“失落”的臺(tái)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(chǎng)中28nm、16nm已經(jīng)足夠了。

2021年10月宣布的臺(tái)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(wàn)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(tái)積電正在計(jì)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(jì) 2025 年竣工，2026 年底開始生產(chǎn)。另?yè)?jù)報(bào)道，日本將提供7500億至9000億日元的補(bǔ)貼。這意味著臺(tái)積電熊本工廠將獲得總計(jì)超過1.3萬(wàn)億日元的補(bǔ)貼。

?反對(duì)巨額補(bǔ)貼

對(duì)此，筆者一貫反對(duì)向臺(tái)積電熊本工廠發(fā)放以稅金為來(lái)源的巨額補(bǔ)貼，原因有兩個(gè)。

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

這是因?yàn)?，美?guó)大約有 500 家專門從事設(shè)計(jì)的無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體制造商，中國(guó)臺(tái)灣有數(shù)百家，中國(guó)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(wú)晶圓廠公司將生產(chǎn)外包給專門從事前端制造的臺(tái)積電熊本工廠，該工廠很可能主要為海外市場(chǎng)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(tái)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(tái)積電熊本廠，但掩模板（即原始電路板）是由臺(tái)積電在中國(guó)臺(tái)灣設(shè)計(jì)和制造的，而且后工序也再次回到中國(guó)臺(tái)灣，由日月光等OSAT（外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試，后處理專業(yè)半導(dǎo)體制造商）進(jìn)行。也就是說，即使臺(tái)積電熊本工廠建成，掩模設(shè)計(jì)、制造、前端工藝、后端工藝也不會(huì)在日本完成。因此，經(jīng)濟(jì)安全無(wú)法得到保障。

此外，最近有人質(zhì)疑臺(tái)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(tái)積電為什么會(huì)進(jìn)軍熊本制造28/22nm，之后為什么會(huì)追加16/12nm，以及為什么會(huì)計(jì)劃6nm的第二工廠。

?臺(tái)積電為何決定進(jìn)駐熊本并打造28/22nm？

讓我們把時(shí)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(wú)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(guó)、德國(guó)紛紛要求臺(tái)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(gè)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(wú)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(lái)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?yàn)樗捎秒p圖案化技術(shù)。

即使成本增加，尖端的個(gè)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(jià)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(tái)積電、三星、聯(lián)電、格芯、中芯國(guó)際、華宏宏力，但它們占據(jù)了晶圓代工市場(chǎng)一半以上的份額，具有市場(chǎng)壟斷地位（圖2）。然而，當(dāng)時(shí)必須量產(chǎn)5納米并繼續(xù)開發(fā)3納米的臺(tái)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(cè)（2021、2022），來(lái)源：作者根據(jù)TrendForce Joanne Chiao的公告創(chuàng)建

當(dāng)時(shí)，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(tái)作為臺(tái)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(wàn)片。對(duì)于臺(tái)積電來(lái)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(tái)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(gè)晶體管。對(duì)于臺(tái)積電來(lái)說，12nm是16nm的改進(jìn)版，與16nm基本相同。

那么，為什么臺(tái)積電熊本廠不僅要打造性價(jià)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(shí)，認(rèn)為:如前所述，2021年全球28nm短缺。臺(tái)積電28納米生產(chǎn)訂單如潮水般涌來(lái)。為此，不僅是臺(tái)積電，三星、聯(lián)華電子、美國(guó)格芯、中芯國(guó)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(tái)積電熊本工廠將無(wú)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(tái)積電原本的計(jì)劃出了問題，所以只能選擇16/12nm來(lái)填補(bǔ)這條線。

不過，臺(tái)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(tái)積電的搖錢樹

圖3顯示了臺(tái)積電按技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售額趨勢(shì)。該圖顯示了臺(tái)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(tái)積電不會(huì)關(guān)閉技術(shù)節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體工廠。為此，各個(gè)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(tái)積電按技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售額（~2023年第三季度）來(lái)源：作者根據(jù)臺(tái)積電歷史運(yùn)營(yíng)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(huì)消失。而且由于臺(tái)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(tái)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(wàn)個(gè)中的1萬(wàn)個(gè)左右，但此后7nm+已成為主流，現(xiàn)在被稱為6nm。也就是說，臺(tái)積電熊本二廠預(yù)計(jì)將采用EUV的6nm工藝。

2019年起，7nm（含6nm）和5nm將占據(jù)臺(tái)積電銷售額的一半。臺(tái)積電稱7nm及以上為先進(jìn)技術(shù)，這已成為其主要收入來(lái)源。該計(jì)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(tái)積電預(yù)期量產(chǎn)并盈利呢？

?臺(tái)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(gè)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(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銷售數(shù)據(jù)（圖 4）。從這張圖來(lái)看，臺(tái)積電熊本一廠和二廠的未來(lái)都是黯淡的。

圖4 臺(tái)積電各技術(shù)節(jié)點(diǎn)銷售額趨勢(shì)（截至2023年第三季度），來(lái)源：作者根據(jù)臺(tái)積電歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)繪制

首先，28nm的銷量自2021年第三季度左右以來(lái)肯定有所增長(zhǎng)，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(zhǎng)，但從2022年第二季度開始下降。此外，由于臺(tái)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(tái)積電中國(guó)臺(tái)灣工廠的 28 納米和 16 納米銷量都在下降。在這種情況下，臺(tái)積電熊本第一工廠真的會(huì)有東西生產(chǎn)嗎？

接下來(lái)，本該是搖錢樹的7nm（包括6nm）就更慘了。自 2018 年第三季度以來(lái)，銷售額一直在快速增長(zhǎng)，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(shì)持續(xù)下去，就有可能像10nm一樣消失。

我也從多個(gè)消息來(lái)源聽說，臺(tái)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(duì)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(wú)異于自殺，應(yīng)立即停止。

?未來(lái)代工廠開工率不會(huì)恢復(fù)正常

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

圖 5 晶圓代工利用率預(yù)測(cè) ，來(lái)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(tái)積電也從99%下降到76%。預(yù)計(jì)2024年運(yùn)營(yíng)率將略有改善，但不會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的水平。即使是復(fù)蘇更為顯著的臺(tái)積電，2024年Q4也只能達(dá)到85%。對(duì)于三星來(lái)說，預(yù)計(jì)這一比例將保持在 67%。

如上所述，臺(tái)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(shí)期開始運(yùn)營(yíng)。就連臺(tái)積電中國(guó)臺(tái)灣總部也有85%的開工率。到底臺(tái)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(cuò)誤，也會(huì)立即執(zhí)行，不會(huì)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(tái)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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