台積電美國新晶圓廠投資成本分析

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自「semiwiki」，謝謝。

5月15 日，台積電宣布了在美國聯邦政府和亞利桑那州的相互理解和承諾支持下，打算在美國建造和運營先進的半導體晶圓廠的計劃。

據介紹，該晶圓廠將採用台積電的5nm技術，每月產能為20,000個晶圓。

該項目計劃於2021年開始建設，目標生產時間為2024年。

該項目在2021年至2029年之間的總支出（包括資本支出）為120億美元。

這項宣布無疑是美國政府對台積電施加巨大壓力的結果，並且今日也有消息稱台積電將在美國的壓力下停止接受華為的訂單。

那麼這個公告以為著什麼呢？

在我（本文作者Scotten Jones）看來，此公告是軟性的，「意向建造」，「計劃開始施工」，「目標生產」。

該項目基於「美國聯邦政府和亞利桑那州的相互理解和支持的承諾」。

如果唐納德·川普在11月被投票否決或者改變主意會怎樣？我可以很容易地看到，由於美國政局的變化或台積電缺乏後續行動，該項目充滿不確定性，尤其是台積電從一開始對這個投資並不是很感興趣。

IC Knowledge LLC是半導體和MEMS成本和價格建模的全球領導者。

我認為使用我們的戰略成本和價格模型圍繞該晶圓廠進行一些計算會很有趣。

台積電在台灣有四個主要的300mm製造工廠，在中國大陸有一個。

台灣的四個站點均為GigagFab站點，Fab 12，Fab 14，Fab 15和Fab 18每個都由共享中央設施工廠的6或7個晶圓工廠組成。

與建立一個獨立的fab相比，這種Gigafab的方法被認為可以減少25％的建設成本。

中國工廠的位置較小，在一個位置有2個工廠，但該工廠配備了從台灣工廠轉移過來的二手設備，因為該工廠處於落後狀態。

如果台積電真正建立一個以20,000 wpm的速度運行的美國晶圓廠，由於更高的建造成本，生產晶圓的成本將比GigaFab晶圓廠高出約1.3％。

我相信該站點不太可能配備從台灣轉移過來的二手設備。

那就意味著建造和裝備這個擁有20,000 wpm產能的工廠的成本將會高達54億美金。

與和台灣設廠相比，因為招募美國勞工和公用事業成本的提高，在美國建設的這個工廠將使晶圓製造成本又增加約3.4％。

因為晶圓廠的產能也比先進節點的「典型」晶圓廠要小，台積電在台灣運營或計劃的三個5nm晶圓廠的產能均為30,000 wpm。

在相同條件下，一個20,000 wpm的工廠的成本將比一個30,000 wpm的工廠進一增加約3.8％。

總體而言，台積電亞利桑那州晶圓廠生產的晶圓對製造商的價格將比台灣Fab 18晶圓廠製造的晶圓高出約7％。

這還未考慮美國可能比台灣更高的稅收影響的前提下。

台積電在公告中表示，該項目在2021年至2029年之間的總支出將為120億美元。

剩下的錢可用於將來的擴產或轉換為3nm。

作為一個可能的例子，這將足以增加第二個運行3nm的20,000 wpm晶圓廠的資金。

總而言之，「宣布」的晶圓廠可能是台積電成本最高的生產基地。

看看這個晶圓廠是否能實現將是很有趣的事情。

全球半導體供應鏈度過了有趣的一年。

在他們努力適應了中美貿易戰帶來的種種挑戰之後，它現在由面臨著經濟停滯的大流行。

而周五的消息似乎是此刻正在出現的事情的縮影：不太集中的先進位造業和試圖迫使公司轉向地緣政治目標的嘗試的結合。

5月15日，全球最大的半導體代工廠台積電（TSMC）宣布，計劃在亞利桑那州建立一座耗資120億美元的晶圓廠，該晶圓廠將於2024年開始生產。

（120億美元的投資期為2021年至2029年）。

美國政府同時表示，如果台積電和其他非美國晶片製造商希望將使用美國軟體和技術製造的晶片運送給華為，則將要求它們從美國商務部獲得許可。

首先是新的晶圓廠：據VLSI Research的Dan Hutcheson稱，美國的晶圓廠在一定程度上是為了讓蘋果感到高興。

iPhone等產品製造商的執行長蒂姆·庫克（Tim Cook）一直在推動這一舉措，以確保公司產品中處理器的供應連續性。

這些處理器在歷史上一直使用領先的晶片製造技術。

