在美國建晶圓廠，太難了

誠然，近幾年來，美國《芯片法案》為振興美國本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入了強(qiáng)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后，美國半導(dǎo)體制造業(yè)也陸續(xù)暴露出諸多的問題。

根據(jù)安全與新興技術(shù)中心（CSET）的報告，美國的芯片廠建設(shè)速度是全球最慢的地區(qū)之一。CSET調(diào)查了1990年至2020年間的晶圓廠建設(shè)情況，發(fā)現(xiàn)美國從開始建設(shè)到投產(chǎn)的平均時間為736天，遠(yuǎn)高于全球平均水平（682天），僅次于東南亞（781天）。相比之下，中國臺灣為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(jìn)展不確定，未來是否會出現(xiàn)爛尾的情況也難以預(yù)料。而人才短缺所暴露出的問題則更大。

回顧臺積電在美的建廠計劃：

2020年5月15日，臺積電宣布，在美國聯(lián)邦政府和亞利桑那州的相互理解和支持下，計劃在美國亞利桑那州建設(shè)和運(yùn)營一座先進(jìn)的半導(dǎo)體工廠。臺積電在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(dāng)時宣布的消息是，工廠計劃于2021年開始建設(shè)，預(yù)計于2024年開始生產(chǎn)。但是，在2024年4月8日，臺積電最新消息稱，臺積電亞利桑那州的第一座晶圓廠有望于2025年上半年開始利用 4nm 技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，延遲了一年之久。

2020年12月6日，臺積電宣布在亞利桑那州建設(shè)第二座晶圓廠，最初預(yù)計是在2026年生產(chǎn)3納米芯片。但是這座晶圓廠也已經(jīng)宣布延期了，臺積電表示，第二座晶圓廠除了之前宣布的 3nm 技術(shù)外，還將采用下一代納米片晶體管生產(chǎn)世界上最先進(jìn)的 2nm 工藝技術(shù)，并將于2028年開始生產(chǎn)。

2024年2月，臺積電位于美國亞利桑那州第二座晶圓廠“封頂”

2024年4月8日，臺積電宣布，將根據(jù)《芯片與科學(xué)法案》直接提供高達(dá) 66 億美元的資金，計劃在臺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，也將使得臺積電在美國的累計投資高達(dá)650億美元，成為美國史上最大的外國直接投資。第三座晶圓廠將采用2nm或更先進(jìn)的工藝生產(chǎn)芯片，并將于2030年底開始生產(chǎn)。

當(dāng)時建廠的時候有多么滿腔熱血，現(xiàn)在的文化沖突就多么讓人頭痛。據(jù)《紐約時報》的報道，包括高管在內(nèi)的12名臺積電員工表示，臺灣管理人員與美國工人之間的文化沖突導(dǎo)致雙方都感到沮喪。臺積電以其嚴(yán)格的工作條件而聞名，人們在半夜因緊急情況被叫去工作并不罕見。但在鳳凰城，一些美國員工在對期望的分歧爆發(fā)后辭職。除此之外，美國的員工還抱怨不必要的會議，對此，臺積電減少了會議的頻率和參加人數(shù)，試圖緩解緊張的局勢。目前在鳳凰城的臺積電2,200名工人中，約有一半是從臺灣引進(jìn)的。

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(kuò)建工廠，未來五年的投資金額預(yù)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(dǎo)體工廠，預(yù)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，用于生產(chǎn)其先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝技術(shù)，包括英特爾突破性的 3D 封裝技術(shù) 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，英特爾計劃耗資數(shù)十億美元擴(kuò)建和現(xiàn)代化俄勒岡州的工廠。

由于市場挑戰(zhàn)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(chǎn)將比原計劃至少晚兩年。報告中顯示，兩座位于哥倫布的半導(dǎo)體芯片工廠都要到 2026 年或 2027 年才能完工，要到 2027 年或 2028 年才能投入運(yùn)營。

