歐盟希望建造最先進的2nm晶圓廠，為什么英特爾是最佳合作伙伴?100億美元補貼能否實現(xiàn)歐盟領(lǐng)先全球半導(dǎo)體的雄心?Intel的IDM 2.0戰(zhàn)略能否幫助其趕上TSMC?中國半導(dǎo)體可以從中得到什么啟示?本文試圖從以下四個方面回答這些問題。

1. 歐洲的2nm晶圓項目補貼花落誰家?

2. Intel追趕TSMC的晶圓擴展計劃

3. 盤點英特爾現(xiàn)有晶圓廠

4. 給中國半導(dǎo)體的啟示
   

歐洲的2nm晶圓項目補貼花落誰家?

上周五，歐盟高層官員會見英特爾CEO Pat Gelsinger、臺積電歐洲總裁Maria Merced，以及三星電子的代表，討論在歐洲建造2nm晶圓廠的可行性。過去30年來，歐盟的半導(dǎo)體制造業(yè)持續(xù)下滑，因為歐洲的半導(dǎo)體廠商大都轉(zhuǎn)向fab-lite戰(zhàn)略，而將其需要先進制造工藝的數(shù)字芯片外包給亞洲代工廠商了。

歐盟希望在下一個10年扭轉(zhuǎn)下降趨勢，重振歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，目標是將其芯片產(chǎn)量提升至全球芯片產(chǎn)量的20%。無論在德國、法國還是歐盟其它國家，投資建造2nm晶圓廠有望讓歐盟在全球半導(dǎo)體制造領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。最有可能幫助歐盟實現(xiàn)這一目標的晶圓制造廠商自然非TSMC和三星莫屬，但這兩家最先進的晶圓代工廠商很可能會拒絕，因為他們寧愿在本土(臺灣或韓國)，或者在美國建廠(可以更好地迎合客戶需求)。

最有可能與歐盟合作的反而是英特爾，因為該公司最近宣布IDM 2.0戰(zhàn)略計劃，將重新進入晶圓代工市場。英特爾CEO表示，除了在美國本土擴大或新建晶圓廠外，在美國之外他最愿意在歐洲建造先進工藝的晶圓廠，因為亞洲已經(jīng)是晶圓制造集散地，而且該地區(qū)的未來政治有著極大的不確定性。

英特爾本來就有計劃升級或擴張其位于愛爾蘭Leixlip的晶圓產(chǎn)能。如果歐盟愿意拿出80億歐元(約合100億美元)的補貼，英特爾自然樂意接受。但是，能否如歐盟所愿，建造一座最先進的2nm晶圓廠，就不得而知了。

可能有人會問，100億美元還不能建一座晶圓廠?據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，其實100億美元也就剛剛夠一座中型晶圓廠的建造和運營成本，而對于一個擁有最前沿技術(shù)(比如2nm工藝節(jié)點)的晶圓廠來說，100億美元剛夠其成本的三分之一(難怪英特爾伸出了三個手指，原來是三分之一的意思)。目前，英特爾自己還在努力提升自己的7nm制造工藝。

歐洲大陸必須要有雄心和長遠計劃，建造2nm晶圓廠對歐洲政客來說具有重大戰(zhàn)略意義，但對歐洲半導(dǎo)體廠商高管及其股東而言，這么高昂的投資未必明智。歐洲制造業(yè)以汽車和工業(yè)控制為主，這些廠商不需要最先進的數(shù)字芯片。而最新工藝的芯片主要用于消費電子和高性能計算領(lǐng)域，這又不是歐洲的強項。

許多業(yè)界分析人士認為歐盟的野心是幼稚，不切實際的。位于德國柏林的非營利性智庫Stiftung Neue Verantwortung最近發(fā)布了一份題為《The lack of semiconductor manufacturing in Europe -- Why the 2nm fab is a bad investment》的分析報告，得出結(jié)論說，歐洲建造2nm晶圓廠沒有什么商業(yè)價值和發(fā)展前景。

該報告的撰寫人Jan-Peter Kleinhans是這家智庫的“技術(shù)與地緣政治”項目負責人。他目前的研究重點是全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈與地緣政治的交叉領(lǐng)域。他認為，歐洲有4條通往2nm的潛在路線，但似乎沒有一條路可以達到預(yù)期的結(jié)果。

1)吸引三星和/或臺積電在歐洲投資;

2)成立一個EU聯(lián)盟，使用三星或臺積電許可的工藝技術(shù)來建造和運營一家晶圓廠;

3)成立一個EU聯(lián)盟，使用自己的IP建造和運營一家晶圓廠;

4)依靠英特爾在歐洲建立領(lǐng)先的晶圓代工能力。

Kleinhans指出，歐洲幾乎無法提供任何誘惑來吸引三星或臺積電來歐洲建廠，因為這里沒有大量的客戶群。在歐洲建造這么一座晶圓廠需要去美國吸引客戶，這顯然不現(xiàn)實。此外，由于歐洲電力成本比較高，晶圓廠的運營成本要大大高于亞洲。

