在美國建晶圓廠，太難了
誠然，近幾年來，美國《晶片法案》為振興美國本土半導體產業注入了強心劑，吸引了眾多國際巨頭爭相前來投資建廠。然而，在這片欣欣向榮的背後，美國半導體製造業也陸續暴露出諸多的問題。
根據安全與新興技術中心（CSET）的報告，美國的晶片廠建設速度是全球最慢的地區之一。CSET調查了1990年至2020年間的晶圓廠建設情況，發現美國從開始建設到投產的平均時間為736天，遠高於全球平均水平（682天），僅次於東南亞（781天）。相比之下，台灣為654天，韓國為620天，而日本則僅為584天。
截至目前，美國的新建晶圓廠項目頻繁推遲，許多項目的進展不確定，未來是否會出現爛尾的情況也難以預料。而人才短缺所暴露出的問題則更大。
推遲！推遲！再推遲！
台積電美國亞利桑那州晶圓廠推遲
自2020年5月首次宣佈赴美設廠以來，台積電已陸續規劃在美國亞利桑那州建3座工廠，但4年過去了，台積電的第一座晶圓廠還未生產出任何一款晶片。
回顧台積電在美的建廠計畫：
2020年5月15日，台積電宣佈，在美國聯邦政府和亞利桑那州的相互理解和支援下，計畫在美國亞利桑那州建設和營運一座先進的半導體工廠。台積電在2021年至2029年期間對該項目的總支出（包括資本支出）約為120億美元。當時宣佈的消息是，工廠計畫於2021年開始建設，預計於2024年開始生產。但是，在2024年4月8日，台積電最新消息稱，台積電亞利桑那州的第一座晶圓廠有望於2025年上半年開始利用 4nm 技術進行生產，延遲了一年之久。
2020年12月6日，台積電宣佈在亞利桑那州建設第二座晶圓廠，最初預計是在2026年生產3納米晶片。但是這座晶圓廠也已經宣佈延期了，台積電表示，第二座晶圓廠除了之前宣佈的 3nm 技術外，還將採用下一代納米片電晶體生產世界上最先進的 2nm 工藝技術，並將於2028年開始生產。
2024年4月8日，台積電宣佈，將根據《晶片與科學法案》直接提供高達 66 億美元的資金，計畫在台積電亞利桑那州建造第三座晶圓廠。隨著第三座晶圓廠的建成，也將使得台積電在美國的累計投資高達650億美元，成為美國史上最大的外國直接投資。第三座晶圓廠將採用2nm或更先進的工藝生產晶片，並將於2030年底開始生產。
當時建廠的時候有多麼滿腔熱血，現在的文化衝突就多麼讓人頭痛。據《紐約時報》的報導，包括高管在內的12名台積電員工表示，台灣管理人員與美國工人之間的文化衝突導致雙方都感到沮喪。台積電以其嚴格的工作條件而聞名，人們在半夜因緊急情況被叫去工作並不罕見。但在鳳凰城，一些美國員工在對期望的分歧爆發後辭職。除此之外，美國的員工還抱怨不必要的會議，對此，台積電減少了會議的頻率和參加人數，試圖緩解緊張的局勢。目前在鳳凰城的台積電2,200名工人中，約有一半是從台灣引進的。
英特爾俄亥俄州工廠推遲兩年投產
英特爾則在美國多地建廠，包括在亞利桑那州、新墨西哥州、俄亥俄州和俄勒岡州新建晶圓廠和擴建工廠，未來五年的投資金額預計超過1000億美元。在亞利桑那州，英特爾正在新建兩家尖端半導體工廠，預計每家工廠將耗資 150 億至 200 億美元；在新墨西哥州，英特爾將在其新墨西哥州的工廠投資 35 億美元，用於生產其先進的半導體封裝技術，包括英特爾突破性的 3D 封裝技術 Foveros；在俄亥俄州，英特爾將投資超過200億美元建造兩座新的尖端工廠，這是該州歷史上最大的一筆私營部門投資；在俄勒岡州，英特爾計畫耗資數十億美元擴建和現代化俄勒岡州的工廠。
由於市場挑戰以及政府撥款緩慢等原因，在今年3月1日英特爾提交給俄亥俄州政府官員的一份報告中顯示，他們在俄亥俄州的兩座晶圓廠生產將比原計畫至少晚兩年。報告中顯示，兩座位於哥倫布的半導體晶片工廠都要到 2026 年或 2027 年才能完工，要到 2027 年或 2028 年才能投入營運。
在 2022年9月的奠基儀式上，英特爾表示，這兩座工廠將於 2025 年投入營運。英特爾俄亥俄州項目總投資200億美元，但報告中顯示，英特爾已經投資了15億美元，加上合同承諾的30億美元，總投資額為45億美元，佔總投資額的四分之一。
三星泰勒工廠推遲兩年
2021年，三星宣佈在美國德克薩斯州泰勒市建設一個半導體叢集，包括兩座先進邏輯晶圓廠和一座先進封裝設施，投資至少170億美元，這也是三星在美國有史以來最大的一筆投資。自1978年開始在美國營運以來，三星在美國的總投資額超過470億美元。當時預計泰勒工廠將在 2024 年下半年開始量產 4nm。
