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01、张忠谋两次截然不同的讲话
晶圆代工厂台积电（TSMC）在美国亚利桑那州、日本熊本都建设了前端工程的工厂。在这两个晶圆厂的开工典礼上，TSMC创始人张忠谋进行了截然不同的演讲。
首先，在2022年12月6日亚利桑那工厂的开工典礼上，张忠谋在美国总统拜登和其最大客户苹果的CEO蒂姆·库克等重要人物出席的情况下发表了演讲。张忠谋表示：“全球化几乎已经消亡。自由贸易几乎已经消亡。许多人希望它会复苏，但我不认为会发生这种情况。”（日经新闻2022年12月9日）。
另一方面，在2024年2月24日熊本工厂的开业典礼上，经济产业大臣斋藤健、索尼集团会长吉田宪一郎、丰田汽车会长丰田章男等要人齐聚一堂。张忠谋在这场典礼上表示：“我们相信可以进一步增强日本和全球半导体供应的韧性”，并称其为“日本半导体制造的复兴之始”。（熊本日日新闻2024年3月2日）。
为什么张忠谋在美国和日本两个开业典礼上发表了截然相反的演讲呢？通过调查亚利桑那工厂和熊本工厂的历史，可以了解这一点。
02、对于美国的缓慢行动感到愤怒的张忠谋
2020 年 9 月 14 日，受到美国政府一再邀请的影响，台积电决定进驻亚利桑那。随后，台积电在大约一年后的2021年11月投资120亿美元开始建设工厂。最初，技术节点计划为4纳米，月产量为2万片（见图1）。
图 1：台积电亚利桑那和熊本工厂
然而，随后美国的行动非常缓慢。在台积电宣布进军亚利桑那州近两年后，美国芯片法案于2022年8月9日通过，旨在加强美国半导体制造并投入520亿美元的补贴。
另一方面，台积电的熊本工厂又是怎样的呢？2021 年 10 月 14 日，台积电宣布进驻熊本，并建设技术节点为28/22纳米，月产量为4.5万片的前端工厂。在大约两个月后的12月20日，日本国会通过了新建半导体工厂的修正法案。
在2022年2月15日，索尼和电装决定入股，技术节点从28/22纳米升级到16/12纳米，生产能力扩大至月产量5.5万片。然后，在同年6月17日，约占工厂建设投资一半的 4670 亿日元补贴正式获得批准。
2022年 12 月 6 日，台积电亚利桑那工厂举行了开业典礼，并宣布建设技术节点为3纳米的第二工厂，正如之前提到的，张忠谋在开场白中说：“全球化几乎已经消亡。自由贸易几乎已经消亡。”
这时候的张忠谋可能对缓慢行动的美国感到愤怒。在2020年9月，TSMC应美国政府多次邀请而进驻美国。然而，芯片法案的通过耗时近2年，之后也没有迹象显示补助金会被批准。
与此形成对比的是熊本工厂。从决定进驻熊本到改正法通过仅约2个月时间，后来半年间也获得了一半投资额约4670亿日元的批准。不管怎样看，这都可能导致对美国发表不满的言论。
03、为迅速的日本点赞
“缓慢的美国，迅速的日本”这一对比之后还在持续。
JETRO 商业简报于 2023 年 10 月 25 日报道，台积电亚利桑那州第一家工厂的投产 "将推迟一年至 2025 年，因为该公司在确保工人和与当地工会建立关系方面面临挑战"。
随后，彭博社于 2024 年 1 月 19 日发表了一篇新闻报道："台积电亚利桑那州第二工厂将延至2027 年后投产——对美国政府的战略打击"。 文章称，"第二家工厂将于 2027 年或 2028 年开始运营，晚于之前指导意见中指出的 26 年"。
此外，2024年4月，距芯片法案通过已有一年半的时间，台积电仍未获得补贴。路透社在3月9日报道称，“TSMC有望在美国亚利桑那州的半导体制造项目中获得超过50亿美元的补贴”，但这尚未确定。而即便获得50亿美元，这也仅占第一工厂和第二工厂总工程费400亿美元的12.5％。
另一方面，熊本工厂在今年2024年2月24日举行了开业典礼，并正式宣布将建设技术节点为7纳米的第二工厂。而且，令人惊讶的是，在那之前的2月22日，约7300亿日元的投资额的一半已经决定补贴给第二工厂。
对张忠谋来说，对任何事情都懒惰的美国和日本来说，这很容易得到口头上的支持，日本不仅行动迅速，慷慨地花费了一半的投资，而且还强调这是日本复兴的开始。
归根结底，张忠谋言论的差异源于美国和日本之间的运作速度以及他们支付账单的能力。我深知半导体行业“速度就是生命”，但即便如此，我仍然对张忠谋这样的人物如此热衷于速度感到失望。
04、日本的“先进封装工厂”？
而且，也许是放弃了“懒惰的美国”，台积电现在正在考虑在日本建立“先进封装工厂”（EE Times Japan，2024 年 3 月 26 日）。
