張忠謀為何對美刻薄，對日諂媚？
2024-04-10 12:29:45 作者：湯之上隆臺積電正在美國亞利桑那州和日本熊本建設晶圓代工廠。但在在兩家半導體工廠的紀念開業儀式上，臺積電創始人張忠謀發表了完全不同的演講。
首先，2022 年 12 月 6 日，在亞利桑那州工廠的開業儀式上，拜登總統和蘋果最大客戶蒂姆·庫克等高管都出席了，張忠謀說，“全球化已經快死了，自由貿易幾乎已經死了。很多人希望它能復活，但我認為不會?！?/span>
而在 2024 年 2 月 24 日舉行的熊本工廠開業典禮上，張忠謀在包括經濟產業大臣齋藤武 、索尼集團董事長吉田健一郎和豐田公司董事長豐田章男 在內的眾多政要時表示：“我相信這將進一步增強日本和世界半導體供應的彈性”和“我相信這是日本半導體制造業復興的開始?！?/span>
張忠謀對緩慢的美國感到憤怒
2020年9月14日，臺積電在收到美國政府的多次邀請后，決定進軍亞利桑那州。大約一年后，即2021年11月，臺積電開始建造一座價值120億美元的工廠。最初預計技術節點為4nm，月產量為2萬片（圖1）。
圖1臺積電亞利桑那州和熊本工廠周圍活動
然而，美國隨后的動作卻極其緩慢。美國芯片法案是一項加強美國半導體制造并投資520億美元補貼的法律，于2022年8月9日頒布，距離臺積電宣布向亞利桑那州擴張已經過去了大約兩年時間。
另一方面，臺積電熊本工廠呢？正是在2021年10月14日，臺積電宣布將擴張至熊本，建設一座技術節點為28/22納米、月產能4.5萬片晶圓的前端制程工廠。大約兩個月后，即 12 月 20 日，國會通過了一項修訂后的法律，以支持擴建新的半導體制造設施。
次年，2022年2月15日，索尼和電裝決定資本參股，技術節點從28/22nm提升至16/12nm，產能擴大至每月5.5萬片。隨后，同年6月17日，約占工廠建設投資一半的4670億日元補貼正式獲得批準。
張忠謀到底為何在美國和日本兩地的開幕式上發表完全相反內容的演講？
當我們考察亞利桑那州和熊本工廠的歷史時，這一點的基礎就變得清晰起來。
在臺積電亞利桑那工廠，同年12月6日舉行了開業儀式，宣布建設第二座3納米技術節點工廠。正如開頭提到的，張忠謀在演講中表示，“全球化”幾乎已經死亡。“自由貿易幾乎已經死亡”。
此時，張忠謀可能已經對美國行動遲緩感到憤怒了。2020年9月，臺積電本應受到應有的尊重去美國。然而，《CHIPS法案》花了大約兩年的時間才頒布，而且即使在那之后，也沒有跡象表明補貼會獲得批準。
另一方面，熊本工廠則相反，在決定擴建后約兩個月內就“迅速”頒布了修訂后的法律，并在接下來的六個月內批準了一半的投資，即4670億日元。。這不是想表達一些對美國的厭惡嗎？
“緩慢的美國，快速的日本”仍在繼續。
據日本貿易振興機構（JETRO）《商業公報》報道 ，臺積電亞利桑那州第一家工廠面臨工人保障、與當地工會建立關系等問題，投產時間將推遲一年至 2025 年（2023 年 10 月 25 日）。
隨后，2024年1月19日，彭博社報道了這樣的消息：“臺積電亞利桑那州第二工廠將于2027年后開始運營——對美國政府的戰略打擊。”文章稱，“第二座工廠預計將于 2027 年或 2028 年開始運營，這比之前指導的 2026 年要晚?！?/span>
與此同時，熊本工廠于2024年2月24日舉行了開業儀式，正式宣布將建設7nm技術節點的第二工廠。沒想到，兩天前的22日，決定為第二工廠提供投資額一半的約7300億日元的補貼。
對于張忠謀來說，與行動遲緩的美國相比，日本行動迅速，并且慷慨地花費了一半的投資額，被稱為“日本的復興”。
歸根結底，張忠謀言論的差異源于美國和日本之間的運營速度和資金支付質量。我深知在半導體行業，速度至關重要。
而且，或許是放棄了“慢節奏的美國”，據報道臺積電現在正在考慮在日本建造一座“先進封裝工廠”（EE Times Japan，2024 年 3 月 26 日）。
日本政府和經濟產業省表示，通過臺積電在熊本建設前端工廠，“經濟安全將得到保障”，“供應鏈將得到加強”。
這是因為半導體經過設計、前端加工、后端加工三個階段制成成品，但即使臺積電熊本工廠開業，日本也沒有一家專門從事后端的半導體制造商處理（圖2）