但在今年4月30日，在三星季度業績發佈會上，三星表示，已將泰勒工廠項目的投產時間從 2024 年下半年推遲到“可能2026年”。
2024年4月15日，美國商務部與三星電子（Samsung）簽署了一份不具約束力的初步條款備忘錄（PMT），為三星提供64億美元的晶片補貼。這將推動三星在該地區再投資 400 億美元。
三星也進一步闡明了泰勒生態系統將包括兩座專注於大規模生產4nm和2nm工藝技術的前沿邏輯代工廠、一座致力於開發和研究領先目前生產節點技術的研發工廠，以及一座生產 3D 高頻寬儲存器和 2.5D 封裝的先進封裝工廠。
上游供應商的工廠也擱置了
建設晶圓廠，其中必然需要很多化學品、裝置等材料。在台積電和英特爾宣佈在美國建廠計畫後，有不少化學和材料製造商供應鏈也跟著一起來建設生產廠，包括化學和材料製造商長榮化學(LCY Chemical)、索爾維(Solvay)、長春集團(Chang Chun Group)、KPPC Advanced Chemicals (Kanto-PPC)和Topco Scientific，他們還在離英特爾和台積電晶圓廠不遠處的鳳凰城東南部的卡薩格蘭德鎮，購買了建設設施的土地。
日經亞洲在今年年初報導，這些對建構完整的晶片供應鏈至關重要的設施的建設已被擱置或大幅縮減，表明重建美國晶片供應鏈的挑戰比預期的要大。
大多數受影響的公司將項目推遲歸咎於建築材料和勞動力成本的飆升，以及建築工人的短缺。
有材料供應商表示，在亞利桑那州建廠的成本比在亞洲建廠成本高出四到五倍，化學品供應商的利潤率比晶片製造商要低，因此對成本上漲更為敏感。而且再加上英特爾和台積電的擴張進度也慢於預期，本地需求還不需要那麼多本地供應。對於化工行業來說，要有經濟規模才能有經濟效益。
相比複雜的晶圓廠，材料生產廠建廠的速度要更快一些，這意味著他們可以在客戶準備就緒時再建廠也不遲。材料廠雖然也在美國晶片法案補貼的行列之內，但根據美國商務部的程序，只有在這些晶片製造商的補貼決定後，才會向材料和化學品供應商提供財政支援。所以他們選擇先擱置建廠計畫，通過物流運輸向美國運送化學品來滿足當地的需求。
應用材料是全球半導體裝置龍頭，也是美國最大的半導體裝置供應商。8月份，據彭博社資訊，全球半導體裝置龍頭廠商應用材料期待已久的研發中心申請晶片補貼被拒。這也顯示出材料和裝置公司很難拿到補貼。
誰拿到了最多的晶片補貼？
在當前獲得晶片補貼的廠商中，英特爾無疑是最大的受益者。
2022年8月頒布的《晶片法案》計畫撥款超過527億美元，以支援美國的半導體研發、製造和勞動力發展。其中，390億美元用於直接補貼半導體生產廠商。
3月20日，美國商務部與英特爾簽署了非約束性的初步條款備忘錄，計畫通過《晶片和科學法案》向英特爾提供85億美元的直接資金補貼和110億美元的聯邦貸款擔保，以推動其在亞利桑那州、新墨西哥州、俄亥俄州和俄勒岡州的半導體項目。
2023年2月19日，美國政府宣佈將向Global Foundries（格芯）提供15億美元資金，用於在紐約州馬爾他興建新半導體工廠，並擴大當地與佛蒙特州伯靈頓的生產規模。同時，還提供16億美元的貸款。
2024年4月8日，美國商務部宣佈將向台積電發放66億美元的直接資金補貼，並提供50億美元的低息政府貸款，用於支援台積電在亞利桑那州建設三座新型晶片廠。
4月15日，美國商務部還宣佈將向三星提供64億美元的直接補貼，以支援其在德克薩斯州建設電腦晶片製造和研發產業叢集。
4月25日，美光科技宣佈將獲得61.4億美元的直接資金，用於在紐約建設兩座DRAM晶圓廠，並在愛達荷州新建一家DRAM晶圓廠。
7月26，外包半導體封裝和測試供應商安靠科技（Amkor Technology）宣佈，獲得了4億美元的直接資金支援和2億美元貸款，安靠科技於2023年11月宣佈計畫在亞利桑那州皮奧里亞建設首個美國國內OSAT設施。安靠科技預計投資約20億美元，並在新設施中僱傭約2000名員工。建成後，這將成為美國最大的外包先進封裝和測試設施。值得一提的是，美國在封裝領域計畫撥款總額為16億美元。
此外，美國微芯科技（Microchip Technology）獲得了1.62億美元的政府撥款，以將美國兩家工廠的成熟節點半導體晶片和MCU的產量提高兩倍。
