臺積電美國工廠：400億美元的形象工程

編輯：李墨天

2022年12月，美國亞利桑那州的鳳凰城的臺積電晶圓廠裝機慶典，全球頂級芯片公司一把手齊聚一堂，91歲的張忠謀也前來捧場。按照規(guī)劃，亞利桑那晶圓廠將在2024年正式運營，生產(chǎn)N4制程的芯片——也就是A16和H100采用的制程。

裝機儀式上，臺積電還高調宣布在當?shù)亟ǖ诙A廠，于2026年生產(chǎn)更先進的3nm芯片，總投資額超過400億美元。拜登激動地當場宣告：“各位，美國制造業(yè)回來了?！?/p>

然而沒過多久，亞利桑那州晶圓廠就宣布推遲投產(chǎn)。今年2月，臺積電向《紐約時報》大倒苦水，直指美國工人爺爺難伺候。赴美的臺積電工程師說：“美國人在分配到多項任務時，可能會拒絕接受新任務，而不是努力完成所有任務[1]。”

美國工人則向《Business Insider》控訴臺積電管理混亂，罪狀包括：工地上的亞洲工人不戴安全眼鏡和手套；每天開工前花費1小時進行安檢排隊；臺積電故意不告訴工人正確的工作信息，以歪曲亞利桑那州勞動力的技能水平等等[2]。

臺積電在美國的跌宕似乎并非孤例，要知道富士康當年在威斯康星州的“世界第八大奇跡”，現(xiàn)在還沒蓋好呢。

美國制造，亞洲封裝

2016年，搭載A10芯片的iPhone 7上市，在CPU速度較前代iPhone 6提高兩倍多、內(nèi)存容量提高一倍的情況下，機身厚度控制在了7.1毫米，是歷代iPhone中第二薄的。

實現(xiàn)這一點，關鍵因素是臺積電提供的名為“InFO”的封裝技術。

何為封裝？簡單來說，芯片在生產(chǎn)完成后，晶圓會被切割成單個裸片（Die），放置到基板上，引出管腳/引線，最后蓋上外殼——這就是傳統(tǒng)的封裝方式。

與之對應，“先進封裝”將技術的注意力放在了縮短芯片之間的通信距離，以實現(xiàn)性能提升或芯片面積/能耗的下降。在iPhone 7中，臺積電就將A10處理器與LPDDR內(nèi)存芯片整合在同一個封裝中。此后的A系列芯片都應用了臺積電的先進封裝方案。

我們平時所說的芯片（Chip），大部分指的是完成了封裝步驟的芯片。而晶圓廠生產(chǎn)的大部分“芯片”，其實是由類似下圖中一個個裸片組成的一整塊晶圓。

時至今日，從A系列到特斯拉的Dojo，從AMD的MI300到英偉達的H100，先進封裝幾乎已成為高性能芯片的標配。每一顆H100從臺積電十八廠的N4/N5產(chǎn)線上下來，都會運往同在園區(qū)內(nèi)的先進封測二廠，完成最關鍵的CoWoS封裝步驟。

而先進封裝的普及，暴露了臺積電美國工廠面臨的一個問題：即便芯片在美國生產(chǎn)，還是得送到臺灣地區(qū)完成封裝。

雖然亞利桑那州長Katie Hobbs曾表示，臺積電在鳳凰城還將展開先進封裝廠的建設計劃，但先進封裝廠的投資本就不菲，如果本地的訂單量不夠，算下來可能會更虧。

今年六月，臺積電董事長劉德音就在股東大會上表示，出于成本原因，美國廠目前尚未規(guī)劃先進封裝產(chǎn)能。但同一時間，位于臺灣竹南科學園區(qū)的臺積電封測六廠正式啟用，潔凈室面積大于臺積電其他封測廠的總和，用于進行InFO、CoWoS等先進封裝技術的量產(chǎn)工作[3]。

先進封裝對高性能芯片的重要性，直接體現(xiàn)在臺積電的收入上。根據(jù)分析師Robert Castellano的測算，臺積電生產(chǎn)一顆H100芯片的收入“只有”不到200美元，但單顆芯片的封裝收入?yún)s超過700美元。

其他的先進封裝產(chǎn)能，除了英特爾外，三星、聯(lián)電、日月光都在東亞。時至今日，臺積電依然會把最先進的晶圓廠放在臺灣地區(qū)。

封裝只是臺積電在美國面臨的成本問題的一個縮影。晶圓廠雖然可以拔地而起，但芯片制造能力很難在短時間內(nèi)通過補貼實現(xiàn)“轉移”的效果，因為它是一個包含了幾十個環(huán)節(jié)的龐大體系。