來源：英特爾俄亥俄州境內(nèi)投資激勵2023年度報告

在 2022年9月的奠基儀式上，英特爾表示，這兩座工廠將于 2025 年投入運(yùn)營。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(jīng)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，占總投資額的四分之一。

2022年9月9日，美國哥倫布眾議員喬伊斯·比蒂、英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格、總統(tǒng)喬·拜登、俄亥俄州第一夫人弗蘭·德懷恩和州長邁克·德懷恩在哥倫布郊外了解英特爾工廠的建設(shè)情況（圖源：cleveland）

2021年，三星宣布在美國德克薩斯州泰勒市建設(shè)一個半導(dǎo)體集群，包括兩座先進(jìn)邏輯晶圓廠和一座先進(jìn)封裝設(shè)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年開始在美國運(yùn)營以來，三星在美國的總投資額超過470億美元。當(dāng)時預(yù)計泰勒工廠將在 2024 年下半年開始量產(chǎn) 4nm。

但在今年4月30日，在三星季度業(yè)績發(fā)布會上，三星表示，已將泰勒工廠項目的投產(chǎn)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(wù)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64億美元的芯片補(bǔ)貼。這將推動三星在該地區(qū)再投資 400 億美元。

三星也進(jìn)一步闡明了泰勒生態(tài)系統(tǒng)將包括兩座專注于大規(guī)模生產(chǎn)4nm和2nm工藝技術(shù)的前沿邏輯代工廠、一座致力于開發(fā)和研究領(lǐng)先目前生產(chǎn)節(jié)點技術(shù)的研發(fā)工廠，以及一座生產(chǎn) 3D 高帶寬存儲器和 2.5D 封裝的先進(jìn)封裝工廠。

建設(shè)晶圓廠，其中必然需要很多化學(xué)品、設(shè)備等材料。在臺積電和英特爾宣布在美國建廠計劃后，有不少化學(xué)和材料制造商供應(yīng)鏈也跟著一起來建設(shè)生產(chǎn)廠，包括化學(xué)和材料制造商長榮化學(xué)(LCY Chemical)、索爾維(Solvay)、長春集團(tuán)(Chang Chun Group)、KPPC Advanced Chemicals (Kanto-PPC)和Topco Scientific，他們還在離英特爾和臺積電晶圓廠不遠(yuǎn)處的鳳凰城東南部的卡薩格蘭德鎮(zhèn)，購買了建設(shè)設(shè)施的土地。

日經(jīng)亞洲在今年年初報道，這些對構(gòu)建完整的芯片供應(yīng)鏈至關(guān)重要的設(shè)施的建設(shè)已被擱置或大幅縮減，表明重建美國芯片供應(yīng)鏈的挑戰(zhàn)比預(yù)期的要大。

大多數(shù)受影響的公司將項目推遲歸咎于建筑材料和勞動力成本的飆升，以及建筑工人的短缺。

有材料供應(yīng)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(xué)品供應(yīng)商的利潤率比芯片制造商要低，因此對成本上漲更為敏感。而且再加上英特爾和臺積電的擴(kuò)張進(jìn)度也慢于預(yù)期，本地需求還不需要那么多本地供應(yīng)。對于化工行業(yè)來說，要有經(jīng)濟(jì)規(guī)模才能有經(jīng)濟(jì)效益。

相比復(fù)雜的晶圓廠，材料生產(chǎn)廠建廠的速度要更快一些，這意味著他們可以在客戶準(zhǔn)備就緒時再建廠也不遲。材料廠雖然也在美國芯片法案補(bǔ)貼的行列之內(nèi)，但根據(jù)美國商務(wù)部的程序，只有在這些芯片制造商的補(bǔ)貼決定后，才會向材料和化學(xué)品供應(yīng)商提供財政支持。所以他們選擇先擱置建廠計劃，通過物流運(yùn)輸向美國運(yùn)送化學(xué)品來滿足當(dāng)?shù)氐男枨蟆?/p>

