張忠謀“變臉”：嫌棄美國，夸獎日本

01、張忠謀兩次截然不同的講話

晶圓代工廠臺積電（TSMC）在美國亞利桑那州、日本熊本都建設(shè)了前端工程的工廠。在這兩個晶圓廠的開工典禮上，TSMC創(chuàng)始人張忠謀進行了截然不同的演講。

首先，在2022年12月6日亞利桑那工廠的開工典禮上，張忠謀在美國總統(tǒng)拜登和其最大客戶蘋果的CEO蒂姆·庫克等重要人物出席的情況下發(fā)表了演講。張忠謀表示：“全球化幾乎已經(jīng)消亡。自由貿(mào)易幾乎已經(jīng)消亡。許多人希望它會復(fù)蘇，但我不認為會發(fā)生這種情況。”（日經(jīng)新聞2022年12月9日）。

另一方面，在2024年2月24日熊本工廠的開業(yè)典禮上，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)大臣齋藤健、索尼集團會長吉田憲一郎、豐田汽車會長豐田章男等要人齊聚一堂。張忠謀在這場典禮上表示：“我們相信可以進一步增強日本和全球半導(dǎo)體供應(yīng)的韌性”，并稱其為“日本半導(dǎo)體制造的復(fù)興之始”。（熊本日日新聞2024年3月2日）。

為什么張忠謀在美國和日本兩個開業(yè)典禮上發(fā)表了截然相反的演講呢？通過調(diào)查亞利桑那工廠和熊本工廠的歷史，可以了解這一點。

02、對于美國的緩慢行動感到憤怒的張忠謀

2020 年 9 月 14 日，受到美國政府一再邀請的影響，臺積電決定進駐亞利桑那。隨后，臺積電在大約一年后的2021年11月投資120億美元開始建設(shè)工廠。最初，技術(shù)節(jié)點計劃為4納米，月產(chǎn)量為2萬片（見圖1）。

圖 1：臺積電亞利桑那和熊本工廠

然而，隨后美國的行動非常緩慢。在臺積電宣布進軍亞利桑那州近兩年后，美國芯片法案于2022年8月9日通過，旨在加強美國半導(dǎo)體制造并投入520億美元的補貼。

另一方面，臺積電的熊本工廠又是怎樣的呢？2021 年 10?月 14 日，臺積電宣布進駐熊本，并建設(shè)技術(shù)節(jié)點為28/22納米，月產(chǎn)量為4.5萬片的前端工廠。在大約兩個月后的12月20日，日本國會通過了新建半導(dǎo)體工廠的修正法案。

在2022年2月15日，索尼和電裝決定入股，技術(shù)節(jié)點從28/22納米升級到16/12納米，生產(chǎn)能力擴大至月產(chǎn)量5.5萬片。然后，在同年6月17日，約占工廠建設(shè)投資一半的 4670?億日元補貼正式獲得批準(zhǔn)。

2022年 12 月 6 日，臺積電亞利桑那工廠舉行了開業(yè)典禮，并宣布建設(shè)技術(shù)節(jié)點為3納米的第二工廠，正如之前提到的，張忠謀在開場白中說：“全球化幾乎已經(jīng)消亡。自由貿(mào)易幾乎已經(jīng)消亡?！?/p>

這時候的張忠謀可能對緩慢行動的美國感到憤怒。在2020年9月，TSMC應(yīng)美國政府多次邀請而進駐美國。然而，芯片法案的通過耗時近2年，之后也沒有跡象顯示補助金會被批準(zhǔn)。

與此形成對比的是熊本工廠。從決定進駐熊本到改正法通過僅約2個月時間，后來半年間也獲得了一半投資額約4670億日元的批準(zhǔn)。不管怎樣看，這都可能導(dǎo)致對美國發(fā)表不滿的言論。