排除第一條路線，選項二或三有可能付諸實施，但成功的概率不大。

最后，英特爾希望將其位于愛爾蘭和以色列的晶圓廠轉(zhuǎn)為代工服務(wù)工廠，并可能在歐洲建立一個新的晶圓廠，這一提議自然受到歐盟的歡迎，但不太可能達到TSMC或三星的領(lǐng)先地位。鑒于英特爾CEO Gelsinger重新進入代工市場的決心，英特爾很可能會接受歐盟委員會的100億美元補貼。然而，英特爾自己在10nm和7nm節(jié)點上一直滯后，要想趕上TSMC還需要幾年時間。

Intel追趕TSMC的晶圓擴張計劃

有媒體批評Intel用于回購股票的錢都比投入研發(fā)的錢多，盡管這是其前任CEO(財務(wù)出身的Bon Swan)的責任，Gelsinger也坦誠這一事實，并承諾說將加速加大研發(fā)投入，這一點在他加入Intel時已經(jīng)獲得董事會的同意。

Gelsinger最近接受CBS「60分鐘」節(jié)目訪談時聲稱，全球半導(dǎo)體短缺沖擊到眾多產(chǎn)業(yè)的問題可能在幾年內(nèi)都無法解決，英特爾正在調(diào)整一些工廠產(chǎn)線以提高產(chǎn)能。當CBS主持人Lesley Stahl問到為何不讓商業(yè)資本(比如蘋果和微軟等科技巨頭出資)來代替政府發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)時，基辛格回答道，商業(yè)資本很可能會選擇一些亞洲的企業(yè)為其生產(chǎn)芯片，而這些芯片所使用的專利技術(shù)很可能不包含“美國制造”的基因。所以，要想擁有對半導(dǎo)體技術(shù)的長久控制權(quán)，需要將更多的晶圓制造產(chǎn)能拉回到美國本土。

Intel CEO Pat Gelsinger向CBS節(jié)目主持Lesley Stahl展示一個晶圓。(來源：CBS)

25年前，美國半導(dǎo)體制造產(chǎn)能占全球的37%，而今天這個數(shù)字下降到只有12%。相比之下，現(xiàn)在亞洲擁有75%的全球半導(dǎo)體制造產(chǎn)能。Gelsinger表示，作為美國最大的芯片廠商，英特爾有能力也有責任提升美國本土的晶圓制造產(chǎn)能。

為貫徹英特爾的IDM2.0戰(zhàn)略，該公司計劃在其位于亞利桑那州Ocotillo的制造基地新建兩座采用最先進EUV的晶圓廠，估計耗資200億美元。該制造基地已經(jīng)擁有四座正常運營中的工廠，具備所有支持新工廠的基礎(chǔ)設(shè)施，這將加快建設(shè)速度。新的晶圓廠將在2024年為英特爾內(nèi)部業(yè)務(wù)和外部客戶提供晶圓代工服務(wù)。

上周，英特爾CEO Pat Gelsinger在訪問以色列時宣布，計劃在以色列追加投資6億美元，主要用于在耶路撒冷為MobilEye建立一個新的研發(fā)園區(qū)，以及在海法新建一個研發(fā)中心(稱為IDC12)。最終，海法中心將配備6000名員工，開發(fā)他們所謂的“未來芯片”。英特爾在2019年承諾投資100億美元在以色列Kiryat Gat新建一座晶圓廠。作為以色列全國最大的私營雇主，英特爾于1974年開始在以色列運營，目前雇用超過1.4萬名以色列員工。

本周，英特爾又宣布將為其位于新墨西哥州Rio Rancho的工廠注資35億美元，用于升級現(xiàn)有制造設(shè)施，以制造采用2.5D/3D堆疊結(jié)構(gòu)和異構(gòu)集成技術(shù)的新型微處理器芯片。這座于2002年建造的300毫米晶圓廠主要采用32/45nm工藝生產(chǎn)微處理器芯片。

在強調(diào)全球協(xié)作的半導(dǎo)體市場，競爭也異常激烈。就在英特爾宣布斥資200億美元建造兩座新晶圓廠后，臺積電宣布將在三年內(nèi)斥資1000億美元用于研發(fā)、升級和新建晶圓制造產(chǎn)能。TSMC計劃在亞利桑那州鳳凰城建造一座新晶圓廠，主要生產(chǎn)蘋果等客戶所需要的高端芯片，目前還沒有美國工廠能夠生產(chǎn)。