圖2半導體制造工藝
因此，在臺積電熊本工廠完成前道工藝后，晶圓被送往臺灣地區后道工藝制造商日月光進行封裝。換句話說，并非所有工序都在日本進行。其結果是，經濟安全無法得到保障，供應鏈也無法得到加強。
在這種情況下，臺積電可能會建設一座“先進封裝工廠”。如果這成為現實，所有的前處理和后處理都將在日本進行，這將確保經濟安全并加強供應鏈。然而，這種情況并非如此。
問題是“封裝廠”前面加了“高級”這個詞。我想在下面詳細解釋這一點。
臺積電是一家專門從事前端工藝的代工廠，但它也處理兩種類型的后端工藝。其中之一是蘋果iPhone的處理器，其結構是在系統LSI等邏輯半導體上堆疊DRAM，被稱為“InFO（集成扇出）”（圖3）。
圖 3 InFO（集成扇出）
另一個是 NVIDIA 的用于 GPU（圖像處理器）的 CoWoS（基板上晶圓芯片）封裝，用于 AI 半導體（圖 4）。
圖 4 CoWoS（基板上晶圓芯片）
該 CoWoS 的創建如下。首先，在預處理中，CPU、GPU、DRAM 和其他存儲器是在單獨的晶圓上制造的。這些各種半導體被放置在將 12 英寸晶圓切割成方形而制成的“硅中介層”上。“硅中介層”是預先做好布線、孔等的。這種類型的過程稱為“中間過程”（圖 5）。
圖 5 制造 CoWoS 所需的中間流程
之所以稱為“中工藝”，是因為它位于前工藝和后工藝之間，硅中介層上的布線和孔都是利用前工藝的設備形成的。
而且臺積電正在考慮在日本建設的似乎是需要“中間工序”的CoWoS封裝工廠。其基礎如下所示。
自2022年11月美國Open AI發布“ChatGPT”以來，生成式AI在全球爆發式傳播。這個生成的AI運行在配備AI半導體的AI服務器上，而超過80%的AI半導體以NVIDIA GPU為主。
這些GPU中，采用臺積電7nm工藝制造的“A100”和采用4nm工藝（5nm的改進版）制造的“H100”需求量很大。因此，A100 的交易價格高達 10,000 美元，H100 的交易價格高達 40,000 美元（圖 6）。
相比之下，最新的 iPhone 處理器 A17 Bionic AP 的成本僅為 130 美元，盡管采用臺積電尖端的 3nm 工藝制造，但比 A100 和 H100 便宜兩個數量級。此外，采用半節距 15.6nm 制造的 DDR5 高級 DRAM 便宜兩個數量級，僅為 3 至 4 美元。（例如，DDR4 的速度是 DDR3 的兩倍，當前最先進的 DDR5 是 DDR3 的兩倍）與 DDR4 一樣快。）
NVIDIA的GPU之所以售價如此之高，是因為根本沒有足夠的供應來滿足亞馬遜、微軟和谷歌等美國云制造商的強烈需求。
如圖6所示，對于NVIDIA GPU，臺積電通過執行所有前、中、后制程來制造CoWoS封裝，但中間制程的產能特別不足。
因此，為了應對 2023 年 NVIDIA GPU 需求的快速增長，臺積電正在匆忙擴大其中制程制造產能，此前該產能為每月 15,000 片左右。首先，2023年去年6月8日，臺積電在臺灣竹南科學園區開設了一家名為“Advanced Backend Fab 6”的工廠。然而，該工廠并非專門生產CoWoS，因此即使到2024年底，CoWoS的產能也將約為每月30,000至34,000片晶圓。然而，這還不夠。
現在，該公司宣布將投資4000億美元在臺中興建一座新的先進封裝工廠。然而，該工廠的建設要到2024年下半年才能開始，要到2027年才能開始運營（日經新聞，2023年7月25日）。畢竟暫時還不夠。
在這種情況下，假設臺積電已經開始考慮在日本建設一座“先進封裝工廠”，那里的進展很快，而且很容易付款。
我認為臺積電應該放心在日本建立先進的封裝工廠。然而，日本政府堅決反對補貼這家先進封裝廠。這是因為，這家先進封裝工廠生產的幾乎所有 NVIDIA GPU 都將銷往美國云制造商。
臺積電熊本工廠預計將為日本生產半導體，包括索尼和電裝，盡管不是全部。然而，臺積電的先進封裝工廠不太可能為日本生產任何半導體。無論如何，我們不應該（很快）補貼這樣的工廠。