03、為迅速的日本點贊

“緩慢的美國，迅速的日本”這一對比之后還在持續(xù)。

JETRO 商業(yè)簡報于 2023 年 10?月 25 日報道，臺積電亞利桑那州第一家工廠的投產(chǎn)?"將推遲一年至 2025 年，因為該公司在確保工人和與當(dāng)?shù)毓㈥P(guān)系方面面臨挑戰(zhàn)"。

隨后，彭博社于 2024 年 1 月 19 日發(fā)表了一篇新聞報道："臺積電亞利桑那州第二工廠將延至2027 年后投產(chǎn)——對美國政府的戰(zhàn)略打擊"。?文章稱，"第二家工廠將于 2027 年或 2028 年開始運營，晚于之前指導(dǎo)意見中指出的 26 年"。

此外，2024年4月，距芯片法案通過已有一年半的時間，臺積電仍未獲得補貼。路透社在3月9日報道稱，“TSMC有望在美國亞利桑那州的半導(dǎo)體制造項目中獲得超過50億美元的補貼”，但這尚未確定。而即便獲得50億美元，這也僅占第一工廠和第二工廠總工程費400億美元的12.5％。

另一方面，熊本工廠在今年2024年2月24日舉行了開業(yè)典禮，并正式宣布將建設(shè)技術(shù)節(jié)點為7納米的第二工廠。而且，令人驚訝的是，在那之前的2月22日，約7300億日元的投資額的一半已經(jīng)決定補貼給第二工廠。

對張忠謀來說，對任何事情都懶惰的美國和日本來說，這很容易得到口頭上的支持，日本不僅行動迅速，慷慨地花費了一半的投資，而且還強調(diào)這是日本復(fù)興的開始。

歸根結(jié)底，張忠謀言論的差異源于美國和日本之間的運作速度以及他們支付賬單的能力。我深知半導(dǎo)體行業(yè)“速度就是生命”，但即便如此，我仍然對張忠謀這樣的人物如此熱衷于速度感到失望。

04、日本的“先進封裝工廠”？

而且，也許是放棄了“懶惰的美國”，臺積電現(xiàn)在正在考慮在日本建立“先進封裝工廠”（EE Times Japan，2024 年 3 月 26 日）。

在這里，日本政府和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省表示，臺積電在熊本建設(shè)前端工廠將“確保經(jīng)濟安全”和“加強供應(yīng)鏈”，但事實并非如此。

這是因為半導(dǎo)體可以分三個階段完成：設(shè)計、前端工藝和后端工藝，但即使臺積電的熊本工廠建成，日本也沒有專門用于后端工藝的半導(dǎo)體制造商（圖2）。

因此，在臺積電熊本工廠完成前端工藝后，晶圓將被轉(zhuǎn)交給中國臺灣的后端制造商（如日月光）進行封裝。換句話說，整個過程并不是在日本進行的。因此，經(jīng)濟安全得不到保障，供應(yīng)鏈也得不到加強。

在這種情況下，臺積電可能會建立一個“先進封裝工廠”。?如果實現(xiàn)了，所有前端和后端工藝是否都可以在日本使用，從而確保經(jīng)濟安全并加強供應(yīng)鏈呢？但這仍然不會發(fā)生。

問題在于?"封裝廠?"一詞的前綴是?"先進"。下文將對此進行詳細解釋。

05、臺積電的后端工藝

臺積電是一家專門從事前端工藝的代工廠，此外，它也從事后端工藝，但只有兩種類型。 第一種是蘋果的iPhone處理器，其結(jié)構(gòu)是將DRAM堆疊在系統(tǒng)LSI等邏輯半導(dǎo)體之上，稱為“InFO（Integrated Fan-Out）”。

另一個是名為“CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）”的封裝，用于 AI 半導(dǎo)體中使用的 NVIDIA 圖像處理器 （GPU）。

此 CoWoS 的制作方法如下： 首先，在前端工藝中，CPU、GPU 和 DRAM 等內(nèi)存在單獨的晶圓上制造。這些不同的半導(dǎo)體被安排在一個“硅中介層”上，其中一個12英寸的晶圓被切割成正方形。 “硅中介層”預(yù)先內(nèi)置了接線和孔。這樣的過程稱為“中間工序”。

