李大森年紀還小時,他上學途中的路上會經過比他身高還高的甘蔗田;40多年過後,他靠賣這些土地維生,在他的家鄉善化,房地產市場正起飛。

在台灣南部一個鄉下小鎮,為何房市這麼熱?原因很簡單:全世界最先進的晶圓廠來了。

台積電是世界上最大的晶圓代工製造商,3奈米晶圓廠正在蓋廠,預計將比目前最先進5奈米,電晶體密度將提升約70%,且效能更高,將用在包括智慧型手機和超級電腦的設備當中。

李大森在當地經營21世紀不動產一間分店,他說:「鄰近的農地價格去年上漲了3倍,是10年來最高的交易量。」他見識到,台積電的工程師搶購新成大樓和別墅。

但台積電新晶圓廠不只影響南臺灣,在半導體界,這裡就是宇宙的中心。

該晶圓廠將於明年開始量產,將使用迄今為止只有台積電和南韓三星才能掌握的製程技術--目前,最先進的晶片是5奈米。新的晶片替客戶帶來巨大優勢:晶片上的電晶體越小,能耗越低,速度越快。

該晶圓廠佔地16萬平方公尺,22個足球場這麼大,就像台積電的地位一樣:一個主導全球半導體製造的龐然大物。

台積電是一家低調的公司,但它鉅額投資尖端技術,影響力也日益增長,它悄然成為人們關注的焦點。

全球晶片短缺,迫使日本、歐洲和美國放慢或甚至停止製造汽車,多國政治人物大聲疾呼應在地製造,這家台灣公司在全球晶片生產的主導地位正引起人們的關注。

鑑於中國仍持續威脅要侵略台灣,台灣長期以來是華盛頓與北京在東亞地區軍事對抗的中心。同時,台灣也漸漸夾在兩個超級大國的技術競爭之間。

中國的公司未能與台積電的製造實力相提並論,美國也開始掙扎。英特爾(Intel)準備將處理器--它最有價值之處--一部分生產外包給台積電。在華盛頓,五角大廈一直悄悄敦促美國投資更多金額在先進晶片製造上,避免其武器依賴外國製造商。

所有這些使台積電可能成為世界上最重要的公司,雖然還很少人聽過它。

儘管許多政府都希望能夠模仿台積電的成功,但他們很可能會發現嘗試仿效台積電的代價令人望而卻步。台積電的客戶也開始意識到他們打交道的對象並非傳統供應商。

「汽車製造商十分相信他們是世界上的巨頭,」供應鏈諮詢公司Seraph的創辦人兼執行長康洛伊(Ambrose Conroy)說:「但是在這種情況下,半導體製造商其實才是巨人,而汽車採購團隊是螞蟻。」

晶圓代工的勝利

台積電長期以來一直沒有引起人們的注意,因為它生產的半導體出現在蘋果、AMD或高通等品牌供應商設計及銷售的產品裡。實際上,台積電控制著全球接單生產晶片市場的一半以上份額。

而且,台積電在每個新的製程技術節點上都變得越來越占主導地位。在用來生產大多汽車晶片的28到65奈米類別中,台積電僅有40到65%的市占率,但在當前生產中最先進的節點中,它卻擁有近90%的市場份額。

舊金山貝恩公司(Bain & Company)合夥人漢伯里(Peter Hanbury)說:「是的,該行業非常依賴台積電,尤其是最尖端的技術。這是相當冒險的,20年前世界上還有20個晶圓代工廠,現在最尖端的產品只坐落在台灣單一個園區裡。」

由於製程技術的每個新節點都需要更具挑戰性的發展,投資更多金額擴張生產能力,因此多年來,其他晶片製造商轉而專注於設計,將生產工作留給了台積電等專門的代工廠。

新型製造單位的成本越高,其他晶片製造商開始外包的機會越多,同時越來越多台積電的代工對手退出競爭。

台積電今年將其資本投資預期上調至高達250億至280億美元,可能比2020年增加63%,領先英特爾和三星。分析師認為,投資包括了台積電供應英特爾所需的產能投資。英特爾被迫將部分處理器生產外包,因為它一直難以掌握兩個連續的製程技術節點(10奈米和7奈米),因此來不及製造自己的晶片。