而這套體系的核心在東亞。

轉移的不只是工廠

芯片制造是技術和工業(yè)的高峰，但更是一個成本的游戲。

這也是為什么集成電路雖然誕生在美國，其生產(chǎn)制造卻在幾十年里迅速的轉向東亞，以至于全世界80%的集成電路都在亞洲生產(chǎn)。

韓國生產(chǎn)了全球一半的存儲器，臺積電和三星在芯片代工的市場份額將近80%，全世界最大的封測廠都在中國大陸和臺灣地區(qū)。臺積電上一次去美國建工廠還是1996年的事。種種因素決定，勞動力密集、儲蓄率高、政府財政投資意愿強的東亞，最終成為摩爾定律的戰(zhàn)場。

而在這個轉移的過程中，從美國轉移到東亞的不僅僅是工廠，而是與之對應的研發(fā)生產(chǎn)與人才輸送體系。

臺積電在臺灣地區(qū)建設的不僅僅有晶圓廠，還有對應的研發(fā)中心，用來開發(fā)面向未來的2nm和1.4nm芯片生產(chǎn)技術。同時，臺積電絕對領先的市場地位也會影響人才的流動。

2022年，半導體產(chǎn)業(yè)占臺灣地區(qū)總GDP的13%，晶圓代工業(yè)務對半導體行業(yè)的貢獻則達到52%。與之對應，臺灣地區(qū)每年有近20萬大學畢業(yè)生，50%以上都是工科學生，且以電子制造和半導體專業(yè)為主。

由于晶圓廠建設的巨大投資，臺積電甚至帶動了臺灣地區(qū)建筑行業(yè)的增長。

三十多年來，強勢的半導體產(chǎn)業(yè)和教育體系形成了一套雙向反饋的系統(tǒng)，應屆生批量的流向臺積電和聯(lián)電這類芯片制造企業(yè)，為產(chǎn)業(yè)源源不斷地輸送彈藥。

這也是為什么半導體研究機構SemiAnalysis認為，隨著芯片封裝技術越來越先進，蘋果和英偉達等臺積電客戶將發(fā)現(xiàn)，將自己從亞洲解脫出來的難度越來越大。這是因為臺積電總是在臺灣地區(qū)開發(fā)最新的制造和封裝工藝，那里的成本更低，人才也更容易找到[4]。

也就是說，產(chǎn)業(yè)轉移過程中，轉移的不僅僅是工廠和生產(chǎn)線，而是與之配套的技術創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系。在“制造業(yè)回流”這個語境里，工廠可以轉移，但人才的體系卻無法復制粘貼。

同屬制造業(yè)的波音是一個很典型的例子。上世紀80年代后，波音將客機生產(chǎn)向美國之外外包，由此帶來了一個深層影響：隨著產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)在美國消失，與之對應的人才體系也出現(xiàn)塌方，導致產(chǎn)業(yè)工人的供給出現(xiàn)斷層，繼而限制了技術升級以及創(chuàng)新的可能。

后來為了解決交付壓力，波音不得不返聘已經(jīng)退休的機械師和檢查員，原因就是大規(guī)模的人才斷層。

從1979年至2011年，美國的制造業(yè)就業(yè)人數(shù)減少了40%，與工廠消失的很可能還有配套的供應商，大學的專業(yè)和學術界的相關研究。

人才總會向產(chǎn)業(yè)的高地流動，如今西雅圖的美國應屆生更愿意去亞馬遜工作，還是去23公里外的波音工廠打螺絲，不言而喻。

而“半導體制造”甚至是很多美國人沒聽說過的職業(yè)選擇。亞利桑那州鳳凰城的一位人力官員桂林·沃勒（Kweilin Waller）曾表示，“應聘者聽到對半導體制造業(yè)時，常一頭霧水，不太熟悉[5]?！?/p>

因而，美國試圖通過補貼和建廠重塑芯片生產(chǎn)能力，最終也會遇到人才斷層的問題。

美國市值最高的公司里，只有蘋果勉強算制造業(yè)，但它沒有一間工廠。2012年，奧巴馬曾問喬布斯，“需要做什么，才能讓iPhone回美國生產(chǎn)？”喬布斯毫不猶豫的回答：“那些工作不會回來了。

計算機大國的煩惱

不久前，曾經(jīng)擔任臺積電研發(fā)處處長的楊光磊接受采訪，雖然討論的主題是英特爾和臺積電的競爭，但也能從一個側面反映臺積電為什么會在美國水土不服。

楊光磊認為，當前美國年輕人的就業(yè)重心都在軟件，比起半導體工廠，大家更愿意去微軟、Google和META工作，幾乎沒有先進的半導體研發(fā)與制造人才。同時，對美國來說，半導體制造是個“移民型產(chǎn)業(yè)”：

