隨著全球持續(xù)應對芯片短缺，芯片制造商中的一家安靜的巨頭已承諾在三年內(nèi)投資 1000 億美元以提高產(chǎn)量,。

　　臺積電可能不是家喻戶曉的名字,，但市值超過5500億美元，是全球市值最高的10家公司之一?，F(xiàn)在，它正在利用其可觀的資源將世界上最先進的芯片制造帶回美國本土,。

　　CNBC 獨家參觀了位于亞利桑那州鳳凰城外的價值 120 億美元的制造工廠或晶圓廠,，臺積電將于 2024 年開始生產(chǎn) 5 納米芯片,。該公司表示，它將每月生產(chǎn) 20,000 片晶圓,。

　　“這些部件將用于許多不同的地方：CPU,、GPU、IPU 等,。它們將用于智能手機,，”Rick Cassidy 告訴 CNBC。Cassidy 是臺積電的首席戰(zhàn)略官,，也是臺積電亞利桑那州項目的總裁兼首席執(zhí)行官,。

　　從手機到 F-35 戰(zhàn)斗機，再到NASA 的毅力漫游者火星任務,，都需要用到臺積電制造的各種關鍵部件,。本月早些時候，它宣布計劃在日本建立一家新工廠,，在那里生產(chǎn)采用舊技術的芯片,，用于家用設備和某些汽車零部件。臺積電還是Apple目前市場上每部 iPhone 和大多數(shù) Mac 電腦中最先進芯片的獨家供應商,。

　　“但就終端市場而言,，它們?nèi)匀惶幱诤笈_。因此,，當一款新手機問世時,，Apple 會獲得所有贊譽，”Semico Research 制造部董事總經(jīng)理 Joanne Itow 說,。

　　“我們很低調(diào),。我們讓我們的產(chǎn)品不言自明。他們的成功帶來了我們所期望的所有業(yè)務,，”Cassidy 說,。

　　美國是先進芯片的發(fā)源地，但幾十年來,，它的市場份額一直在流失到亞洲,，據(jù)行業(yè)協(xié)會 SEMI 稱，2020 年全球 79% 的芯片生產(chǎn)發(fā)生在亞洲,。它計算出美國去年占全球芯片制造業(yè)的 12%,，低于 1990 年的 37%。

　　臺積電耗資 120 億美元的 5 納米芯片制造廠

　　據(jù)該公司稱,，僅臺積電就占 2020 年全球半導體產(chǎn)量的 24%,，高于 2019 年的 21%。研究機構凱投宏觀 （Capital Economics） 的數(shù)據(jù)顯示,，在最新款 iPhone,、超級計算機和汽車 AI 中使用的最先進芯片方面,，臺積電占了 92%，而三星則占了 8%,。

　　“它在前沿芯片制造幾乎成為壟斷，所有這些制造業(yè)務,，大部分都在臺灣新竹進行,。Susquehanna的高級半導體分析師克里斯托弗·羅蘭 （Christopher Rolland） 表示，這對美國來說是一個重要的問題,，這不僅是美國,，而是整個西方世界。

　　除了尖端的 3 納米和 5 納米芯片外,，臺積電還為電動牙刷和咖啡機等產(chǎn)品生產(chǎn)更大的芯片,。汽車通常使用不太先進的 28 到 40 納米芯片。所有類型的芯片都受到短缺的影響,。包括通用汽車和豐田在內(nèi)的汽車制造商已暫停部分工廠的生產(chǎn),。蘋果可能會大幅削減 2021 年iPhone 13 的生產(chǎn)目標，部分機型的訂單將推遲一個多月,。

　　世界上第一家純代工廠

　　當Morris Chang在1980年代首次提出臺積電的想法時,，投資者持懷疑態(tài)度。張出生于中國大陸,，曾就讀于哈佛,、麻省理工學院和斯坦福大學，在德州儀器工作25 年后移居臺灣,。在那里,，政府要求他創(chuàng)建一家將成為世界領先者的臺灣半導體公司。他的想法是：只專注于制造——現(xiàn)在被稱為純代工廠,。

　　”當你只專注于一件事時,，你就會把一件事做得非常好，“Cassidy說,，他在 23 年前加入臺積電,，他形容與張的長達數(shù)小時的會面令人著迷。

　　Chang 押注于尚不存在的需求,。當他于 1987 年創(chuàng)立臺積電時,，英特爾和德州儀器等巨頭以設計和制造 自己的芯片而自豪。當時業(yè)界有句傳奇的說法是”真男人有晶圓廠“,。