臺積電計劃在美國新建6座工廠，新廠計劃直接上馬最新5nm制程節(jié)點，產(chǎn)能預(yù)計為2萬片/月。雖然還沒有進一步細節(jié)，但可以肯定的是，美國政府迫切要求臺積電赴美建廠。此外，英特爾計劃將其部分i3系列芯片外包給臺積電生產(chǎn)，這也可能是臺積電在美國設(shè)廠的原因之一。

盤點英特爾現(xiàn)有晶圓廠產(chǎn)能

英特爾目前在美國俄勒岡州Hillsboro擁有4座晶圓廠(D1B/D1C/D1D/D1X)，工藝節(jié)點包括7/10/14/22nm，主要生產(chǎn)微處理器芯片;在新墨西哥州Rio Rancho有一座晶圓廠(Fab 11x)，工藝節(jié)點包括32/45nm，主要生產(chǎn)微處理器芯片;在亞利桑那州Chandler擁有4座工廠(Fab 12/32/42)，工藝節(jié)點包括7/10/14/22/32/45/65nm，主要生產(chǎn)微處理器和芯片組。計劃投資200億美元新建的2座晶圓廠也位于這個園區(qū)。

除了位于美國本土的9座晶圓廠外，英特爾在愛爾蘭Leixlip也擁有3座工廠(Fab 10/14/24)，工藝節(jié)點包括14/65/90nm，主要生產(chǎn)微處理器、芯片組和通信芯片;在以色列Kiryat Gat有一座晶圓廠(Fab 28)，工藝節(jié)點包括10/22/45nm，主要生產(chǎn)微處理器芯片;在中國大連有一座晶圓廠(Fab 68)，工藝節(jié)點為65nm，主要生產(chǎn)VNAND存儲器芯片。

英特爾全球晶圓廠分布一覽表。(來源：維基百科/電子工程專輯)

英特爾與臺積電的全球晶圓制造布局

給中國半導(dǎo)體的啟示

為應(yīng)對當前的全球性芯片短缺，每家半導(dǎo)體廠商都在想盡辦法擠現(xiàn)有產(chǎn)能，或計劃擴產(chǎn)成熟工藝產(chǎn)線。最近業(yè)界人士和媒體還對臺積電南京工廠的28nm產(chǎn)線擴產(chǎn)計劃提出異議，竟然擔心會對本土晶圓廠造成威脅。還有人提出為什么在大陸投資成熟的28納米工藝，而不是更為先進的14、7甚至5nm工藝。如果這些人能夠綜觀全球半導(dǎo)體現(xiàn)狀及未來格局，也許就沒有這些疑問了。

與此同時，歐盟和美國政府紛紛拿出先進晶圓制造補貼計劃以吸引廠商投資建廠，目的是占領(lǐng)未來全球半導(dǎo)體格局的制高點。以臺積電和三星為代表的亞洲晶圓制造目前處于領(lǐng)先地位，而中國大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)采用什么應(yīng)對措施呢?在5/3/2nm工藝方面，似乎我們沒有太多的話語權(quán)，雖然國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商和晶圓代工廠商都在努力追趕。筆者認為，本土晶圓制造廠商可以抓住現(xiàn)在的供應(yīng)緊缺和需求旺盛機遇，投資和夯實自家的成熟工藝產(chǎn)線。甚至可以借鑒聯(lián)電(UMC)的做法，與IC設(shè)計客戶聯(lián)合投資新的工藝或產(chǎn)線，以確保未來的投資匯報和產(chǎn)能供應(yīng)穩(wěn)定。

要想在未來10-30年在全球半導(dǎo)體行業(yè)占據(jù)一席之地，甚至領(lǐng)先地位，我們現(xiàn)在應(yīng)該認識到教育、人才和基礎(chǔ)研究的重要性。單靠引進人才和挖人是無法長久持續(xù)發(fā)展的，清華成立集成電路學(xué)院就是一個好的開端。

從fabless公司的角度來看，各國政府和晶圓制造廠商加大投資制造產(chǎn)能是好事，充足的產(chǎn)能供應(yīng)才能解除IC設(shè)計公司的后顧之憂，從而加大芯片技術(shù)的研發(fā)以便贏得客戶的長期合作。

結(jié)語

英特爾抓住全球芯片短缺和美國政府振興本土制造的機遇，積極在美國和歐洲投資建廠以推動其IDM 2.0戰(zhàn)略。在釋放其現(xiàn)有晶圓制造產(chǎn)能方面，英特爾的決心和能力毋庸置疑。然而在最先進的晶圓制造技術(shù)方面，要追趕上TSMC還需要幾年時間，甚至最終能否趕得上還是個問號。

半導(dǎo)體已經(jīng)成為各國科技競賽的制高點，中國半導(dǎo)體必須加入全球半導(dǎo)體的競爭與協(xié)作中，明確自己的價值定位，同時從長期教育和基礎(chǔ)研究做起，唯有如此才能在未來30年占據(jù)一席之地，才有可能占領(lǐng)制高點。