中国台湾已量产3nm芯片，美国为何还在掉队？

　　＂苹果公司设计了运行iPhone操作系统的超复杂处理器，但这家位于美国加州库比蒂诺的巨头无法生产这些芯片，美国、欧洲、日本或中国大陆的任何一家公司都不能生产。这些芯片只能在一家台湾公司的一栋楼里生产，这是人类历史上造价最高的工厂……＂Chris Miller在《芯片战:争夺全球最关键技术》(Chip War:The Fight for the World’s Most Critical Technology)中表示。
　　西方国家推动芯片制造本土化
　　持续近3年来的全球芯片短缺，让西方国家意识到芯片制造本土化的重要性。此前，欧盟、美国等大多数西方政府都不太关心半导体供应链，他们更重视家电、汽车等终端产品的本土化制造。而Covid-19和全球芯片短缺所带来的冲击，让采购非本土制造芯片的风险日益突出。
　　去年，美国和欧盟都颁布了《芯片法案》，新法案强调将加强对本土半导体制造业的投资。因此，英特尔(Intel)、AMD和天水(SkyWater)等公司相继做出承诺，这些巨头公司将投入数千亿美元在美国和欧盟建设新制造设施，并为这些地区的高校培训项目提供资金。
　　但这些新投资的设施至少还要数年后才能投入运营。届时，新设施虽能缓解诸多行业关键芯片短缺的压力，但其工艺仍将落后于最先进的芯片制造技术。与此同时，中国台湾、日本、韩国等亚洲地区的政府，正通过补贴芯片企业、资助培训项目、压低本币汇率，以及提高进口关税等方式，为从业者进入硅产业提供了极大便利。
　　2021年，时任Arm首席执行官的Simon Segars透露，半导体行业每周花费20亿美元来扩充产能和建设新基础设施。不过，还需花费数年时间才能把芯片交货时间缩短到2019年的水平。
　　台湾芯片制造商持续领跑
　　2022年，全球半导体行业总计生产了超过1万亿颗芯片。根据欧盟委员会(European Commission)推动的芯片调查显示：预计到2030年，全球芯片的需求量将翻一番。业内分析师与美国半导体行业协会(SIA)还统计了两组数据：1.全球约有22%的芯片产自中国台湾；2.全球90%以上的先进工艺芯片产自中国台湾。
　　去年，台积电(TSMC)首席执行官魏哲家公开表态，其客户对3nm(纳米)芯片的需求已超越公司的供应量，到2023年台积电将满载生产3nm芯片。造成这种情况的部分原因是机台交付期过长。紧接着在2022年12月，这家半导体巨头对外宣告称，公司已经开始量产3nm芯片。业内分析人士预估，在未来五年内，将有1.5万亿美元规模的终端产品采用3nm芯片技术。
　　日前，台积电董事长刘德音在台湾南部科学园区(STSP)工厂Fab 18新工厂开幕仪式上指出，台积电在保持技术领先地位的同时，也在台湾地区进行了大量投资，继续在环境方面进行投资和共同繁荣。
　　此外，咨询机构IBS的首席执行官Handel Jones预测称，到2025年，台积电台湾工厂或能为苹果供应2nm芯片。
　　在几十年前，美国公司一直在引领全球芯片的生产。随着中国台湾和韩国等地区在半导体制造领域实力凸显，美国的芯片产量占全球的份额下降到12%左右。在过去10年里，海外芯片制造业产出的平均增速是美国的5倍。
　　其中，＂成本高昂＂和＂技术壁垒＂是美国芯片产量占全球比例下降的两个重要原因。目前，只有台积电和三星电子可制造出业界最尖端的芯片。虽然它们在欧洲、美国和日本正在投资建设新制造设施，但欧、美、日地区的工厂都未采用其最先进的芯片技术。
　　芯片制造设备受供应链限制
　　荷兰的ASML是当前全球唯一极紫外(EUV)光刻机供应商，EUV光刻机是制造尖端半导体至关重要的设备。2022年，ASML的一位发言人在接受媒体采访时表示，目前市场对公司系统的需求超过了其完成订单的能力，ASML正试图通过帮助客户利用现有工具和其他措施，从而获得更多产出来解决这一问题。
　　有趣的是，半导体设备业也受限于芯片产能和芯片交期——成熟芯片的稀缺致使半导体设备的交付时间越来越长，一些新设备订单的交付日期甚至到了2-3年。
　　对此，台积电和其他芯片制造商还警告客户：由于受芯片生产设备短缺的限制，他们可能无法在未来两年内提高相关芯片的产量。
　　台积电的最先进工艺保留在台湾
　　半导体是中国台湾地区极其重要的产业，台湾当局鼓励台积电将最新技术留在台湾，台积电其他地区工厂的技术比台湾工厂落后好几年。
　　2020年，台积电宣布斥资120亿美元在美国亚利桑那州建一座5nm芯片厂(Fab 21)，5nm制程比当时大多数芯片都先进，但它仍落后于2021年台湾工厂的工艺水平。此后，台积电应苹果公司要求，计划把凤凰工厂升级到4nm工艺，该工厂将于2024年投产。此外，台积电在亚利桑那州的第二家工厂将于2026年运营，该工厂将生产3nm制程工艺的芯片，预计新工厂的技术比台湾工厂落后3年。
　　原文链接：文章翻译自国际电子商情姊妹刊EPSNews，原文标题：Taiwan Already Has 3-nm Chips; Why the U.S. Lags