　　”當張忠謀出去尋求資金時,，他去了許多你認識的知名公司，他們告訴他們,，Morris ,，你的想法不會落地,。如果你把它從地面上拿下來，它就無法擴展,?！?/p>

　　但隨著芯片變得越來越復雜，制造它們成為一項艱巨的任務,。分析人士說,，今天建造晶圓廠至少需要兩年時間和 100 億美元。它已經(jīng)成為幾乎不可能,，即使是如英特爾,，英偉達，博通,，高通,，AMD 等大芯片公司，也無法做到這一切,。例如,，英特爾仍在設計和制造自己的芯片，但近年來已經(jīng)落后于三星和臺積電,，現(xiàn)在依靠臺積電來制造一些芯片,。

　　”如果你是一個聰明的設計師，隨著 TSMC 的出現(xiàn),，你第一次不必擁有數(shù)十億美元和一個晶圓廠,，“羅蘭說。

　　現(xiàn)在,，芯片制造的每個主要步驟通常由單獨的公司處理,。一些，例如 Arm 和MIPS,，專注于 IP 和架構,，提供設計芯片的核心構建塊。然后是電子設計自動化公司,，如Cadence和Synopsys,，它們編寫用于設計芯片的軟件。只有一家公司ASML制造了價值 1.8 億美元的極紫外光機器,，用于將設計蝕刻到最先進的芯片中,。然后是設計芯片的大獲成功的無晶圓廠公司，例如蘋果,、高通,、英偉達等等。

　　ASML 的極紫外光機器

　　隨著這些無晶圓廠公司的騰飛,，臺積電發(fā)現(xiàn)自己在飛輪上制造越來越多的世界芯片,。

　　”這讓 [TSMC] 不僅趕上了,，而且在我看來，超越了英特爾,，成為地球上世界上最偉大的制造技術,，“羅蘭說，”就市值而言,，它是全球前 10 名最有價值的公司之一,。“

　　臺積電于1994年首次在臺灣證券交易所上市,，并于1997年成為第一家在紐約證券交易所上市的臺灣公司。到 2000 年代,，它已經(jīng)趕上了當時制造最先進芯片的 20 家左右的其他公司,。隨著技術的不斷進步，越來越多的公司落在了后面,。今天,，只有兩家制造商可以制造最先進的 5 納米芯片：臺積電和三星。

　　2013年,，蘋果開始依賴臺積電為iPhone生產(chǎn)A系列芯片,，擺脫對手機直接競爭對手三星的依賴。今天,，市場上的每部 iPhone 都有一個臺積電芯片,。蘋果也離開了英特爾，現(xiàn)在依靠臺積電來制造大多數(shù) Mac 內(nèi)部的芯片,。

　　2018 年,，86 歲高齡的張作為臺積電董事長退休。他激進的純代工理念繼續(xù)獲得回報,。隨著明年在臺灣開設新晶圓廠,，臺積電正在與三星競爭制造全球首款 3 納米芯片——英特爾計劃在 2025 年實現(xiàn)這一目標。

　　將 5 納米帶到美國

　　目前,，美國沒有一家晶圓廠可以制造 5 納米芯片,。但臺積電正在改變這種狀況。

　　”如果你想要更多的產(chǎn)能,，你就必須建造更多的晶圓廠,。這就是我們搬到美國的原因之一，“Cassidy說,?！蔽覀兊目蛻粝Ｍ覀冊诿绹绹Ｍ覀冊谶@里,?！?/p>

　　臺積電技術總監(jiān) Tony Chen 帶著 CNBC 參觀了正在建造一座 230 萬平方英尺的四層晶圓廠的現(xiàn)場,。在臺積電工作的 23 年里，陳先生領導了其他 17 個晶圓廠建設項目,。

　　”這個項目被設計成一個 5 納米晶圓廠,。實際上，這是我們在臺灣的晶圓廠的復制,，“陳說,。

　　在那里，世界上最大的起重機之一正在被提升到 200 英尺的全高,。這臺 2,300 噸的起重機由 153 輛半卡車運到現(xiàn)場?，F(xiàn)場主管吉姆·懷特 （Jim White） 表示，自 4 月開始施工以來,，承包商已搬運了近 400 萬立方碼的泥土,，并使用了超過 2.6 億加侖的水。

