台积电在美日德建厂背后

2020 年，新冠病毒感染的蔓延以及远程工作、在线学习和在线购物的爆炸式传播导致 2021 年全球半导体短缺。此外，“谁控制半导体，谁控制世界”的热潮已经到来，在全球范围内掀起兴建半导体工厂的热潮。

它以明确的数字表示。图1显示了全球以及每个国家和地区的半导体工厂开工数量。放眼全球，2021-2023年将开工建设85家工厂，而2018-2020年为64家。

特别是美国（3→18）、欧洲（7→18）、日本（3→6）、东南亚（1→6）工厂开工数量大幅增加。另一方面，相比之下，中国的工厂开工数量（34→20）将急剧下降（括号中的数字表示2018-2020和2021-2023年的开工数量）。为什么？

本文重点关注美国的半导体政策，并讨论它如何影响或预计将影响世界。

预测结论如下。美国于2022年10月7日公布的对华芯片限制条例（以下简称“2022.10.7”条例）是不同维度的强硬措施，将对中国半导体产业造成巨大伤害。

以超过50%的市场占有率在半导体代工领域独领风骚，在尖端微型化领域走在前列的台积电，原本无意在美国建厂。这是因为美国的半导体生产比台湾贵 50%。

然而，2020年5月14日，台积电宣布将投资120亿美元在美国亚利桑那州建设5nm半导体工厂。他们可能是在多次受到美国政府的邀请，并得到提供大量补贴的承诺后，才决定进军美国的。同样在同一天，台积电决定在同年9月14日之后，不再向试图以5G通信基站征服世界的中国华为出货半导体。

从台积电各地区的出货量比例来看，包括Apple、Qualcomm、Broadcom、NVIDIA、AMD等大客户在内的美国比例为60%~70%甚至更高（图2）。另一方面，华为是仅次于苹果的第二大客户，2020年Q2在中国的份额为22%，但随着台积电停止向华为出货，同年Q3份额跌至6%。由于无法从台积电采购芯片，华为的智能手机和 5G 基站业务受到重创。

图2.台积电各地区销售额比例（截至 2022 年第 3 季度）

“2020 年 5 月 14 日”，当该公司进入亚利桑那州并暂停向华为出货时，是台积电加入美国而不是中国的日子，被认为是半导体历史的转折点。

2022年8月9日，在“2020年5月14日”两年多后，美国总统拜登签署了《芯片与科学法案》（CHIPS Act），一部促进半导体国内制造的法律，正式成立。CHIPS 法案包括对美国半导体制造和研发的 527 亿美元补贴。

图 3显示了有资格获得此项补贴的主要半导体制造商。

图3.美国 CHIPS 法案补贴的主要候选制造商

美国英特尔将在亚利桑那州和俄亥俄州投资200-300亿美元建设处理器工厂和代工厂。受美国政府邀请的台积电，原计划投资120亿美元，在亚利桑那州建设月产能2万片晶圆的5纳米晶圆代工厂。但在“2022/10/7”规定公布后，决定量产4nm，即5nm的改进版，而不是5nm，并建设第二个3nm工厂。月产能将达到5.5万张，投资金额将增加3.3倍至400亿美元。

与此同时，想要在晶圆代工领域赶超台积电的三星，将投资170亿美元在德克萨斯州建设3nm晶圆代工厂。包括SK海力士在内的SK集团计划向半导体研发中心和清洁能源投资总计220亿美元。

英特尔等宣布，每100亿美元可以补贴30亿美元。因此，这些半导体制造商迫切希望根据 CHIPS 法案获得补贴。

然而，一个大问题浮出水面。与CHIPS法案同时出台的还有一份名为《CHIPS法案将降低成本、创造就业、强化供应链、对抗中国》的简报，据透露存在“护栏”。

为确保美国半导体产业的竞争力得到保护，其“护栏”规定“受补贴的公司将在未来 10 年内投资/扩建中国最先进的芯片制造设施（28 纳米及以上）。这是被禁止的。”

