隨著全球持續(xù)應(yīng)對芯片短缺，芯片制造商中的一家安靜的巨頭已承諾在三年內(nèi)投資 1000 億美元以提高產(chǎn)量。

　　臺積電可能不是家喻戶曉的名字，但市值超過5500億美元，是全球市值最高的10家公司之一?，F(xiàn)在，它正在利用其可觀的資源將世界上最先進的芯片制造帶回美國本土。

　　CNBC 獨家參觀了位于亞利桑那州鳳凰城外的價值 120 億美元的制造工廠或晶圓廠，臺積電將于 2024 年開始生產(chǎn) 5 納米芯片。該公司表示，它將每月生產(chǎn) 20,000 片晶圓。

　　“這些部件將用于許多不同的地方：CPU、GPU、IPU 等。它們將用于智能手機，”Rick Cassidy 告訴 CNBC。Cassidy 是臺積電的首席戰(zhàn)略官，也是臺積電亞利桑那州項目的總裁兼首席執(zhí)行官。

　　從手機到 F-35 戰(zhàn)斗機，再到NASA 的毅力漫游者火星任務(wù)，都需要用到臺積電制造的各種關(guān)鍵部件。本月早些時候，它宣布計劃在日本建立一家新工廠，在那里生產(chǎn)采用舊技術(shù)的芯片，用于家用設(shè)備和某些汽車零部件。臺積電還是Apple目前市場上每部 iPhone 和大多數(shù) Mac 電腦中最先進芯片的獨家供應(yīng)商。

　　“但就終端市場而言，它們?nèi)匀惶幱诤笈_。因此，當(dāng)一款新手機問世時，Apple 會獲得所有贊譽，”Semico Research 制造部董事總經(jīng)理 Joanne Itow 說。

　　“我們很低調(diào)。我們讓我們的產(chǎn)品不言自明。他們的成功帶來了我們所期望的所有業(yè)務(wù)，”Cassidy 說。

　　美國是先進芯片的發(fā)源地，但幾十年來，它的市場份額一直在流失到亞洲，據(jù)行業(yè)協(xié)會 SEMI 稱，2020 年全球 79% 的芯片生產(chǎn)發(fā)生在亞洲。它計算出美國去年占全球芯片制造業(yè)的 12%，低于 1990 年的 37%。

　　臺積電耗資 120 億美元的 5 納米芯片制造廠

　　據(jù)該公司稱，僅臺積電就占 2020 年全球半導(dǎo)體產(chǎn)量的 24%，高于 2019 年的 21%。研究機構(gòu)凱投宏觀 （Capital Economics） 的數(shù)據(jù)顯示，在最新款 iPhone、超級計算機和汽車 AI 中使用的最先進芯片方面，臺積電占了 92%，而三星則占了 8%。

　　“它在前沿芯片制造幾乎成為壟斷，所有這些制造業(yè)務(wù)，大部分都在臺灣新竹進行。Susquehanna的高級半導(dǎo)體分析師克里斯托弗·羅蘭 （Christopher Rolland） 表示，這對美國來說是一個重要的問題，這不僅是美國，而是整個西方世界。

　　除了尖端的 3 納米和 5 納米芯片外，臺積電還為電動牙刷和咖啡機等產(chǎn)品生產(chǎn)更大的芯片。汽車通常使用不太先進的 28 到 40 納米芯片。所有類型的芯片都受到短缺的影響。包括通用汽車和豐田在內(nèi)的汽車制造商已暫停部分工廠的生產(chǎn)。蘋果可能會大幅削減 2021 年iPhone 13 的生產(chǎn)目標(biāo)，部分機型的訂單將推遲一個多月。

　　世界上第一家純代工廠

　　當(dāng)Morris Chang在1980年代首次提出臺積電的想法時，投資者持懷疑態(tài)度。張出生于中國大陸，曾就讀于哈佛、麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)，在德州儀器工作25 年后移居臺灣。在那里，政府要求他創(chuàng)建一家將成為世界領(lǐng)先者的臺灣半導(dǎo)體公司。他的想法是：只專注于制造——現(xiàn)在被稱為純代工廠。

　　”當(dāng)你只專注于一件事時，你就會把一件事做得非常好，“Cassidy說，他在 23 年前加入臺積電，他形容與張的長達數(shù)小時的會面令人著迷。

　　Chang 押注于尚不存在的需求。當(dāng)他于 1987 年創(chuàng)立臺積電時，英特爾和德州儀器等巨頭以設(shè)計和制造 自己的芯片而自豪。當(dāng)時業(yè)界有句傳奇的說法是”真男人有晶圓廠“。