　　建造晶圓廠和制造芯片需要大量的水,，而不是沙漠中的豐富資源,。亞利桑那州最大的水源是地下水，但大型農(nóng)場的深井用水速度快于自然補充,。陳說,，臺積電每天需要大約 470 萬加侖的水來支持生產(chǎn)。

　　臺積電對缺水并不陌生,。他們在臺灣正面臨 56 年來最嚴重的干旱威脅,，臺積電表示這并未影響生產(chǎn)。臺積電表示,，在亞利桑那州,，一個現(xiàn)場水處理中心將回收高達 90% 的工廠用水。

　　”最終,，在提供反滲透和其他技術解決方案后,，這些水將與鳳凰城合作重新注入含水層，“大鳳凰城經(jīng)濟委員會總裁兼首席執(zhí)行官克里斯卡馬喬說,。他幫助談判了將該項目帶到亞利桑那州的交易,。

　　另一個挑戰(zhàn)是，大多數(shù) 5 納米專家都位于亞洲,。為了解決這個問題,，臺積電的學術關系經(jīng)理 Roxanna Vega 表示，該公司正在從臺灣引進一些頂級專家,。

　　”他們被視為他們在我們那邊的晶圓廠所做工作的主題專家,，“Vega 說。”這將是一個臨時任務……兩年,，也許三年,。“

　　臺積電表示,，它已經(jīng)向臺灣派遣了 250 多名美國新員工,，做為期 12 至 18 個月的培訓，以加快工廠推進速度,。

　　”在我們位于臺灣的 5 納米超級工廠中進行培訓,，目的是讓他們深入了解亞利桑那州的工具、機械和一切將有多么巨大和最先進,，“Vega說,。

　　多元化是臺積電將先進制造帶到美國的關鍵原因。

　　”臺灣在模擬半導體設計方面不是很好,，通過搬到美國,，你將能夠接觸到更多的模擬設計師，“羅蘭說,。

　　臺積電工人走在臺灣一家芯片制造廠的走廊上

　　臺積電的 12 座晶圓廠大部分位于臺灣和中國大陸，這使世界容易受到自然災害造成的潛在放緩影響,，包括當?shù)啬壳暗母珊祷蛟摰貐^(qū)的地緣政治緊張局勢,。然而，一些專家將臺積電稱為臺灣與中國關系緊張的”硅盾“,。

　　”媒體對這種情況描繪了一幅非常黯淡的圖景,，“羅蘭說，”但我實際上要樂觀得多——部分是因為這種半導體屏蔽的想法,，因為大陸和臺灣之間的這種互利關系本身,。中國目前的領先制造需要它們?！?/p>

　　美國還嚴重依賴來自臺灣的芯片——這是政府努力說服臺積電將其技術帶到臺灣的一個關鍵原因,。

　　”亞利桑那州有許多計劃，包括合格設施稅收抵免和優(yōu)質(zhì)工作稅收抵免,，這確實是幫助降低運營成本的激勵措施,，“Camacho說?！背酥?，鳳凰城還提供了 2 億美元的基礎設施配套，幫助臺積電獲得供水和所需的額外基礎設施,?！?/p>

　　拜登政府也提出了520億美元補貼計劃，推動更多如臺積電等企業(yè)來美國落戶。

　　行業(yè)報告估計,，美國政府投資 500 億美元將在未來 10 年內(nèi)在美國建設 19 座晶圓廠,，有效地使國內(nèi)芯片制造能力翻番。

　　隨著短缺的繼續(xù),，類似的投資正在世界各地發(fā)生,。行業(yè)協(xié)會 SEMI 預計，到 2024 年,，將有 72 座新晶圓廠或大型擴建工廠上線,，其中 10 座位于北美和南美。

　　SEMI 總裁兼首席執(zhí)行官 Ajit Manocha 表示：”在過去的兩三年里,，我聽到的投資公告比我一生中聽到的都要多,。“ ”基于此,，我們認為到明年年底,，我們應該會看到芯片短缺有所緩解?！?/p>

　　據(jù)《華爾街日報》報道,，在此之前，隨著需求繼續(xù)飆升,，臺積電將芯片價格提高了 20% ,。成本可能會隨著電子產(chǎn)品的價格逐漸下降到消費者身上。臺積電也在繼續(xù)提高產(chǎn)能,，包括在美國,，亞利桑那州占地 1,100 英畝的工廠肯定有第二階段的空間。