“上世紀80~90年代的美國半導體產(chǎn)業(yè)，都是由東方面孔的亞裔撐起一片天。如今，在這些東方面孔的人才回到亞洲后，現(xiàn)階段美國的半導體產(chǎn)業(yè)要持續(xù)發(fā)展，就變得相當?shù)睦щy?！?/p>

事實也是如此，美國芯片制造產(chǎn)業(yè)的建立來自許多亞洲面孔，他們大多都有赴美求學-在美國半導體公司工作-回亞洲創(chuàng)業(yè)的履歷。在這個過程中，芯片制造的產(chǎn)線、研發(fā)和人才體系的中心也轉移到了東亞地區(qū)。

外界常常將美國視為芯片強國，但實際上，美國真正的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)是以軟件為代表的“計算機科學”，而不是以大規(guī)模標準化生產(chǎn)為核心的芯片制造。兩者雖然都誕生在美國，但后者在80年代后不斷外流，而前者不僅從未“外流”到其他經(jīng)濟體，反而優(yōu)勢越來越大。

舉例來說，英偉達雖然是一家芯片公司，但它的強項在于芯片架構和設計，以及以CUDA為代表的軟件能力，而芯片的生產(chǎn)則完全交給代工廠。

在這個語境下，Unix、RISC、數(shù)據(jù)庫、人工智能等計算機科學領域的細分門類，幾乎都誕生在美國，并始終擁有巨大的優(yōu)勢。

芯片制造則是一個非常“東亞性”的產(chǎn)業(yè)，特點是24小時連軸轉的工廠，強調紀律和服從。在產(chǎn)線上工作時，員工處于與世隔絕的狀態(tài)，既不能用手機，也不能上外網(wǎng)。加上工作時需要穿上無塵衣，連廁所都不能隨便去。

一位駐場過不同晶圓廠的設備商曾向《日經(jīng)亞洲》表示，一些美國工人到臺積電位于臺灣地區(qū)的工廠接受訓練后，會因無法承受嚴苛的軍事化管理當場提桶跑路。

相比難管的美國工人，臺積電在日本的投資就順利的多。按照《南華早報》的說法：臺積電認為，日本的工人更愿意加班，因為芯片制造機器要在無菌的潔凈室里全天候運轉。而日本的工人以工作時間長和對雇主的忠誠而聞名。

因而，對大部分美國科技人才來說，在半導體工廠之外，有太多收入更可觀的職業(yè)選擇。根據(jù)招聘平臺信息，臺積電在美雇傭工程師的平均年薪約為11.8萬美元，而美國軟件工程師的平均年薪是15.6萬美元[6]。

根據(jù)美國半導體行業(yè)協(xié)會(SIA)發(fā)布的報告，到2030年，美國半導體行業(yè)將新增11.5萬個工作崗位，但其中58%，即6.7萬個崗位可能面臨空缺[7]。

對于臺積電來說，薪資待遇可以硬著頭皮漲，企業(yè)文化也有變通的空間，但生產(chǎn)的規(guī)則和人才的培養(yǎng)難以速成。

無論芯片制造有多少高科技的成色，但其核心依然是24小時連續(xù)運轉的工廠，以及對資本和勞動力的高強度消耗。晶圓廠也是廠，它意味著透支身體的加班、枯燥重復的勞動和毫無尊嚴的集體宿舍。

決定人才流動的最主要因素，始終是一個產(chǎn)業(yè)的盈利能力。王傳福說“以前想招清華北大人家看不上，今年招到不少”，原因還是比亞迪的車賣的越來越好。

“最懂芯片的人都在華爾街和陸家嘴”可能是個段子，但畢業(yè)生都想擠進軟件大廠確是事實。臺積電在美國的問題，對我們來說并非毫無參考價值。

參考資料

[1]?臺灣地區(qū)芯片巨頭在美擴張加劇緊張局勢，紐約時報

[2]?TSMC's Arizona plant is delayed over poor management, not a shortage of US skilled labor, the workers building it say，Business Insider

[3]?先進封測六廠啟用，締造3DFabric?系統(tǒng)整合技術擴產(chǎn)里程碑，臺積電官網(wǎng)

[4]?The Flaw in Apple’s Plan to Make Chips in Arizona，The Information

[5]?美國工程師難求，臺積電恐陷人才爭奪戰(zhàn)，日經(jīng)亞洲

[6]?臺積電美國工廠人才困境：工種不對口，起薪6.7萬美元招不到人，芯東西

[7]?Chipping away—assessing and addressing the labor market gap facing the U.S. Semiconductor industry，SIA

視覺設計：疏睿

責任編輯：李墨天

研究支持：何律衡