之所以叫“中間工序”，是因為它位于前端工藝和后端工藝之間，硅中介層上的布線和孔加工都是利用前端工藝的設(shè)備形成的。

而且臺積電似乎正在考慮在日本建造一家需要“中間工序”的CoWoS封裝工廠。其基本原理如下所示。

06、NVIDIA?的?GPU?需求激增

2022 年 11 月，Open AI 發(fā)布了 ChatGPT，這導(dǎo)致了生成式 AI 在全球范圍內(nèi)的爆炸式傳播。 這種生成式 AI 在配備 AI 半導(dǎo)體的 AI 服務(wù)器上運行，但超過 80% 的 AI 半導(dǎo)體被 NVIDIA GPU 壟斷。

在GPU中，臺積電7nm工藝制造的“A100”和4nm工藝制造的“H100”（5nm的改進版本）需求量很大。因此，A100 的交易價格高得離譜，為 10,000 美元，H100 為 40,000 美元。

與這些相比，最新的 iPhone 處理器 A17 仿生 AP 的成本僅為 130 美元，比 A100 和 H100 便宜了兩個數(shù)量級，盡管它采用了臺積電最先進的 3nm 工藝制造。此外，采用半間距 15.6 nm制造 的 DDR5 高級 DRAM 僅為 3-4 美元，比 A100 和 H100 便宜了兩個數(shù)量級（DDR 是 Double Data Rate 的縮寫，是 DRAM 信號傳輸速度的標(biāo)準(zhǔn)。例如，DDR4 比 DDR3 快兩倍，而目前最先進的 DDR5 比 DDR4 快兩倍）。

07、中間工序產(chǎn)能完全不足

英偉達的GPU之所以以高得離譜的價格進行交易，是因為完全缺乏供應(yīng)來滿足亞馬遜、Microsoft和谷歌等美國云制造商的兇猛需求。

如上圖 6 所示，臺積電為 NVIDIA GPU 的所有前端、中端和后端工藝制造 CoWoS 封裝，但產(chǎn)能完全不足，尤其是在中間工序。

因此，為了應(yīng)對自 2023 年初以來快速擴張的對 NVIDIA GPU 的需求，臺積電正在急于擴大其中間工序的制造能力，該產(chǎn)能約為每月 15,000?件。首先，2023 年 6 月 8 日，臺積電在中國臺灣竹南科學(xué)園區(qū)開設(shè)了 Advanced Backend Fab 6 工廠。?但是，由于該工廠不是專門用于CoWoS的，因此即使在2024年底，CoWoS的產(chǎn)能也將在每月30,000-34,000片左右。然而，即使這樣也遠遠不夠。

因此，現(xiàn)在又宣布將在臺中投資 4000?億美元新建一座先進封裝新工廠。不過，該工廠要到 2024 年下半年才開始建設(shè)，2027 年才開始運營。畢竟，CoWoS的產(chǎn)能在一段時間內(nèi)是完全不夠的。

據(jù)推測，正是在這種情況下，臺積電開始考慮在日本建設(shè)?"先進封裝工廠"，因為在那里，臺積電可以快速發(fā)展，并獲得豐厚的回報。

筆者認為，臺積電可以?"自由地?"在日本建設(shè)先進封裝廠。但是，我堅決反對日本政府為這家先進封裝廠提供補貼。因為在這家先進封裝廠生產(chǎn)的NVIDIA GPU幾乎都將供應(yīng)給美國的云計算制造商。

臺積電的熊本工廠將為日本生產(chǎn)半導(dǎo)體，包括為索尼和電裝生產(chǎn)部分半導(dǎo)體。但是，臺積電的先進封裝工廠應(yīng)該只能為日本生產(chǎn)極少量的半導(dǎo)體。再多的資金也不應(yīng)該（迅速）用來補貼這樣一家工廠。