英特爾在第二代連續製造技術上失誤,引起一位積極股東於去年呼籲,公司應該像其他晶片製造商一樣,放棄晶片製造,轉而採用「無晶圓廠」業務模式。

英特爾新任首席執行官傑辛格(Pat Gelsinger)拒絕了這個想法,他在週二的視訊影片中告訴投資人和記者:「對7奈米的信心正在增強。」他說,他們正在增加與台積電和其他代工廠的合作,並將某些處理器的製造外包給台積電。

儘管傑辛格承諾要恢復英特爾的製造實力,但英特爾至少在過渡期內仍需要台積電,才能避免繼續把中央處理器的市場份額拱手讓給競爭對手AMD。

兩位熟悉台積電和英特爾的人士說,英特爾有一個團隊已經和台積電合作了一年多,準備在台南新晶圓廠執行CPU外包生產。

投資管理公司伯恩斯坦(Bernstein)晶片業分析師李馬克(Mark Li)估計,到2023年,英特爾將把一整年CPU生產的20%外包給台積電。光這個項目,台積電就需要投資約100億美元擴充產能。

如此高昂的成本使其他公司越來越難以留在先進晶片製造的競賽之中。但是正如英特爾的例子所示,金錢並不是唯一的因素。縮小電晶體尺寸是現在一個必要關鍵,才能把超過組件放在單一個晶片上,又可以實現持續的成本和能源效率,這正成為工程學一項具有挑戰性的壯舉。

3奈米節點中的電晶體尺寸僅為人髮的2萬分之1大小。由於台積電一心一意專注於這種製造技術,台積電已開發出大規模且廣泛的應用,就可以輕鬆實現對機械和化學品的調整。

各國考慮將半導體製造帶回國

台積電在晶片製造日益重要的地位開始引起政治關注。汽車晶片短缺衝擊下,政府加強推動、讓重要的供應鏈更靠近國土,避免供應鏈在Covid-19等情況中輕易受到破壞,以及避免受中國等地緣政治對手的影響。

在美國,議員們以晶片短缺為由,施壓政府英恢復更多國內的半導體製造。去年,台積電在川普政府的政治壓力下作出承諾,在亞利桑那州建立一間斥資120億美元的工廠。

日本也越來越擔心,上個月,台積電宣布將在日本成立一家子公司,進行新型半導體材料的研究。日本主導半導體產業上游材料的供應,一位日本政府官員說:「如果台積電只在台灣,那是不安全的,你必須再稍微分散供應鏈。這是為了應對台灣面臨戰爭的風險,這種風險很可能發生。」

甚至歐盟成員國現在也都希望通過一項計劃,投資建造2奈米晶片工廠,把最尖端的晶片生產帶回歐洲,2奈米是台積電在南台灣建造之3奈米工廠的下一代製程技術節點。

台積電商業模式受考驗

如果台積電不得不屈服於這種日益增長的壓力,將給其商業模式帶來壓力。分析師認為,該公司如此高效和賺錢的一個重要原因,在於台積電在台灣的製造非常集中。台積電發言人高孟華說:「台積電在台灣的幾個主要據點距離夠近,必要時我們能夠靈活動員工程師互相支援。」台積電估計,美國的生產成本比台灣高出8%到10%。

因此,台積電還沒準備將製造業務分散到全球。「美國當局明確表示將補貼成本差距後,我們承諾在美國建立一個晶圓廠。在日本,我們的投資集中在對我們的未來至關重要的技術領域,」一位台積電高管說:「但是在歐洲,狀況沒有這麼有力,(歐洲人)應該想清楚他們到底想要什麼,以及是否可以借助自己的晶片製造商來達成目標。」