有了这个“护栏”，台积电在中国南京工厂生产40-16nm逻辑半导体，三星在中国西安工厂生产3D NAND闪存，在中国无锡工厂生产DRAM，英特尔在中国大连的工厂生产 3D NAND 的 SK 海力士，如果根据 CHIPS 法获得补贴，在未来 10 年内将无法对上述中国工厂进行任何投资（1 年暂缓，但不是真正的解决方案）。

其中，台积电在中国的南京工厂占公司产量不到10%，但三星西安工厂生产的3D NAND占公司产量的40%左右。SK海力士的大连工厂约占公司3D NAND的30%，无锡工厂约占公司DRAM的50%。

如果三星和 SK 海力士根据 CHIPS 法案获得补贴，它们将无法在中国投资先进或增产的内存工厂。半导体存储器在两年内保持了一代领先优势，保持了竞争力。因此，对存储器制造商说“不要投资”等同于被告知“去死”。因此，这些韩国厂商陷入了不得不考虑退出中国的境地。

但是，这些韩国厂商在中国有着巨大的市场，而且是应中国政府的要求，在中国的优惠待遇下生产内存。因此，不可能轻易退出。总之，在中美拉锯战中，三星和SK海力士面临着极其艰难的选择。

2022年10月7日，美国宣布对中国实施与以往不同维度的严厉出口管制，“2022年10月7日”。以下是出口限制等，特别是与半导体制造相关的出口限制（注 1）。

1、美国在“2022 年 10 月 7 日”条例中的目的是遏制中国超级计算机和可用于军事技术的 AI 半导体的发展。

2、首先，中国将禁止出口用于超级计算机和人工智能的高性能半导体（包括 NVIDIA GPU 和 AMD CPU，以及在美国境外使用美国技术制造的半导体）。

3、此外，为防止中国研发和制造先进半导体，禁止出口美国设备（包括其零部件和材料），禁止美国人员（高管、工程师、现场工程师等）参与。

4、尤其是监管网被应用到半导体成膜设备上，此前一直没有受到太多关注。出口受制于规定的薄膜沉积设备时，必须获得美国政府的许可（无论是针对先进半导体制造商还是非先进制造商）。

5、此外，将禁止向中国半导体制造设备制造商出口美国制造的零部件和材料。这与设备制造商是否为尖端半导体无关。

6、在中国的外国半导体制造商（台积电、三星、SK 海力士）也将受到监管。

这里，“3”中的先进半导体定义为16/14nm或更先进的逻辑半导体、18nm或更晚的半间距DRAM和128层或更多层的三维NAND。

这就意味着美国设备制造商 Applied Materials (AMAT)、Lam Research (Lam) 和 KLA 向中国先进半导体制造商出口设备将被禁止。另外，ASML的曝光设备，其光源由美国Cymer制造，也极有可能被禁止出口。此外，美国盟友日本东京电子公司（TEL）的设备也可能被禁止。

图4显示了各公司在前端设备中的份额。可以看出，美国、日本和欧洲的设备制造商在各个领域都占据着市场份额。在这种情况下，“2022.10.7”规定将产生怎样的影响？

首先，中国尖端半导体厂商将无力新建工厂。如果你问如果不在尖端是否可能，那条路也被关闭了。这是因为禁止向尖端半导体制造商出口非先进设备（甚至禁止办公家具）。

其次，如上节“4”所述，出口半导体成膜设备时，必须获得美国政府的许可。在图4中，AMAT和Lam CVD设备（总份额66.2%）和AMAT溅射设备（86%份额）属于此类。令人惊讶的是，这些薄膜沉积设备的规定非常详细，包括材料（Cu、Co、Ru、TiN、W等）、工艺条件（压力、温度、气体等）、薄膜厚度等。目前是许可制而不是禁运，但好像随时都可能被禁运。