晶片補貼難以撼動美國緩慢的建廠速度，建設晶圓廠需要土地、水、電、人才等多方面資源的長期保障，況且這些補貼還不知道何時能到位。
美國晶圓廠建設面臨的最大挑戰
在美國建設晶圓廠最大的挑戰是缺人。這包括兩類人才：一類是建築人才；另一類是營運晶圓廠所需的技術人員。
據麥肯錫的報告分析，二十多年來，美國從未大規模建設過晶圓廠，而且國內很少有建築商具備完成這些專業項目所需的經驗、能力和專業知識。除此之外，半導體公司還必須與多個行業的公司（包括住宅）競爭各類建築工人（從土方專家到熟練電工），而美國的勞動力市場本身已經十分緊張。
一旦晶圓廠建設完成，就要面臨著晶圓廠員工的短缺問題。無論是本地的廠商還是國外的晶圓廠，他們的晶圓廠建設所在地相對集中，例如，台積電和英特爾都在美國亞利桑那州建廠，亞利桑那州和德克薩斯州之所以吸引投資，是因為它們已經擁有晶圓廠生態系統，而且當地政府歷來都提供激勵措施並幫助協調這一處理程序。除了巨大的激勵措施外，俄亥俄州正成為一個理想的地點，例如三星在哥倫布晶圓廠投資超過200億美元，紐約州也提供激勵措施鼓勵晶圓廠建設。其他吸引投資的州包括印第安納州、新墨西哥州、俄勒岡州、猶他州和弗吉尼亞州。晶圓廠的聚集性，也使得人才競爭愈發激烈。
據麥肯錫的一份新研究發現，就目前美國所宣佈的投資而言，遠遠超過了目前可用的人才供應。到2032年，為迅速擴張美國半導體產業，公共和私人投資總額將超過 2500 億美元。這項投資將帶來超過 16 萬個工程和技術支援崗位的新職位空缺，以及相關建築工藝崗位的額外空缺。
麥肯錫還指出，雖然近年來在晶片法案的促進下，每年大約有1500名工程師加入半導體行業，只佔52%的工程專業畢業生進入工程崗位的3%。與此形成對比的是，到2029年，預計對半導體工程師的需求將達到88,000人，潛在的人才缺口由此可見一斑。
如果沒有足夠的技術人員和工程師，工廠就無法滿負荷運轉。反過來，製造商的生產力也會下降，這可能會提高晶片的售賣價格。
對此，美國也開展了一些年輕人才培養計畫，例如：
普渡大學牽頭開展由國防部資助的學術項目SCALE ，旨在培訓 22 所大學的學生成為微電子工程師、硬體設計師和製造專家。
三星奧斯汀半導體公司與泰勒獨立學區合作，為未來的職業發展培養寶貴技能，並為學生提供實習機會。
美光科技正在與11所大學（美國 6 所、日本 5 所）合作，耗資6,000萬美元，計畫每年為5,000名學生提供潔淨室體驗式學習和與記憶相關的研究。
密歇根經濟發展公司 (MEDC) 投資360萬美元用於促進半導體培訓和教育，分給底特律大都會區的四所高等教育機構：奧克蘭大學、密歇根大學、沃什特瑙社區學院和韋恩州立大學。另外，MEDC 還向密歇根州上半島的密歇根理工大學提供了 838,000 美元，以通過微證書課程擴大其半導體培訓和教育。
此外，還有一些短期的技術人員培訓計畫，如：
亞利桑那州馬里科帕縣社區學院區通過與英特爾和台灣半導體製造公司的合作，計畫培訓4,000至6,000名技術人員。這兩家公司在半導體製造廠進行了大規模投資。
俄勒岡州和華盛頓縣也在支援與英特爾合作的波特蘭社區學院，對半導體技術員提供為期十天的帶薪培訓課程。
密歇根州向 SEMI 基金會提供了150萬美元，用於支援求職者並通過註冊學徒計畫吸引半導體人才。
GlobalFoundries與哈德遜谷社區學院和紐約州立大學合作，在紐約州馬耳他的製造基地提供約18個月的全職帶薪學徒計畫，學徒將接受在職培訓並參加由紐約州立大學資助的課程。
雖然這些速成班能夠解一時的燃眉之急，但是晶片工廠仍然還需要大量的高技術人才。這些高精尖的人才更為關鍵。
事實上，麥肯錫預估，考慮到目前的增長率和預測需求，到2029年，半導體行業的潛在人才缺口可能在工程師和技術人員勞動力隊伍中達到約59,000至146,000名工人。預測範圍的下限代表了 CHIPS 項目辦公室對其支援項目的估計完全實現的情況，而上限較高的數字反映的是當項目或資金水平達不到預期時可能出現的情況。
寫在最後
如此大動干戈，美國的半導體製造水平會怎樣呢？據SIA表示，預計到2032年，美國在全球半導體產量中的份額將由目前的10%增至14%，這離30年前的37%還差很遠。美國的半導體製造目標，路還很長。(半導體行業觀察)