應(yīng)用材料是全球半導(dǎo)體設(shè)備龍頭，也是美國最大的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商。8月份，據(jù)彭博社信息，全球半導(dǎo)體設(shè)備龍頭廠商應(yīng)用材料期待已久的研發(fā)中心申請芯片補(bǔ)貼被拒。這也顯示出材料和設(shè)備公司很難拿到補(bǔ)貼。

在當(dāng)前獲得芯片補(bǔ)貼的廠商中，英特爾無疑是最大的受益者。

2022年8月頒布的《芯片法案》計劃撥款超過527億美元，以支持美國的半導(dǎo)體研發(fā)、制造和勞動力發(fā)展。其中，390億美元用于直接補(bǔ)貼半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商。

3月20日，美國商務(wù)部與英特爾簽署了非約束性的初步條款備忘錄，計劃通過《芯片和科學(xué)法案》向英特爾提供85億美元的直接資金補(bǔ)貼和110億美元的聯(lián)邦貸款擔(dān)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(dǎo)體項目。

2023年2月19日，美國政府宣布將向Global Foundries（格芯）提供15億美元資金，用于在紐約州馬爾他興建新半導(dǎo)體工廠，并擴(kuò)大當(dāng)?shù)嘏c佛蒙特州伯靈頓的生產(chǎn)規(guī)模。同時，還提供16億美元的貸款。

2024年4月8日，美國商務(wù)部宣布將向臺積電發(fā)放66億美元的直接資金補(bǔ)貼，并提供50億美元的低息政府貸款，用于支持臺積電在亞利桑那州建設(shè)三座新型芯片廠。

4月15日，美國商務(wù)部還宣布將向三星提供64億美元的直接補(bǔ)貼，以支持其在得克薩斯州建設(shè)計算機(jī)芯片制造和研發(fā)產(chǎn)業(yè)集群。

4月25日，美光科技宣布將獲得61.4億美元的直接資金，用于在紐約建設(shè)兩座DRAM晶圓廠，并在愛達(dá)荷州新建一家DRAM晶圓廠。

7月26，外包半導(dǎo)體封裝和測試供應(yīng)商安靠科技（Amkor Technology）宣布，獲得了4億美元的直接資金支持和2億美元貸款，安靠科技于2023年11月宣布計劃在亞利桑那州皮奧里亞建設(shè)首個美國國內(nèi)OSAT設(shè)施。安靠科技預(yù)計投資約20億美元，并在新設(shè)施中雇傭約2000名員工。建成后，這將成為美國最大的外包先進(jìn)封裝和測試設(shè)施。值得一提的是，美國在封裝領(lǐng)域計劃撥款總額為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(jié)點半導(dǎo)體芯片和MCU的產(chǎn)量提高兩倍。

芯片補(bǔ)貼難以撼動美國緩慢的建廠速度，建設(shè)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(bǔ)貼還不知道何時能到位。

在美國建設(shè)晶圓廠最大的挑戰(zhàn)是缺人。這包括兩類人才：一類是建筑人才；另一類是運(yùn)營晶圓廠所需的技術(shù)人員。

據(jù)麥肯錫的報告分析，二十多年來，美國從未大規(guī)模建設(shè)過晶圓廠，而且國內(nèi)很少有建筑商具備完成這些專業(yè)項目所需的經(jīng)驗、能力和專業(yè)知識。除此之外，半導(dǎo)體公司還必須與多個行業(yè)的公司（包括住宅）競爭各類建筑工人（從土方專家到熟練電工），而美國的勞動力市場本身已經(jīng)十分緊張。

一旦晶圓廠建設(shè)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(shè)所在地相對集中，例如，臺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(jīng)擁有晶圓廠生態(tài)系統(tǒng)，而且當(dāng)?shù)卣畾v來都提供激勵措施并幫助協(xié)調(diào)這一進(jìn)程。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(shè)。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(fā)激烈。