到目前为止，美国对中国的规定主要集中在先进工艺方面，例如“禁止能够制造 16/14 纳米或更高版本的设备”。但是，“2022.10.7”规定不仅适用于微细加工相关的曝光设备和干法刻蚀设备，还适用于成膜设备。如果沉积设备的出口申请未获批准（这似乎很有可能），中国半导体制造商（先进和非先进）将不得不建设新工厂。变得困难。如果发生这种情况，许多将在2021年至2023年开工建设的中国半导体工厂，如开头图1所示，将无法安装设备，无法制造半导体。

此外，“2022.10.7”规定禁止美国制造的各种设备耗材出口，美国现场工程师再也无法支持设备运行。

例如，在一家每月生产10万片硅片的半导体工厂中，有500到1000台各类设备在运转。由于这些都是精密设备，除非各设备厂商的现场工程师进行故障排除和定期维护，否则无法正常运行。

那么，中国能否研发国产设备，制造半导体，就成了关键。

“2022年10月7日”规定对于中国半导体产业来说将是一剂致命毒药，但对美日欧等国家的设备制造商和材料制造商的伤害也将是巨大的。图 5显示了各地区设备市场的趋势。2020年以来，中国的设备市场已经超过台湾和韩国，成为全球第一大设备市场。

图5.各地区半导体制造设备市场（至 2021 年）

2021年中国296.2亿美元，韩国249.8亿美元，台湾249.4亿美元，日本78.0亿美元，美国76.1亿美元，欧洲32.5亿美元，中国市场还包括台积电、三星和SK海力士工厂）。

但是，由于“2022.10.7”的规定，在中国建立新的（尤其是尖端的）半导体工厂将变得困难重重。因此，中国的设备市场将大大减少。我预计损失约为 100 亿美元。而如果中国的设备市场快速萎缩，美国、日本、欧洲的所有设备制造商的销售额都会下降。设备销售额较大的AMAT、ASML、TEL、Lam和KLA预计将出现数亿至数十亿美元的下滑。

此外，在中国，不仅不可能新建半导体工厂，现有的半导体工厂也有可能面临更严峻的挑战。如果发生这种情况，晶圆、抗蚀剂、CMP浆料和各种化学品等材料业务将受到很大损害。如图6所示，日本企业在半导体材料市场占有率高的领域有很多。因此，对于日本的材料制造商来说，这将是一个艰难的局面。

图6.各公司前处理材料市场份额及日本市场份额（2020年）

如前所述，台积电将在美国亚利桑那州建设中的工厂制造4nm，即5nm的改进版，同时还将建设第二座3nm工厂。总月产能为5.5万张，总投资为400亿美元，是初始投资额的3.3倍（图7）。

图7.台积电各地区半导体产能

此外，台积电目前正在日本熊本建设28/22~16/14nm工厂，并浮出水面建设第二工厂的谈判（日经新闻2023年1月14日，“台积电'日本二号工厂'计划，熊本县有敏锐的眼光”）。有传言称，第二家工厂将是7nm先进半导体。此外，台积电正考虑投资数十亿美元在德国建设28/22纳米晶圆厂（日经新闻，2022年12月23日，《台湾台积电欧洲首座半导体工厂在德国建设研究》）。

为什么台积电要在美国、日本和德国建厂？一开始，台积电应该是不愿意在其他国家或地区建代工厂的。然而，一个完整的转折点，决定在美国、日本和德国建立代工厂。

这样做的原因现在应该很清楚了。由于美国宣布过于严格的“2022年10月7日”规定，在这样的事情发生之前，台积电决定将其半导体生产基地分布到其他国家和地区。

在笔者看来，现代人类文明是由半导体支撑的。其中，制造92% 7nm及以下尖端半导体的台积电的存在感极其之大。没有台积电的尖端技术，就无法制造最新的iPhone、高性能计算机和人工智能半导体。人类文明的进步，离不开台积电的微细加工技术。

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半导体行业观察