　　”當(dāng)張忠謀出去尋求資金時，他去了許多你認(rèn)識的知名公司，他們告訴他們，Morris ，你的想法不會落地。如果你把它從地面上拿下來，它就無法擴展?！?/p>

　　但隨著芯片變得越來越復(fù)雜，制造它們成為一項艱巨的任務(wù)。分析人士說，今天建造晶圓廠至少需要兩年時間和 100 億美元。它已經(jīng)成為幾乎不可能，即使是如英特爾，英偉達，博通，高通，AMD 等大芯片公司，也無法做到這一切。例如，英特爾仍在設(shè)計和制造自己的芯片，但近年來已經(jīng)落后于三星和臺積電，現(xiàn)在依靠臺積電來制造一些芯片。

　　”如果你是一個聰明的設(shè)計師，隨著 TSMC 的出現(xiàn)，你第一次不必擁有數(shù)十億美元和一個晶圓廠，“羅蘭說。

　　現(xiàn)在，芯片制造的每個主要步驟通常由單獨的公司處理。一些，例如 Arm 和MIPS，專注于 IP 和架構(gòu)，提供設(shè)計芯片的核心構(gòu)建塊。然后是電子設(shè)計自動化公司，如Cadence和Synopsys，它們編寫用于設(shè)計芯片的軟件。只有一家公司ASML制造了價值 1.8 億美元的極紫外光機器，用于將設(shè)計蝕刻到最先進的芯片中。然后是設(shè)計芯片的大獲成功的無晶圓廠公司，例如蘋果、高通、英偉達等等。

　　ASML 的極紫外光機器

　　隨著這些無晶圓廠公司的騰飛，臺積電發(fā)現(xiàn)自己在飛輪上制造越來越多的世界芯片。

　　”這讓 [TSMC] 不僅趕上了，而且在我看來，超越了英特爾，成為地球上世界上最偉大的制造技術(shù)，“羅蘭說，”就市值而言，它是全球前 10 名最有價值的公司之一?！?/p>

　　臺積電于1994年首次在臺灣證券交易所上市，并于1997年成為第一家在紐約證券交易所上市的臺灣公司。到 2000 年代，它已經(jīng)趕上了當(dāng)時制造最先進芯片的 20 家左右的其他公司。隨著技術(shù)的不斷進步，越來越多的公司落在了后面。今天，只有兩家制造商可以制造最先進的 5 納米芯片：臺積電和三星。

　　2013年，蘋果開始依賴臺積電為iPhone生產(chǎn)A系列芯片，擺脫對手機直接競爭對手三星的依賴。今天，市場上的每部 iPhone 都有一個臺積電芯片。蘋果也離開了英特爾，現(xiàn)在依靠臺積電來制造大多數(shù) Mac 內(nèi)部的芯片。

　　2018 年，86 歲高齡的張作為臺積電董事長退休。他激進的純代工理念繼續(xù)獲得回報。隨著明年在臺灣開設(shè)新晶圓廠，臺積電正在與三星競爭制造全球首款 3 納米芯片——英特爾計劃在 2025 年實現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　將 5 納米帶到美國

　　目前，美國沒有一家晶圓廠可以制造 5 納米芯片。但臺積電正在改變這種狀況。

　　”如果你想要更多的產(chǎn)能，你就必須建造更多的晶圓廠。這就是我們搬到美國的原因之一，“Cassidy說?！蔽覀兊目蛻粝Ｍ覀冊诿绹?，美國政府希望我們在這里?！?/p>

　　臺積電技術(shù)總監(jiān) Tony Chen 帶著 CNBC 參觀了正在建造一座 230 萬平方英尺的四層晶圓廠的現(xiàn)場。在臺積電工作的 23 年里，陳先生領(lǐng)導(dǎo)了其他 17 個晶圓廠建設(shè)項目。

　　”這個項目被設(shè)計成一個 5 納米晶圓廠。實際上，這是我們在臺灣的晶圓廠的復(fù)制，“陳說。

　　在那里，世界上最大的起重機之一正在被提升到 200 英尺的全高。這臺 2,300 噸的起重機由 153 輛半卡車運到現(xiàn)場。現(xiàn)場主管吉姆·懷特 （Jim White） 表示，自 4 月開始施工以來，承包商已搬運了近 400 萬立方碼的泥土，并使用了超過 2.6 億加侖的水。

