5年，全球激增100多座晶片代工廠，美日歐組成“矽基帝國”
2023年，包括英特爾、台積電等宣布將在美國、歐洲和日本新建半導體製造基地。2024年開年，OpenAI CEO山姆·奧特曼更是被傳出計畫籌資7兆美元，組成「晶片帝國」。
根據不完全統計，過去幾年半導體製造巨頭在歐美日等市場有超過20座晶圓廠已經或計劃破土動工，項目總值超過2000億美元。而根據產業協會SEMI提供的數據，全球5年內新建的晶圓廠超過100座，預計2024年投資總額超過5,000億美元。這標誌著晶圓代工過去集中分佈在東亞地區的局面將會發生重大變化。
2021年，在新冠病毒大流行的高峰期，美國面臨突如其來的災難性半導體短缺。這種短缺對包括汽車製造、消費性電子產品、再生能源在內的數十個主要產業造成了負面影響。後果是巨大的：根據美國商務部的數據，當年的半導體短缺阻礙了美國經濟的成長，損失約在25兆美元左右。
經濟後果之外，晶片短缺也暴露了美國許多產業對亞洲生產的半導體的依賴程度。疫情由此變成了一次粗暴的喚醒——美國人覺察到，對亞洲半導體的過度依賴使其經濟在面對不可預見的事件時變得脆弱不堪。
產業協會SEMI的數據顯示，截至2020年，美國僅擁有12%的全球半導體產能份額，遠低於1990年的37%。正是這種認識導致了“晶片法案”的誕生——它於2022年8月9日經拜登簽署，撥出將近527億美元用於“美國半導體研究、開發、製造和勞動力發展”，具體包括：390億美元對美國本土晶片製造的補貼，製造設備成本25%的投資稅收抵免，還有130億美元用於半導體研究和勞動力培訓。
2023年4月，亦是出於對自身在全球價值鏈中的弱點的考量，歐盟宣布了一項類似的計劃。「歐洲晶片法案」專門撥款430億歐元（約470億美元）用於建設27個成員國的半導體產業，計劃到2030年將其全球市場份額翻一番，從10%增至20%。歐盟委員會主席馮德萊恩表示，透過連接歐盟世界一流的研究、設計和測試能力，歐盟的晶片策略意在「共同打造一個最先進的歐洲晶片生態系統」。
美國和歐洲先後推出的“晶片法案”，是許多人所說的半導體製造復興的主要催化劑。
在日本，根據2022年通過的《經濟安全保障推進法》，政府已將半導體定為對經濟活動和國家安全至關重要的產業，並撥出2兆日圓（133億美元），為企業在製造設施、晶片製造設備和半導體材料方面的投資提供高達50%的補貼。同樣的，韓國則將HBM定為國家戰略技術，中小企業可享有高達40%至50%的稅收減免。
01 晶片製造旋風吹向美日歐
從1980年英特爾在錢德勒市開設半導體工廠開始，美國亞利桑那州就開始享有「半導體沙漠」的美譽。2021年9月，英特爾在錢德勒的Ocotillo園區有兩座半導體工廠破土動工，分別命名為52號工廠和62號工廠（建成後，英特爾將在該園區擁有六座工廠）。新廠計畫量產20A（等效2nm）工藝，兩座製造廠總計耗資約200億美元，原定2024年完工。
2022年，英特爾再宣布將投資200億美元在俄亥俄州哥倫布市外新建兩座工廠，2025年量產intel 10工藝，不過由於半導體市場放緩以及政府補貼不到位，工期已推遲到2026年。這也只是英特爾在俄亥俄州佈局的第一步，它們也希望在當地投入1,000億美元，建立一個容納多達八座半導體製造工廠的大型基地。
同時，英特爾一直在計劃將代工服務打造為無晶圓廠半導體公司的製造合作夥伴。2024年1月，英特爾宣布與全球前五大晶圓代工廠之一的聯電結盟，雙方針對移動、通訊基礎設施和網路等高成長市場，共同開發12奈米工藝，2027年開始量產。
美國以外的市場，英特爾也動作頻頻，2023年先後宣佈在波蘭、德國總計投資366億元新建晶圓製造、封裝測試工廠。同年12月也拿到了以色列政府的32億美元補貼，計畫在特拉維夫南部新建一座價值250億美元的晶片工廠。
英特爾的目標是到2030年超過三星電子，成為全球第二大晶圓代工廠。英特爾重新對代工廠產生興趣，是因為美國政府希望透過將晶片業務中心從亞洲遷回美國，重新奪回半導體產業的霸主地位。
