奔腾思潮》分散式晶圆制造背后的商业逻辑（阙志克）

台积电在美国亚利桑那州的21号晶圆厂于12月6日举行上机典礼，能见度最高的贵宾自然是美国总统拜登、眾议院议长裴洛西与商务部长雷蒙多，但行家看的门道其实是台积电的客户有谁出席，结果揭晓：苹果的执行长库克、辉达的执行长黄仁勋、超微的执行长苏丰姿。

台积电2021年排名前6大客户中美国公司占了5名（其中苹果第一，超微第三，辉达第六），而这5位客户总共占台积电年营收的41%，也是其最先进制程的主要使用者。为了降低地缘政治（如中美竞霸或台海战争）的风险，这些客户要求将一部分高阶晶圆制造产能移出台湾，于情于理，台积电很难拒绝。再加上拜登政府《晶片与科学法》（CHIPS and Science Act，乃是 Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors for America Act 的简称）的推波助澜，台积电因而在美打造高阶晶圆厂似乎顺理成章，与代工产业习以为常的运作逻辑也大致若合符节。台积电剩下的问题是如何解决在美国设厂所增加的建厂与商转成本，以及如何长久维持台湾总部举足轻重的地位。

到美国建厂，应是台积电「分散式制造」策略的一环。将晶圆制造基地分散至风险较低甚或客户市场的所在，固然可加强客户的供应链安全度，但也可能会提高产品制造的成本。然而，在兵凶战危的风险威胁下，绝大部分客户普遍将分散式制造所增加的成本视为一种经营避险的保险费，而愿意与制造商分摊。职是之故，台积电的美国厂与日本厂，不但享有所在国政府的补助，也可望获得当地客户的价格补贴。

在这次上机典礼，台积电董事长宣布将投资高达400亿美金在亚利桑那州建造两座高阶晶圆厂，于2026年达成年产能60万片晶圆，年营收100亿美金。假设这两厂的营业利益率为40%，则台积电400亿美金的投资可望于10年内，也就是2036年前完全回收，这还不包括美国联邦与州政府的各式补助。

如若成本增加的问题得以解决，则分散式制造不失为台积电自己进一步成长茁壮的策略，一方面既可广泛运用世界各地资金、水力、电力、土地和人力等物质资源以扩大整体产能，另一方面也能为公司本身在国际各种地缘政治威胁下保持韧性、趋吉避凶。甚且，一旦台积电将这种「中央厨房式整厂输出」的跨国分散式制造策略操作得驾轻就熟，变成一种独有的竞争优势，它与现有竞争对手（三星、英特尔）的差距将可望更加拉大，其晶圆制造龙头的地位也将愈形巩固！

虽然有以上这些好处，然而，台积电分散其制造基地对台湾的地缘政治重要性，从表面上来看，似乎是不利的。所谓的硅盾理论，是假设台海战争将使台湾半导体业的产量大减，进而造成全世界经济的衰退，所以美国会出手相救，中国会因此三思而行。台积电的台湾厂现今约占全世界高阶晶片产能的90%以上，假设在分散式制造策略下，这个占比降至50%，硅盾理论还成立吗？答案应该还是Yes。

台积电南科18厂于2020年第2季量产5奈米，到2022年底，4/5奈米系列晶圆月产能达15万片；而美国21厂将于2024年第2季量产4/5奈米，月产能预计为2.2万片。至于3奈米晶圆，台积电南科厂已于2022年9月量产，美国厂则需至2026年才会量产。从以上资讯推论，要将高阶晶圆在台湾的占比从90%减至50%，假如台积电愿意的话，至少需要10年，更不用说台积电在台湾建造最先进制程厂的脚步并没有丝毫放缓的迹象。

即使台积电到台湾以外的世界各地建立晶圆厂，这些制造基地在初期几年预期将亟需台湾总部的技术与营运支援，这种依赖性意谓着台海一旦有事，台积电美日晶圆厂的制造产能也将会受到干扰，因而降低。大致来说，晶圆制造牵涉三种工程师。第一类负责先进制程的理论分析、模拟、设计与验证，和前沿制造设备的研发、制作与测试。第二类是生产现场的筹画大脑，负责晶圆生产规划排程、产线品质追踪控制、生产进度掌握与调整、材料与产品库存进出管理、厂区设施设备的升级保养。第三类则为从事产线现场操作的手脚，包括制程参数输入、进料出货、中继工件品质测量、设备的健康状态监控与及时修復。

每一个晶圆厂的现场皆配置有一组第三类工程师，又称为直接人力，轮班作二十四小时不间断生产。由于台积电12吋晶圆厂都已高度自动化和智慧化，直接人力的数量需求不高，据Semiwiki的估计，此类人员成本约占整个晶圆生产成本的千分之一。每一个晶圆厂也需配置一组第二类工程师，然而藉由工业物联网技术，他们可以远端遥控操作，不需要亲临现场。如果整体团队运作默契足够的话，甚至可以将这一类工程师配置于台湾，以进一步降低世界各地晶圆厂的人力需求。

至于第一类工程师，看来台积电将会持续留在台湾。主要原因是研发新世代制程，都需经歷一段理论推导、制程模拟、实验试产的学习摸索期，欧美公司以一天8小时单班制进行，台积电的员工则可以以24小时三班制加速其进度。根据蒋尚义口述歷史的说法，过去欧美公司开发一新世代的制程至少需花2年，但台积电则只需1.5年。并且，第一类工程师也将负责在台湾建立每一个新世代制程的示范厂，以作为复制到世界各地基地的范本。

虽然台积电的分散式制造策略看似削弱台湾总部的重要性，但因涉及晶圆制造的生产大脑与灵魂设计工程师团队都将继续根留台湾，其座落世界各地的制造基地对总部的依赖在未来10年内应仍无可避免。这样的安排对台积电而言，也是实施分散式制造最有效率的做法。据此推之，有关分散式制造必会戕伤硅盾或掏空台湾半导体人才的论点，似是言过其实！

（作者为清大资工系合聘教授）

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