　　建造晶圓廠和制造芯片需要大量的水，而不是沙漠中的豐富資源。亞利桑那州最大的水源是地下水，但大型農(nóng)場的深井用水速度快于自然補充。陳說，臺積電每天需要大約 470 萬加侖的水來支持生產(chǎn)。

　　臺積電對缺水并不陌生。他們在臺灣正面臨 56 年來最嚴(yán)重的干旱威脅，臺積電表示這并未影響生產(chǎn)。臺積電表示，在亞利桑那州，一個現(xiàn)場水處理中心將回收高達 90% 的工廠用水。

　　”最終，在提供反滲透和其他技術(shù)解決方案后，這些水將與鳳凰城合作重新注入含水層，“大鳳凰城經(jīng)濟委員會總裁兼首席執(zhí)行官克里斯卡馬喬說。他幫助談判了將該項目帶到亞利桑那州的交易。

　　另一個挑戰(zhàn)是，大多數(shù) 5 納米專家都位于亞洲。為了解決這個問題，臺積電的學(xué)術(shù)關(guān)系經(jīng)理 Roxanna Vega 表示，該公司正在從臺灣引進一些頂級專家。

　　”他們被視為他們在我們那邊的晶圓廠所做工作的主題專家，“Vega 說?！边@將是一個臨時任務(wù)……兩年，也許三年?！?/p>

　　臺積電表示，它已經(jīng)向臺灣派遣了 250 多名美國新員工，做為期 12 至 18 個月的培訓(xùn)，以加快工廠推進速度。

　　”在我們位于臺灣的 5 納米超級工廠中進行培訓(xùn)，目的是讓他們深入了解亞利桑那州的工具、機械和一切將有多么巨大和最先進，“Vega說。

　　多元化是臺積電將先進制造帶到美國的關(guān)鍵原因。

　　”臺灣在模擬半導(dǎo)體設(shè)計方面不是很好，通過搬到美國，你將能夠接觸到更多的模擬設(shè)計師，“羅蘭說。

　　臺積電工人走在臺灣一家芯片制造廠的走廊上

　　臺積電的 12 座晶圓廠大部分位于臺灣和中國大陸，這使世界容易受到自然災(zāi)害造成的潛在放緩影響，包括當(dāng)?shù)啬壳暗母珊祷蛟摰貐^(qū)的地緣政治緊張局勢。然而，一些專家將臺積電稱為臺灣與中國關(guān)系緊張的”硅盾“。

　　”媒體對這種情況描繪了一幅非常黯淡的圖景，“羅蘭說，”但我實際上要樂觀得多——部分是因為這種半導(dǎo)體屏蔽的想法，因為大陸和臺灣之間的這種互利關(guān)系本身。中國目前的領(lǐng)先制造需要它們。“

　　美國還嚴(yán)重依賴來自臺灣的芯片——這是政府努力說服臺積電將其技術(shù)帶到臺灣的一個關(guān)鍵原因。

　　”亞利桑那州有許多計劃，包括合格設(shè)施稅收抵免和優(yōu)質(zhì)工作稅收抵免，這確實是幫助降低運營成本的激勵措施，“Camacho說?！背酥?，鳳凰城還提供了 2 億美元的基礎(chǔ)設(shè)施配套，幫助臺積電獲得供水和所需的額外基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

　　拜登政府也提出了520億美元補貼計劃，推動更多如臺積電等企業(yè)來美國落戶。

　　行業(yè)報告估計，美國政府投資 500 億美元將在未來 10 年內(nèi)在美國建設(shè) 19 座晶圓廠，有效地使國內(nèi)芯片制造能力翻番。

　　隨著短缺的繼續(xù)，類似的投資正在世界各地發(fā)生。行業(yè)協(xié)會 SEMI 預(yù)計，到 2024 年，將有 72 座新晶圓廠或大型擴建工廠上線，其中 10 座位于北美和南美。

　　SEMI 總裁兼首席執(zhí)行官 Ajit Manocha 表示：”在過去的兩三年里，我聽到的投資公告比我一生中聽到的都要多?！?”基于此，我們認(rèn)為到明年年底，我們應(yīng)該會看到芯片短缺有所緩解。“

　　據(jù)《華爾街日報》報道，在此之前，隨著需求繼續(xù)飆升，臺積電將芯片價格提高了 20% 。成本可能會隨著電子產(chǎn)品的價格逐漸下降到消費者身上。臺積電也在繼續(xù)提高產(chǎn)能，包括在美國，亞利桑那州占地 1,100 英畝的工廠肯定有第二階段的空間。