「晶片法案」的牽引之下，台積電2020年也把目光投向了亞利桑那州，將其作為新工廠的落腳點。
台積電的Fab 21第一期原計劃於2024年投入運營，生產4/5奈米晶片，但2023年7月，公司宣布將工廠投產時間推遲到2025年，理由是熟練工人不足。台積電證實將向美國派遣更多的台灣工人，以確保這座價值400億美元的工廠「快速達產」。計畫中的第二座工廠預計於2026年投入運營，生產最先進的3奈米晶片。兩座晶圓廠完工後，每年將生產超過60萬片晶圓，最終產品價值預計將超過400億美元。
台積電初試美國市場可謂出師不利，除人員短缺外，文化差異大、工會態度強硬及政府補貼不積極等都是個中原因。台積電董事長劉德音突然在2023年12月中宣布退休，為美國工廠再添更多變數。一個很大的問題是，台積電原以為在美國建廠的成本會比在台灣高出20%，但實際上要高出50%左右。
與美國相反，台積電在日本建廠則格外順利。2021年11月，台積電宣布與索尼合資在熊本縣建設該公司在日本的首家半導體工廠，汽車零件企業日本電裝隨後加入。台積電的子公司JASM向一廠投資約86億美元，其中日本政府補貼最高4,760億日圓（約32億美元），光是2年8個月就完工，如今二廠的細節也浮出水面——生產比一廠更尖端的6/7奈米製程晶片，投資達135億美元，日本政府計畫提供約7,500億日圓（50億美元）的補貼。
日本對台積電的優點包括其晶片設備和材料供應商網路、相似的工作文化以及毗鄰台灣的地理便利性。日本政府更容易打交道，補貼也很有效率、慷慨。
此外，台積電也承諾先後在德國、新加坡累計投資70億美元在當地分別新建晶圓代工廠。
4年前，台積電是全球地理範圍最集中的科技巨頭之一，幾乎其全部產能都處於300英里的半徑範圍內——台灣與大陸。如今，它即將成為全球最為多元化的晶片製造商之一。這些都是計劃外的狀況，也由此可窺見半導體供應鏈的急劇變化。
三星目前是全球最大的記憶體晶片製造商，其代工業務以較低的兩位數市場份額位居第二，但一直覬覦台積電長期把持的「頭號交椅」地位。在2030願景中，三星計畫總共投資1,160億美元，成為全球頂尖代工企業。
三星早在1990年代末期就已進駐美國德克薩斯，在奧斯汀建立了第一家美國半導體製造廠（現稱為S2代工廠）。2021年，三星宣布將在德州泰勒市破土動工建造一座新的半導體製造廠，並將投入約170億美元用於建築、設備、機械和空間改造，官方稱這是該公司在美國本土進行的最大一筆投資。新廠將為高效能運算（HPC）、人工智慧和5G等技術領域量產5奈米晶片，計畫2024年下半年開始營運。
根據三星的說法，這座新的半導體工廠將“提高關鍵邏輯晶片的供應鏈彈性”，這無疑是對2021年困擾美國無數行業的半導體短缺問題的回應。值得注意的是，三星在德州的新工廠只是雄心勃勃的兩年計畫中的第一座，該計畫旨在泰勒地區的一個地點建造10座半導體工廠，總成本超過2000億美元。最終的製造工廠預計將於2042年完工。
紮根德州的不只是三星半導體，德州儀器在2022年開始在北部謝爾曼附近投資300億美元建設大型半導體基地，被視為「孤星州」史上最大的經濟項目。2023年2月，德州儀器又宣布，投資110億美元在猶他州利哈伊建造第二座12吋晶圓廠。與上文概述的許多設施一樣，德州儀器的新工廠也受益於當地大量的激勵措施。
其他的建廠動作包括美光、格芯、IBM等，不一而足。由於《晶片法案》的通過，美國在過去兩年無疑享受了半導體製造業的重大繁榮。經過多年的停滯，美國終於有了全新的晶片工廠。至2030年，美國境內進行中、已宣布或正在考慮的半導體專案總值達到2,230億～2,600億美元。由此，全球主流的晶片製造商將掀起血雨腥風的競爭，利潤率可能下降。
但半導體工廠的復興並沒有完全局限於美國。
未來幾年，德國將透過建造多個新設施來引領歐洲晶片製造業的復興。除了前文提及的英特爾和台積電的項目，德國最大的半導體製造商英飛凌科技公司2023年宣布，已獲得德國經濟部的批准，開始在德累斯頓市建設一座耗資53.5億美元的工廠。