在这里，日本政府和经济产业省表示，台积电在熊本建设前端工厂将“确保经济安全”和“加强供应链”，但事实并非如此。
这是因为半导体可以分三个阶段完成：设计、前端工艺和后端工艺，但即使台积电的熊本工厂建成，日本也没有专门用于后端工艺的半导体制造商（图2）。
因此，在台积电熊本工厂完成前端工艺后，晶圆将被转交给中国台湾的后端制造商（如日月光）进行封装。换句话说，整个过程并不是在日本进行的。因此，经济安全得不到保障，供应链也得不到加强。
在这种情况下，台积电可能会建立一个“先进封装工厂”。 如果实现了，所有前端和后端工艺是否都可以在日本使用，从而确保经济安全并加强供应链呢？但这仍然不会发生。
问题在于 "封装厂 "一词的前缀是 "先进"。下文将对此进行详细解释。
05、台积电的后端工艺
台积电是一家专门从事前端工艺的代工厂，此外，它也从事后端工艺，但只有两种类型。 第一种是苹果的iPhone处理器，其结构是将DRAM堆叠在系统LSI等逻辑半导体之上，称为“InFO（Integrated Fan-Out）”。
另一个是名为“CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）”的封装，用于 AI 半导体中使用的 NVIDIA 图像处理器 （GPU）。
此 CoWoS 的制作方法如下： 首先，在前端工艺中，CPU、GPU 和 DRAM 等内存在单独的晶圆上制造。这些不同的半导体被安排在一个“硅中介层”上，其中一个12英寸的晶圆被切割成正方形。 “硅中介层”预先内置了接线和孔。这样的过程称为“中间工序”。
之所以叫“中间工序”，是因为它位于前端工艺和后端工艺之间，硅中介层上的布线和孔加工都是利用前端工艺的设备形成的。
而且台积电似乎正在考虑在日本建造一家需要“中间工序”的CoWoS封装工厂。其基本原理如下所示。
06、NVIDIA 的 GPU 需求激增
2022 年 11 月，Open AI 发布了 ChatGPT，这导致了生成式 AI 在全球范围内的爆炸式传播。 这种生成式 AI 在配备 AI 半导体的 AI 服务器上运行，但超过 80% 的 AI 半导体被 NVIDIA GPU 垄断。
在GPU中，台积电7nm工艺制造的“A100”和4nm工艺制造的“H100”（5nm的改进版本）需求量很大。因此，A100 的交易价格高得离谱，为 10,000 美元，H100 为 40,000 美元。
与这些相比，最新的 iPhone 处理器 A17 仿生 AP 的成本仅为 130 美元，比 A100 和 H100 便宜了两个数量级，尽管它采用了台积电最先进的 3nm 工艺制造。此外，采用半间距 15.6 nm制造 的 DDR5 高级 DRAM 仅为 3-4 美元，比 A100 和 H100 便宜了两个数量级（DDR 是 Double Data Rate 的缩写，是 DRAM 信号传输速度的标准。例如，DDR4 比 DDR3 快两倍，而目前最先进的 DDR5 比 DDR4 快两倍）。
07、中间工序产能完全不足
英伟达的GPU之所以以高得离谱的价格进行交易，是因为完全缺乏供应来满足亚马逊、Microsoft和谷歌等美国云制造商的凶猛需求。
如上图 6 所示，台积电为 NVIDIA GPU 的所有前端、中端和后端工艺制造 CoWoS 封装，但产能完全不足，尤其是在中间工序。
因此，为了应对自 2023 年初以来快速扩张的对 NVIDIA GPU 的需求，台积电正在急于扩大其中间工序的制造能力，该产能约为每月 15,000 件。首先，2023 年 6 月 8 日，台积电在中国台湾竹南科学园区开设了 Advanced Backend Fab 6 工厂。 但是，由于该工厂不是专门用于CoWoS的，因此即使在2024年底，CoWoS的产能也将在每月30,000-34,000片左右。然而，即使这样也远远不够。
因此，现在又宣布将在台中投资 4000 亿美元新建一座先进封装新工厂。不过，该工厂要到 2024 年下半年才开始建设，2027 年才开始运营。毕竟，CoWoS的产能在一段时间内是完全不够的。
据推测，正是在这种情况下，台积电开始考虑在日本建设 "先进封装工厂"，因为在那里，台积电可以快速发展，并获得丰厚的回报。
笔者认为，台积电可以 "自由地 "在日本建设先进封装厂。但是，我坚决反对日本政府为这家先进封装厂提供补贴。因为在这家先进封装厂生产的NVIDIA GPU几乎都将供应给美国的云计算制造商。
台积电的熊本工厂将为日本生产半导体，包括为索尼和电装生产部分半导体。但是，台积电的先进封装工厂应该只能为日本生产极少量的半导体。再多的资金也不应该（迅速）用来补贴这样一家工厂。
