
然而，這些新投資的設施至少還需要數年後才能投入營運。屆時，新的設施雖能緩解產業關鍵晶片短缺的諸多壓力，但其製程仍落後於最先進的晶片製造技術。於此同時，台灣、日本、韓國等亞洲地區的政府，正透過補貼晶片企業、資助培訓專案、壓低本國貨幣匯率，以及提高半導體進口關稅等方式，協助業者順利跨入晶片產業。
2021年，Arm執行長Simon Segars透露，半導體產業每週花費20億美元來擴充產能，以及建設新的基礎設施。儘管如此，也還需花費數年的時間才能使得晶片交貨時間縮短到2019年的水準。
台灣持續領跑全球晶片產業
2022年，全球半導體產業總計生產超過1兆顆晶片。根據歐盟委員會(European Commission)發表的晶片調查顯示：預計到2030年，全球晶片的需求量將翻倍成長。此外，根據業界分析師與美國半導體產業協會(SIA)指出，全球約有22%的晶片產自台灣；台灣同時囊括了全球90%以上最先進製程的晶片。
去年，台積電(TSMC)總裁魏哲家表示，在生產3nm晶片的製造工具方面存在問題，預計可在年底前解決。到了去年底，這家半導體巨擘已經開始量產3nm晶片了。另一方面，由於客戶對3nm晶片的需求已超越其供應量，台積電預計到2023年將滿載生產3nm晶片。據業界分析師預計，新的3nm技術將在五年創造出市值達1.5兆美元的終端產品。
台積電董事長劉德音在南部科學園區(STSP) Fab 18新廠開幕儀式上指出，「台積電將持續保持技術領先，同時深耕台灣，持續投資並與環境共榮。」
台積電南科晶圓18廠。
(來源：TSMC)
此外，諮詢機構IBS執行長Handel Jones表示，到2025年，台積電在台灣的晶圓廠可望開始為Apple供應2nm晶片。
數十年來，美國公司持續引領全球的晶片生產。隨著台灣和韓國等國家在半導體製造領域精進實力，加上當地政府提供激勵措施，如今美國佔全球晶片產量的比重已經降至12%左右。過去10年來，海外的半導體製造產出已經比美國本土的平均成長速度更高5倍了。
部份問題在於半導體製造的高成本和技術門檻，只有台積電和三星電子(Samsung Electronics)這兩家公司有能力製造業界最尖端的晶片。兩家公司在未來幾個月也都擘劃了雄心勃勃的發展藍圖。
雖然這兩家公司目前都在歐洲、美國和日本大力投資新的製造廠，但也都將最先進的技術保留在其本土市場。
晶片製造設備受供應鏈限制
荷蘭業者ASML是目前全球唯一的極紫外(EUV)微影設備供應商，EUV微影設備是製造尖端半導體至關重要的設備。全球經濟再沒有其他任何領域會如此依賴於少數幾家公司了。
2022年，ASML的發言人在接受媒體採訪時表示，目前市場對ASML系統的需求已經超過其完成訂單的能力。該公司正試圖協助客戶利用現有工具和其他措施，以取得更多產出來解決這一問題。
值得玩味的是，半導體設備業也受限於晶片產能和晶片交期——成熟晶片的稀缺致使半導體設備的交期越來越長，有些新設備訂單的交期甚至長達2-3年。
對此，台積電和其他晶片製造商還警告客戶：由於受到晶片生產設備短缺的限制，他們可能無法在未來兩年內提高相關晶片的產量。
台積電員工正為3nm機器進行編程。
(來源：TSMC)
台灣力保「矽盾」防護力
2022年11月29日，美國海軍飛彈巡洋艦「錢斯勒斯維爾號」(USS Chancellorsville，CG 62)根據國際法，在南沙群島(Spratly Islands)附近的南中國海(South China Sea)主張航行權利和自由。
「一個多世紀以來，美國軍隊每天都在南海活動。他們經常與志同道合的盟友和合作夥伴密切合作，共同致力於維護促進安全和繁榮的自由開放之國際秩序。」美國海軍艦艇定期監測中國南海，每年大約十次。
顯然，中國對於美國介入和保護台灣並不滿意。2020年春，美國海軍神盾驅逐艦「馬斯廷」號(USS Mustin)穿越狹窄敏感的台灣海峽後，中國軍方稱美國海軍在台灣附近航行「極其危險」且挑起事端並不符合兩國利益。
在2021年11月發表於《外交事務》(Foreign Affairs)的一篇文章中，台灣總統蔡英文說：「北京當局從未放棄對台的野心，中國軍事支出持續2位數成長，在台海及周邊海域軍事擴張，北京當局這樣日漸強勢的姿態已取代其對和平解決爭端的承諾。」
「台灣的半導體產業尤其重要，這面『矽盾』(silicon shield)讓台灣得以保護大家，免於遭受威權政體激進破壞全球供應鏈的意圖，致力推動台灣成為新的區域『高階製造中心』，進一步強化台灣在維護全球供應鏈安全的角色，並鞏固台灣在全球供應鏈的地位。
為了維護這面「矽盾」，台灣政府積極鼓勵台積電等公司將最先進的技術保留在這個寶島上。這就是為什麼台積電在其他地區建設的新廠所生產的最新晶片仍滯後數年。
2020年，台積電斥資120億美元在美國亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)設廠，一開始計劃為此新廠導入5nm技術製程。這已經較當時的大多數晶片都更先進了，但仍遠遠落後於台積電於2021年在台灣生產的技術水準。最新的計劃已將鳳凰城新廠升級到Apple目前所使用的4nm技術，並將於2024年投產。預計將於2026年開始營運的第二座晶圓廠將生產3nm晶片，但屆時仍將比台灣所使用的技術落後約三年。
USS Chancellorsville (CG 62)在中國南海開展行動。
(來源：US Navy)
台積電董事長劉德音在新廠開幕儀式上表示，「台積電將持續保持技術領先，同時深耕台灣，持續投資並與環境共榮。見證3奈米量產暨擴廠典禮展現了台積電在台灣發展先進技術及擴充先進產能的具體作為。」
Chris Miller總結道，「新的台海危機將比1950年代的危機更加驚險。[…]但這次的戰場不再是對峙於一座貧窮的島嶼，而是牽動著整個數位世界的心臟跳動。」
編譯：Clover.li
(參考原文：Taiwan Already Has 3-nm Chips; Why the U.S. Lags，by Pablo Valerio)
本文原刊登於國際電子商情網站