2021年3月，日本政府宣佈出資420億日元，聯合日本三大半導體廠商－佳能、東京電子以及Screen Semiconductor Solutions共同開發2奈米製程。
2022年11月，豐田、索尼、NTT、軟銀等八家日本公司聯合投資成立了一家名為Rapidus的新公司，目標是在日本研究、開發、設計和製造先進的邏輯半導體，並得到日本政府的支持和價值5億美元的補貼。12月，Rapidus拉來首發2奈米的IBM作為合作夥伴，計劃在2030年之前在日本生產世界上最先進的晶片。即便Rapidus尚未投入量產，但已開始著手研發1奈米製程，象徵Rapidus對推動先進製程的決心。
同時，日本致力於吸引更多晶圓廠進駐，不僅凸顯日本官方振興半導體產業決心，也顯示日本有意成為地緣政治議題下的全球半導體產業新聚落。
還必須指出，雖然新聞媒體重點關注美國、歐洲和日本正在建設的新半導體製造廠，但世界其他地區並沒有忽視對更多半導體晶圓廠的推動。
根據2023年9月的一項統計，38家正在興建的半導體工廠位於東亞和東南亞，尤其是中國大陸、台灣、韓國和日本，佔全球計畫新建製造工廠總數的一半多一點。在南亞，印度專門拿出用於晶片產業擴張的100億美元，將向符合條件的企業提供最高專案成本50%的財政支援。利用中國對投資的吸引力下降的新局面，印度總理莫迪一直散佈印度在「建立可信賴的供應鏈」方面可以發揮重要作用。
02 地緣政治、補貼與“全球本土化”
整個2023年，半導體產業仍處於調整的動盪之中，但從台積電、三星們的財報來看，巨頭們對長期趨勢依舊保持樂觀。
據麥肯錫公司預計，到2030年，半導體產業年均成長6%至8%，年營收將達1兆美元。該行業必須將產量翻番，才能跟上未來需求的步伐，許多公司競相宣布計劃建造新的晶圓廠。
在很大程度上，如此大規模的投資是由幾個因素促成的：地方當局的激勵方案、支持半導體發展的新立法帶來的政府補貼、工程人才的可用性以及現有的半導體生產供應鏈。其他原因包括地緣政治緊張局勢和製造基地多元化的必要性。
在供應鏈運作良好的時候，晶片企業幾乎沒有動力在東亞以外的地區建立新的晶圓廠。
但是，由於新冠病毒大流行以及隨之而來的供應鏈中斷，晶片的產出和分銷面臨挑戰，台灣2021年的乾旱和最近的地緣政治問題使問題更加複雜。這些因素促使企業開始關注工廠選址的多樣化，並探索在美國和歐洲建廠。在評估潛在的新廠址時，能否獲得補貼是主要考量之一。
從更大的角度來看，透過供應鏈多元化和增加國內晶片製造量，美國和歐洲國家試圖讓自己的經濟變得更加適應性，以對抗未來的地緣政治危機。這一切意味著半導體產業「新的全球化」模式到來了——如台灣環球晶圓公司董事長徐秀蘭所觀察到的，過去半導體是一個全球化的生態圈，亦即一個芯片產品的完成，從原料、設計、晶圓製造到代工晶片及封測等等，常常經由全球不同公司的協作，但現在各國都希望有自己的生態圈。
新模式可以總結為「全球本土化」。為了對抗中國運算科技的持續發展，美國及其主要戰略合作夥伴（特別是七大工業國組織會員），將藉著與台積電和三星等半導體大廠的協作，融入當地的半導體供應鏈及產業生態系統，這些生態系統和供應鏈會被安全地包圍起來，這就是所謂的全球本土化。
然而，吊詭的是，半導體產業仍是一個全球體系。儘管各國政府都在尋求建立本土優勢，但企業仍持續進行海外投資。產業協會SEMI總裁兼執行長阿吉特·馬諾查說：「要完全獨立於其他國家或地區，還需要很長的時間，而且我認為這對我們的產業或技術創新都不是最好的選擇。”
他指出，半導體是一個相互連結非常緊密的系統。從基板開始製造晶片，前端製造主要在台灣和韓國進行，組裝業在東南亞。然後，最終測試在美國進行，分銷也從美國開始。整個過程與全球六、七個地區相互依存。把所有東西都搬到美國，會帶來很多挑戰。在一個地區建立完整的生態系統將耗費大量時間，而且會錯失專業化的優勢。
03 一座工廠100億美元起