目前，這是台積電的7納米工藝，但該公司表示，下一代工藝5 n m已投入生產。

當然，台積電的領先技術還有其他重要客戶。

其中包括AMD，賽靈思，高通和Nvidia。

最近，谷歌，微軟，Facebook和亞馬遜等雲巨頭也在開發自己的伺服器和AI設計。

為使他們滿意，亞利桑那州的工廠將必須以現有的最先進工藝運行。

台積電承諾將在那裡建造一個5納米晶圓廠，但是到2024年開始生產時，台積電可能會轉向另一代3納米製程。

但是，Hutcheson指出，晶圓廠是為升級而建造的。

它們並不是圍繞特定的技術構建的，並且似乎可以肯定的是，無論採用3納米和更高級的工藝，它仍將主要依靠極紫外光刻技術，而該技術同樣是7納米和5納米工藝的核心。

但是，將製造過程轉移到新位置並使其達到可產生有利可圖的晶圓比例這一點絕非易事。

Hutcheson指出，台積電（TSMC）最初在台南建造工廠時就為此而苦苦掙扎，而台南從新竹總部乘高鐵僅需一個多小時。

但是，根據晶圓廠在亞利桑那州的所在地，該公司可能會受益於與位於Chandler的英特爾先進晶圓廠相關的基礎設施和經驗豐富的員工。

與其他工廠相比，該工廠預計的每月20,000片晶圓的產能數字實際上很低。

它與公司最近在中國南京建造的16納米Fab 16相匹配。

但這與該公司在台灣南部計劃的5納米Fab 18不在同一個水平中，該工廠每月將擁有120,000個晶圓的產能。

Semico Research董事總經理Joanne Itow表示，每月尚有20,000個晶圓與其他新晶圓廠的第一階段一致。

據Itow稱，這種能力每年可以轉化為1.44億個應用處理器。

這足以部分供應多個客戶，並為台積電創造了約14.4億美元的收入。

所有這些都假設該工廠確實在發生的前提下。

但目前，這只是一個PPT晶圓廠， Hutcheson說。

台積電自己的新聞稿也給人一種奇怪的感覺：台積電「宣布了在美國聯邦政府和亞利桑那州的相互理解和支持下，打算在美國建造和運營先進的半導體晶圓廠的計劃。

」

「從技術上講，晶片的製造地點可能無關緊要；但是，在當今緊張的貿易舞台上，在美國建立晶圓廠的光學效果提供了更為積極的合作氣氛。

」 Semico Research董事總經理Joanne Itow說。

台積電的其他新聞遠非雙贏。

美國政府試圖使華為對先進半導體產生「飢餓感」。

其工業和安全局（BIS）將華為及其附屬公司，特別是其半導體部門HiSilicon添加到了美國公司在沒有許可證的情況下，無法出售的實體清單中。

在2019年，華為通過加強自己的晶片來解決這一問題。

但它依靠代工廠，尤其是台積電來製造其先進晶片。

BIS現在正在尋求通過使用美國軟體和工具來製造華為晶片的晶圓廠來擴大許可範圍，以收緊限制。

實際上，該規則歸結為一個國家/地區，它指定了另一國家/地區的工廠可以使用哪些工具為客戶生產商品。

半導體工業協會稱，台積電是美國晶片工具製造商的最大客戶之一，他們有理由擔心。

該組織的執行長約翰·諾伊弗（John Neuffer）在一份聲明中說：「我們擔心這一規則可能會給全球半導體供應鏈帶來不確定性和干擾，但與先前考慮的非常廣泛的方法相比，這似乎對美國半導體行業的損害較小。

」

國際法律事務所Dorsey＆Whitney負責國家安全的高級合伙人，非營利性倡導組織中美全國委員會的董事會成員董東仁（Nelson Dong）說，新規定可能會加速華為不斷從美國技術轉移的步伐。

。

他說：「間接地，這一舉動可能迫使全球半導體行業將目光投向美國的半導體設計工具和半導體生產設備供應商，甚至在包括中國在內的其他國家建立新的競爭對手。

」 他列舉了衛星行業出口限制的例子，這最終導致了美國以外競爭企業的增長，並且由於供應商的市場較小，美國衛星製造商的價格提高了。

很難想像美國如何在先進的晶圓廠中執行這樣的規則。

Hutcheson諷刺說：「工廠是'拉斯維加斯發生的事，留在拉斯維加斯的極端版本。

」 製造過程是專有的，並且受到嚴格保護。

「他們甚至怎麼知道它還在發生？」

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