台积电美国工厂：400亿美元的形象工程

无聊小北

以下文章来源于远川科技评论 ，作者叶子凌

2022年12月，美国亚利桑那州的凤凰城的台积电晶圆厂装机庆典，全球顶级芯片公司一把手齐聚一堂，91岁的张忠谋也前来捧场。按照规划，亚利桑那晶圆厂将在2024年正式运营，生产N4制程的芯片——也就是A16和H100采用的制程。
装机仪式上，台积电还高调宣布在当地建第二座晶圆厂，于2026年生产更先进的3nm芯片，总投资额超过400亿美元。拜登激动地当场宣告：“各位，美国制造业回来了。”



然而没过多久，亚利桑那州晶圆厂就宣布推迟投产。今年2月，台积电向《纽约时报》大倒苦水，直指美国工人爷爷难伺候。赴美的台积电工程师说：“美国人在分配到多项任务时，可能会拒绝接受新任务，而不是努力完成所有任务[1]。”

美国工人则向《Business Insider》控诉台积电管理混乱，罪状包括：工地上的亚洲工人不戴安全眼镜和手套；每天开工前花费1小时进行安检排队；台积电故意不告诉工人正确的工作信息，以歪曲亚利桑那州劳动力的技能水平等等[2]。

台积电在美国的跌宕似乎并非孤例，要知道富士康当年在威斯康星州的“世界第八大奇迹”，现在还没盖好呢。

美国制造，亚洲封装

2016年，搭载A10芯片的iPhone 7上市，在CPU速度较前代iPhone 6提高两倍多、内存容量提高一倍的情况下，机身厚度控制在了7.1毫米，是历代iPhone中第二薄的。

实现这一点，关键因素是台积电提供的名为“InFO”的封装技术。

何为封装？简单来说，芯片在生产完成后，晶圆会被切割成单个裸片（Die），放置到基板上，引出管脚/引线，最后盖上外壳——这就是传统的封装方式。



与之对应，“先进封装”将技术的注意力放在了缩短芯片之间的通信距离，以实现性能提升或芯片面积/能耗的下降。在iPhone 7中，台积电就将A10处理器与LPDDR内存芯片整合在同一个封装中。此后的A系列芯片都应用了台积电的先进封装方案。

我们平时所说的芯片（Chip），大部分指的是完成了封装步骤的芯片。而晶圆厂生产的大部分“芯片”，其实是由类似下图中一个个裸片组成的一整块晶圆。



时至今日，从A系列到特斯拉的Dojo，从AMD的MI300到英伟达的H100，先进封装几乎已成为高性能芯片的标配。每一颗H100从台积电十八厂的N4/N5产线上下来，都会运往同在园区内的先进封测二厂，完成最关键的CoWoS封装步骤。

而先进封装的普及，暴露了台积电美国工厂面临的一个问题：即便芯片在美国生产，还是得送到台湾地区完成封装。

虽然亚利桑那州长Katie Hobbs曾表示，台积电在凤凰城还将展开先进封装厂的建设计划，但先进封装厂的投资本就不菲，如果本地的订单量不够，算下来可能会更亏。

今年六月，台积电董事长刘德音就在股东大会上表示，出于成本原因，美国厂目前尚未规划先进封装产能。但同一时间，位于台湾竹南科学园区的台积电封测六厂正式启用，洁净室面积大于台积电其他封测厂的总和，用于进行InFO、CoWoS等先进封装技术的量产工作[3]。

先进封装对高性能芯片的重要性，直接体现在台积电的收入上。根据分析师Robert Castellano的测算，台积电生产一颗H100芯片的收入“只有”不到200美元，但单颗芯片的封装收入却超过700美元。

其他的先进封装产能，除了英特尔外，三星、联电、日月光都在东亚。时至今日，台积电依然会把最先进的晶圆厂放在台湾地区。

封装只是台积电在美国面临的成本问题的一个缩影。晶圆厂虽然可以拔地而起，但芯片制造能力很难在短时间内通过补贴实现“转移”的效果，因为它是一个包含了几十个环节的庞大体系。

而这套体系的核心在东亚。

转移的不只是工厂

芯片制造是技术和工业的高峰，但更是一个成本的游戏。

这也是为什么集成电路虽然诞生在美国，其生产制造却在几十年里迅速的转向东亚，以至于全世界80%的集成电路都在亚洲生产。

韩国生产了全球一半的存储器，台积电和三星在芯片代工的市场份额将近80%，全世界最大的封测厂都在中国大陆和台湾地区。台积电上一次去美国建工厂还是1996年的事。种种因素决定，劳动力密集、储蓄率高、政府财政投资意愿强的东亚，最终成为摩尔定律的战场。

而在这个转移的过程中，从美国转移到东亚的不仅仅是工厂，而是与之对应的研发生产与人才输送体系。

台积电在台湾地区建设的不仅仅有晶圆厂，还有对应的研发中心，用来开发面向未来的2nm和1.4nm芯片生产技术。同时，台积电绝对领先的市场地位也会影响人才的流动。

2022年，半导体产业占台湾地区总GDP的13%，晶圆代工业务对半导体行业的贡献则达到52%。与之对应，台湾地区每年有近20万大学毕业生，50%以上都是工科学生，且以电子制造和半导体专业为主。

