“失落” 的台積電日本工廠

2021 年 10 月宣佈的台積電熊本工廠開業儀式將於 2024 年 2 月 24 日舉行。到今年年底，該工廠將生產 28/22 至 16/12 納米的邏輯半導體，月產能為 5.5 萬片 12 英寸硅片。總建設成本為 86 億美元，其中日本將支付 4760 億日元，約一半作為補貼。

還有媒體稱，台積電正在計劃在日本建設第二家工廠，生產 6 納米尖端半導體。第二家工廠將於今年 4 月開始建設，預計 2025 年竣工，2026 年底開始生產。另據報道，日本將提供 7500 億至 9000 億日元的補貼。這意味着台積電熊本工廠將獲得總計超過 1.3 萬億日元的補貼。

反對鉅額補貼

對此，筆者一貫反對向台積電熊本工廠發放以税金為來源的鉅額補貼，原因有兩個。

第一，台積電的熊本工廠不會優先為日本製造半導體。第二，日本的市場份額增加的希望不大。

這是因為，美國大約有 500 家專門從事設計的無晶圓廠半導體制造商，中國台灣有數百家，中國大陸有 2,800 家，但日本只有大約 10 家。在這種情況下，由於日本很少有無晶圓廠公司將生產外包給專門從事前端製造的台積電熊本工廠，該工廠很可能主要為海外市場生產半導體。不應該給予這樣的工廠鉅額補貼。

其次，即使台積電熊本工廠建成，日本政府聲稱的經濟安全也得不到保障。原因是，雖然設立了台積電熊本廠，但掩模板（即原始電路板）是由台積電在中國台灣設計和製造的，而且後工序也再次回到中國台灣，由日月光等 OSAT（外包半導體組裝和測試，後處理專業半導體制造商）進行。也就是説，即使台積電熊本工廠建成，掩模設計、製造、前端工藝、後端工藝也不會在日本完成。因此，經濟安全無法得到保障。

此外，最近有人質疑台積電熊本工廠是否可以生產任何東西。在本文中，筆者想討論一下細節。

在此之前，我們分析一下台積電為什麼會進軍熊本製造 28/22nm，之後為什麼會追加 16/12nm，以及為什麼會計劃 6nm 的第二工廠。

台積電為何決定進駐熊本並打造28/22nm？

讓我們把時鐘撥回 2021 年。2021 年新年伊始，新冠疫情期間，出現了因半導體短缺而無法生產汽車的情況。因此，以汽車為核心產業的日本、美國、德國紛紛要求台積電增加汽車半導體的產量。

此後，不僅是車載半導體，個人電腦、智能手機、電視和遊戲等消費設備、可穿戴設備以及各種其他電子設備也因缺乏半導體而無法再製造。短缺主要集中在 28 納米邏輯半導體（圖 1）。

^{圖 1 半導體技術節點和晶體管結構（很多電子半導體集中在 28nm）來源：Joanne Chiao（TrendForce）}

為什麼這麼多電子設備都專注於28nm？

為什麼這麼多電子設備都專注於 28nm？

它與晶體管形狀、性能和半導體成本有關。28nm 之前，使用平面晶體管，但從 16nm 開始，技術改為三維 FinFET 晶體管。在這裏，FinFET 具有更高的半導體性能，但成本也更高，因為它採用雙圖案化技術。即使成本增加，尖端的個人電腦和智能手機也需要使用更高性能晶體管的半導體。然而，包括汽車在內的許多電子設備並不需要如此高性能。

相反，大眾希望使用性價比優異的半導體。為此，很多電子設備都集中在 28nm 上。由於疫情的原因，各種電子設備的銷售激增，導致 28 納米短缺。有能力製造 28 納米的晶圓代工廠有六家：台積電、三星、聯電、格芯、中芯國際、華宏宏力，但它們佔據了晶圓代工市場一半以上的份額，具有市場壟斷地位（圖 2）。

然而，當時必須量產 5 納米並繼續開發 3 納米的台積電，沒有能力使用 10 年前的技術建造新的 28 納米工廠。

^{圖 2 晶圓代工廠銷售份額預測（2021、2022）來源：作者根據 TrendForce Joanne Chiao 的公告創建}

當時，日本政府就曾提出要引進半導體工廠。詢問後，他們表示，設備投資將得到半數補貼，並協助準備土地、水、電等。台作為台積電，它希望或成真，所以它決定在 2021 年 10 月進軍熊本，建造 28/22nm 邏輯半導體的工廠。最初的規模是每月 4.5 萬片。對於台積電來説，22nm 是 28nm 的改良品，因此基本上與 28nm 相同。

為什麼日本也想生產16/12nm？

次年，即 2022 年 2 月 15 日，台積電熊本工廠由索尼出資 20%，電森出資 10%。除了 28/22nm 之外，該公司現在還將生產 16/12nm 晶體管，即 FinFET 晶體管，其製造能力已提高至每月 55,000 個晶體管。

對於台積電來説，12nm 是 16nm 的改進版，與 16nm 基本相同。那麼，為什麼台積電熊本廠不僅要打造性價比好的 28/22nm，還要打造性能更好但成本更高的 16/12nm 呢？