歐洲半導體內部人士對此表示贊同。在汽車晶片和其他一些細分市場中,英飛凌(Infineon)、恩智浦(NXP)和意法半導體(ST Micro)等歐洲晶片製造商佔據主導地位。但是他們長期以來將注意力集中在晶片設計而非生產上。歐洲幾家最大的晶片公司保留了一些製造部門,但他們並沒有投資數十億美元在產能上,而是將大量生產外包給台積電等代工廠。因此,比起台積電和三星等產業領導者,歐洲的晶片產能落後好幾代。

「我們現在能夠製造22奈米,」歐洲晶片公司的一位高管說:「從22奈米跳到2奈米,就像跳到台北101的頂端;如果失敗,就會崩潰。此外,我們在歐洲對尖端產能的需求確實沒有那麼大,我們專注的半導體與美國不同,美國晶片需求大多由面向大眾市場的消費設備晶片主導。因此,跟台積電的美國客戶相比,先進的生產技術所帶來的成本收益對我們而言並沒有那麼重要。」

在美國,台積電將投資的120億美元所帶來的成效也比預期的更有限。亞利桑那州的新工廠將在5奈米上運行,這項技術現在很先進,但是當2024年開始量產時,它將落後於台積電在南台灣建造的3奈米工廠。

金融時報:英特爾新策略難成功,台積電將持續佔主導位置

在美國的單一間台積電工廠無法滿足所有需求。台積電承諾要投資美國,是因為五角大廈為了在美國建立先進的晶片製造能力,以及創造安全的國防供應鏈,長期推動得來的結果。

十多年來,半導體製造業高度集中,且離美國很遠,美國國防部對此感到擔憂。半導體技術是武器生產的關鍵,包括為超級電腦提供動力的處理器(可幫助模擬導彈軌跡)以及導彈本身的耐熱晶片。而且,隨無人駕駛系統(例如戰鬥無人機)興起,半導體對國防的重要性將有增無減。

業內專家警告,政府重新建立在地晶片製造的努力可能無法永續。漢伯里說:「我認為人們沒有意識到,這不是一次就可以解決的事。如果你想要3奈米,那將花費你150億美元,然後再兩年後,你將不得不再花費180億美元,然後再花費200億美元。金額數字巨大,要保持領先地位,需要持續的投資。」

這正是台積電之所以主導的原因。它的競爭對手,包括總部位於美國的格羅方德(GlobalFoundries)和台灣的聯電,都漸漸放棄了與尖端產能競爭的雄心,因為所需的投資太大了。

漢伯里說:「沒有晶圓廠的公司多年來一直擔心台積電的優勢地位會讓它具有更大的定價權。」當台積電唯一剩下的美國競爭對手格羅方德在2018年退出競賽時,這些擔憂變得更加嚴重。

儘管中國最大的晶圓代工製造商中芯國際(SMIC)仍在努力推進,但美國去年決定使用出口管制,禁止中芯接收建造先進晶片生產設施所需的設備,因此中芯現在受阻礙。

剩下的就是英特爾。儘管英特爾在先進製程方面苦苦掙扎,它週二宣布將建立專門的晶圓代工業務,並將投資200億美元在亞利桑那州新建2間晶圓廠。

一些行業專家對此表示懷疑。里昂證券(CLSA)技術研究主管侯賽斯提安(Sebastian Hou)表示:「我認為這很難起作用,英特爾在幾年前就嘗試過這種方法,即使當時他們仍然擁有最好的製程技術。」

台積電不會輕易屈服。憑藉其今年龐大的資本投資計劃,該公司已經顯示決心,將繼續保持領先地位。半導體工具供應商一位高管表示,台積電預計資本支出的「很大一部分」將用於極紫外光(EUV)設備,是尖端製造單元必不可少的設備。

主導EUV市場的荷蘭公司艾司摩爾(ASML)在其最新的財報電話會議上表示,其產能供不應求。因此,業內人士認為,台積電現在下的每筆訂單都將幫助它與任何潛在的競爭對手保持距離。

半導體設備公司高管表示:「可以肯定的是,英特爾花越多時間來解決自身困難,差距會拉得越大。台積電將暫時保持無懈可擊。」

責任編輯:張方毓
核稿編輯:林易萱