來源：麥肯錫

據(jù)麥肯錫的一份新研究發(fā)現(xiàn)，就目前美國所宣布的投資而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前可用的人才供應(yīng)。到2032年，為迅速擴(kuò)張美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，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(shù)支持崗位的新職位空缺，以及相關(guān)建筑工藝崗位的額外空缺。

來源：麥肯錫

麥肯錫還指出，雖然近年來在芯片法案的促進(jìn)下，每年大約有1500名工程師加入半導(dǎo)體行業(yè)，只占52%的工程專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)入工程崗位的3%。與此形成對比的是，到2029年，預(yù)計對半導(dǎo)體工程師的需求將達(dá)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(shù)人員和工程師，工廠就無法滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。反過來，制造商的生產(chǎn)力也會下降，這可能會提高芯片的售賣價格。

對此，美國也開展了一些年輕人才培養(yǎng)計劃，例如：

普渡大學(xué)牽頭開展由國防部資助的學(xué)術(shù)項目SCALE ，旨在培訓(xùn) 22 所大學(xué)的學(xué)生成為微電子工程師、硬件設(shè)計師和制造專家。

三星奧斯汀半導(dǎo)體公司與泰勒獨(dú)立學(xué)區(qū)合作，為未來的職業(yè)發(fā)展培養(yǎng)寶貴技能，并為學(xué)生提供實習(xí)機(jī)會。

美光科技正在與11所大學(xué)（美國 6 所、日本 5 所）合作，耗資6,000萬美元，計劃每年為5,000名學(xué)生提供潔凈室體驗式學(xué)習(xí)和與記憶相關(guān)的研究。

密歇根經(jīng)濟(jì)發(fā)展公司 (MEDC) 投資360萬美元用于促進(jìn)半導(dǎo)體培訓(xùn)和教育，分給底特律大都會區(qū)的四所高等教育機(jī)構(gòu)：奧克蘭大學(xué)、密歇根大學(xué)、沃什特瑙社區(qū)學(xué)院和韋恩州立大學(xué)。另外，MEDC 還向密歇根州上半島的密歇根理工大學(xué)提供了 838,000 美元，以通過微證書課程擴(kuò)大其半導(dǎo)體培訓(xùn)和教育。

此外，還有一些短期的技術(shù)人員培訓(xùn)計劃，如：

亞利桑那州馬里科帕縣社區(qū)學(xué)院區(qū)通過與英特爾和臺灣半導(dǎo)體制造公司的合作，計劃培訓(xùn)4,000至6,000名技術(shù)人員。這兩家公司在半導(dǎo)體制造廠進(jìn)行了大規(guī)模投資。

俄勒岡州和華盛頓縣也在支持與英特爾合作的波特蘭社區(qū)學(xué)院，對半導(dǎo)體技術(shù)員提供為期十天的帶薪培訓(xùn)課程。

密歇根州向 SEMI 基金會提供了150萬美元，用于支持求職者并通過注冊學(xué)徒計劃吸引半導(dǎo)體人才。

GlobalFoundries與哈德遜谷社區(qū)學(xué)院和紐約州立大學(xué)合作，在紐約州馬耳他的制造基地提供約18個月的全職帶薪學(xué)徒計劃，學(xué)徒將接受在職培訓(xùn)并參加由紐約州立大學(xué)資助的課程。

雖然這些速成班能夠解一時的燃眉之急，但是芯片工廠仍然還需要大量的高技術(shù)人才。這些高精尖的人才更為關(guān)鍵。

事實上，麥肯錫預(yù)估，考慮到目前的增長率和預(yù)測需求，到2029年，半導(dǎo)體行業(yè)的潛在人才缺口可能在工程師和技術(shù)人員勞動力隊伍中達(dá)到約59,000至146,000名工人。預(yù)測范圍的下限代表了 CHIPS 項目辦公室對其支持項目的估計完全實現(xiàn)的情況，而上限較高的數(shù)字反映的是當(dāng)項目或資金水平達(dá)不到預(yù)期時可能出現(xiàn)的情況。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”；作者：杜芹；智通財經(jīng)編輯：劉璇。