筆者回首當時，認為：如前所述，2021 年全球 28nm 短缺。台積電 28 納米生產訂單如潮水般湧來。為此，不僅是台積電，三星、聯華電子、美國格芯、中芯國際、華宏宏力也都在竭盡全力增加 28nm 的產量。

因此，28 納米短缺問題將在 2022 年得到解決。那麼，原本應該是 28/22nm 的台積電熊本工廠將無事可做，並且有產線閒置的可能。因此，我認為他們決定製作 16/12nm，比 28/22nm 領先一代。換言之，台積電原本的計劃出了問題，所以只能選擇 16/12nm 來填補這條線。不過，台積電熊本工廠似乎將建造第二代 6nm 工廠，即更先進一代的工廠。為什麼？

7nm（6nm）是台積電的搖錢樹

圖 3 顯示了台積電按技術節點的銷售額趨勢。該圖顯示了台積電獨特的商業模式。一旦成立，除非出現緊急情況，台積電不會關閉技術節點半導體工廠。為此，各個技術節點的銷售額層層累加，從最傳統的 0.25μm 及以上到最先進的 3nm。^{圖 3 台積電按技術節點的銷售額（~2023 年第三季度）來源：作者根據台積電歷史運營數據繪製}

然而，2017 年下半年推出的 10nm 卻在 2019 年消失了。這樣，在極少數情況下，失敗的技術節點可能會消失。而且由於台積電沒有 10nm，所以 16/12nm 之後的下一代將是 7nm。這款 7nm 於 2018 年第三季度（Q3）推出。

次年，2019 年 Q3，全球首台最先進的曝光設備 EUV 投入量產，技術節點被稱為 7nm+。

最初，7nm 的產能只有每月 15 萬個中的 1 萬個左右，但此後 7nm+ 已成為主流，現在被稱為 6nm。也就是説，台積電熊本二廠預計將採用 EUV 的 6nm 工藝。

2019 年起，7nm（含 6nm）和 5nm 將佔據台積電銷售額的一半。台積電稱 7nm 及以上為先進技術，這已成為其主要收入來源。該計劃是利用日本補貼在熊本的第二家工廠生產 6 納米技術，這是該公司收入最高的產品。那麼，28/22 至 16/12nm 的第一廠和 7nm（6nm）的第二廠能否如台積電預期量產並盈利呢？

台積電各技術節點銷售額

在上面的圖 3 中，總結並繪製了每個技術節點的銷售數據。現在讓我們看一下每個技術節點的銷售數據（圖 4）。從這張圖來看，台積電熊本一廠和二廠的未來都是黯淡的。

^{圖 4 台積電各技術節點銷售額趨勢（截至 2023 年第三季度）來源：作者根據台積電歷史運營數據繪製}

首先，28nm 的銷量自 2021 年第三季度左右以來肯定有所增長，但在 2023 年第一季度達到頂峯，並一直在下降。

此外，16/20nm 的銷售額從 2020 年第四季度開始有所增長，但從 2022 年第二季度開始下降。

此外，由於台積電的 20nm 銷量相當小，因此可以有把握地假設主要是 16nm。正如你所看到的，台積電中國台灣工廠的 28 納米和 16 納米銷量都在下降。在這種情況下，台積電熊本第一工廠真的會有東西生產嗎？接下來，本該是搖錢樹的 7nm（包括 6nm）就更慘了

。自 2018 年第三季度以來，銷售額一直在快速增長，但在 2022 年第二季度達到 54.5 億美元的峯值，然後在 2023 年第三季度迅速下降至 27.6 億美元，約為峯值的一半。如果這種趨勢持續下去，就有可能像 10nm 一樣消失。我也從多個消息來源聽説，台積電 7nm（包括 6nm）線的開工率已降至 50% 以下（也許是 30%？）。

換句話説，可以説全球範圍內對 7nm（包括 6nm）的需求正在消失。如果在熊本建設第二座 7 納米（包括 6 納米）工廠，並提供 750 至 9000 億日元的補貼，那無異於自殺，應立即停止。

未來代工廠開工率不會恢復正常

雪上加霜的是，悲觀的預測也出現了。

^{圖 5 晶圓代工利用率預測 來源:Joanna Chiao（TrendForce）}

從 2022 年第四季度到 2023 年第二季度，各代工廠的開工率均大幅下降。台積電也從 99% 下降到 76%。

預計 2024 年運營率將略有改善，但不會恢復到原來的水平。

即使是復甦更為顯著的台積電，2024 年 Q4 也只能達到 85%。對於三星來説，預計這一比例將保持在 67%。

如上所述，台積電在熊本的第一家工廠將在全球代工廠開工率較低的時期開始運營。就連台積電中國台灣總部也有 85% 的開工率。到底台積電熊本第一工廠有什麼可做的呢？此外，如上所述，在全球 7 納米需求消失的情況下，沒有必要建設第二家工廠。

迄今為止，在日本半導體行業，經濟產業省一旦決定政策，即使政策錯誤，也會立即執行，不會發生任何變化。結果，日本的半導體產業政策全部以失敗告終。諸如此類的負面因素在台積電熊本工廠也變得很明顯。如果我們要從歷史中吸取教訓，我們就需要有勇氣改變，即使我們做出了決定。從現在開始也不晚。

本文作者：湯之上隆，來源：半導體產業縱橫，原文標題：《“失落” 的台積電日本工廠》

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