由于晶圆厂建设的巨大投资，台积电甚至带动了台湾地区建筑行业的增长。

三十多年来，强势的半导体产业和教育体系形成了一套双向反馈的系统，应届生批量的流向台积电和联电这类芯片制造企业，为产业源源不断地输送弹药。

这也是为什么半导体研究机构SemiAnalysis认为，随着芯片封装技术越来越先进，苹果和英伟达等台积电客户将发现，将自己从亚洲解脱出来的难度越来越大。这是因为台积电总是在台湾地区开发最新的制造和封装工艺，那里的成本更低，人才也更容易找到[4]。



也就是说，产业转移过程中，转移的不仅仅是工厂和生产线，而是与之配套的技术创新体系和人才培养体系。在“制造业回流”这个语境里，工厂可以转移，但人才的体系却无法复制粘贴。

同属制造业的波音是一个很典型的例子。上世纪80年代后，波音将客机生产向美国之外外包，由此带来了一个深层影响：随着产业链环节在美国消失，与之对应的人才体系也出现塌方，导致产业工人的供给出现断层，继而限制了技术升级以及创新的可能。

后来为了解决交付压力，波音不得不返聘已经退休的机械师和检查员，原因就是大规模的人才断层。

从1979年至2011年，美国的制造业就业人数减少了40%，与工厂消失的很可能还有配套的供应商，大学的专业和学术界的相关研究。

人才总会向产业的高地流动，如今西雅图的美国应届生更愿意去亚马逊工作，还是去23公里外的波音工厂打螺丝，不言而喻。


而“半导体制造”甚至是很多美国人没听说过的职业选择。亚利桑那州凤凰城的一位人力官员桂林·沃勒（Kweilin Waller）曾表示，“应聘者听到对半导体制造业时，常一头雾水，不太熟悉[5]。”

因而，美国试图通过补贴和建厂重塑芯片生产能力，最终也会遇到人才断层的问题。

美国市值最高的公司里，只有苹果勉强算制造业，但它没有一间工厂。奥巴马曾问乔布斯，“需要做什么，才能让iPhone回美国生产？”乔布斯毫不犹豫的回答：“那些工作不会回来了。

计算机大国的烦恼

不久前，曾经担任台积电研发处处长的杨光磊接受采访，虽然讨论的主题是英特尔和台积电的竞争，但也能从一个侧面反映台积电为什么会在美国水土不服。

杨光磊认为，当前美国年轻人的就业重心都在软件，比起半导体工厂，大家更愿意去微软、Google和META工作，几乎没有先进的半导体研发与制造人才。同时，对美国来说，半导体制造是个“移民型产业”：

“上世纪80~90年代的美国半导体产业，都是由东方面孔的亚裔撑起一片天。如今，在这些东方面孔的人才回到亚洲后，现阶段美国的半导体产业要持续发展，就变得相当的困难。”

事实也是如此，美国芯片制造产业的建立来自许多亚洲面孔，他们大多都有赴美求学-在美国半导体公司工作-回亚洲创业的履历。在这个过程中，芯片制造的产线、研发和人才体系的中心也转移到了东亚地区。



外界常常将美国视为芯片强国，但实际上，美国真正的优势产业是以软件为代表的“计算机科学”，而不是以大规模标准化生产为核心的芯片制造。两者虽然都诞生在美国，但后者在80年代后不断外流，而前者不仅从未“外流”到其他经济体，反而优势越来越大。

举例来说，英伟达虽然是一家芯片公司，但它的强项在于芯片架构和设计，以及以CUDA为代表的软件能力，而芯片的生产则完全交给代工厂。

在这个语境下，Unix、RISC、数据库、人工智能等计算机科学领域的细分门类，几乎都诞生在美国，并始终拥有巨大的优势。


芯片制造则是一个非常“东亚性”的产业，特点是24小时连轴转的工厂，强调纪律和服从。在产线上工作时，员工处于与世隔绝的状态，既不能用手机，也不能上外网。加上工作时需要穿上无尘衣，连厕所都不能随便去。


一位驻场过不同晶圆厂的设备商曾向《日经亚洲》表示，一些美国工人到台积电位于台湾地区的工厂接受训练后，会因无法承受严苛的军事化管理当场提桶跑路。

相比难管的美国工人，台积电在日本的投资就顺利的多。按照《南华早报》的说法：台积电认为，日本的工人更愿意加班，因为芯片制造机器要在无菌的洁净室里全天候运转。而日本的工人以工作时间长和对雇主的忠诚而闻名。

因而，对大部分美国科技人才来说，在半导体工厂之外，有太多收入更可观的职业选择。根据招聘平台信息，台积电在美雇佣工程师的平均年薪约为11.8万美元，而美国软件工程师的平均年薪是15.6万美元[6]。

根据美国半导体行业协会(SIA)发布的报告，到2030年，美国半导体行业将新增11.5万个工作岗位，但其中58%，即6.7万个岗位可能面临空缺[7]。



对于台积电来说，薪资待遇可以硬着头皮涨，企业文化也有变通的空间，但生产的规则和人才的培养难以速成。

无论芯片制造有多少高科技的成色，但其核心依然是24小时连续运转的工厂，以及对资本和劳动力的高强度消耗。晶圆厂也是厂，它意味着透支身体的加班、枯燥重复的劳动和毫无尊严的集体宿舍。

决定人才流动的最主要因素，始终是一个产业的盈利能力。王传福说“以前想招清华北大人家看不上，今年招到不少”，原因还是比亚迪的车卖的越来越好。

“最懂芯片的人都在华尔街和陆家嘴”可能是个段子，但毕业生都想挤进软件大厂确是事实。台积电在美国的问题，对我们来说并非毫无参考价值。