建造新的晶片工廠本身就是一項成本高且耗時的工作，並且晶片行業是資本密集型行業。近年來，半導體工廠變得越來越複雜，建造成本也越來越高。
根據市場研究機構IBS統計，隨著技術節點的不斷縮小，積體電路製造的設備投入呈現大幅上升的趨勢。以5奈米節點為例，其投資成本高達數百億美元，是14奈米的兩倍以上，28奈米的四倍左右。除了設備成本，由於現在需要更多的空間和更大的建築，建築支出也隨之增加。
一座設備齊全的新工廠耗資約100億美元，需要6,000名建築工人耗時約三年才能完工。而研究公司Free Mobile Radio分析師理查溫沙告訴BBC，用最先進的設備，開設一家的新的晶片代工廠可能要花費250億美元。
以英特爾的愛爾蘭工廠為例，採用了極紫外光微影（EUV）技術，該廠目前有7台由荷蘭製造商阿斯麥製造的光刻機，單價約1.5億美元。在22公里長的軌道上，源源不絕的高架機器人將矽片從一個工具運送到另一個工具，每台機器人的成本與一輛普通寶馬汽車相當。
即便如此，英特爾還是不吝在全球大規模擴張。CEO帕特·基辛格說：「智慧型手機、遠距醫療、遠距工作、遠距教育、自動駕駛汽車…人類的每個方面都在變得更加數位化，而當它們變得數位化時，會在半導體上運行……這是未來人類生存方方面面的核心，而世界需要一個更加平衡的供應鏈來完成這個目標。我們正在入場。”
基爾格的觀察是準確的，半導體正在對更多產業變得更加重要，供應故障被視為經濟和政治威脅。這已不再只是智慧型手機和個人電腦的問題。從軍事/航空和人工智慧系統到超大規模資料中心、醫療設備、交通運輸（汽車、卡車、船、飛機、鐵路），更不用說社交媒體、量子運算和加密貨幣，都在使用晶片。這些晶片的設計和製造，以及與之相關的研究，可以提供成千上萬個高薪工作崗位，這使得在岸/離岸外包成為一個熱門的政治話題。
單獨來看，每一個新的晶片廠，都是對未來的巨大賭注。從整體來看，這些項目可能會改變晶片製造的重心，使設計和製造在區域基礎上更加緊密地結合在一起。然而，這種影響能多快顯現出來仍不確定。
麥肯錫公司高級合夥人翁德雷·布爾卡基說：「在世界其他地方重建任何半導體供應鏈要素都需要時間。」一個新的半導體工廠進入良好運作需要5年時間。技術研究發動輒需要10到15年。如果想要在供應鏈中創造更多的彈性，實現更多的在地化，一天之內是無法做到的。供應鏈的特徵是全球性，沒有什麼是真正在地化的，因為它是為服務全球市場而建立。在這個意義上，你不可能有一個比半導體產業更俱全球性的起點。
目前，晶片製造業務在全球範圍內以超大規模運作，需要一條橫跨多個大洲的供應鏈。全球擴廠將對管理、財務及其他資源產生相當程度的需求，並可能帶來難以克服的挑戰，包括成本增加、工人短缺、天然或人為災害、工業用地不足、環境問題、網路攻擊、政府補貼不到位、工作文化差異、智慧財產權保護、各地稅務法規等。台積電在美國建廠工期的一再延宕就是明證。
放眼未來，半導體供應鏈的多元化和風險緩解會保持為一個相當長時期的主題。最近，新的因素帶來了進一步的震盪。俄羅斯和烏克蘭、以色列和哈馬斯之間的衝突對供應鏈產生了連鎖反應。需求的持續波動也使得物流業幾乎不可能預測未來的需求。隨著製造商、物流業者和消費者努力應對不斷湧入的變化，目前存在著不可否認的不確定性。
在這樣的情況下，晶片製造商和眾多其他參與者紛紛進行策略調整，以保護其營運免受不確定性的影響。
投資晶片業，除了減輕意外衝突的影響，為及時供應提供更大的靈活性，還可以以多種方式使投資所在地受益。這些大型、高度複雜的設施的建設過程歷時數年，將創造數以千計的建築工作。一旦工廠竣工並準備好製造，將需要工程師、技術人員和其他專家來運作它們，為週邊地區創造數千個高薪就業機會。如此投資可能會帶動數十年的就業，從建築到工藝工程再到材料科學，從而為其所在的城市和社區帶來真正、持久的繁榮。
這些當然是美國、歐盟和日本等在通過相關立法時所設想的。這也是為什麼代工廠和設備公司正在規劃巨額投資，以及為什麼各國政府正在自己的後院大力推動半導體和相關技術的原因。（騰訊科技/作者北京大學新聞與傳播學院教授胡泳）