近期，關于臺積電南京廠擴大28nm制程產能的新聞如深水炸彈一般，激起一波又一波的討論熱潮。

支持一方表示歡迎，擴產有助于緩解當前全球芯片短缺問題，尤其是汽車芯片短缺嚴重，擴產還能為內地補充技術、人才和資金，也有利于內地形成產業(yè)鏈聚集。

反對一方則表示應該抵制，臺積電擴產是司馬昭之心，是美國用來打壓中芯國際等內地芯片企業(yè)發(fā)展的工具人。

此前也有消息聲稱，臺積電原本打算在南京廠擴產7nm先進制程，但因為中美貿易摩擦，才不得不改為28nm的成熟制程。

外界眾說紛紜，而臺積電并未對此事給出明確答復。

從大家的熱烈討論中可以看出，臺積電身為晶圓代工產業(yè)老大，一舉一動都備受關注，但是，作為老大的難處卻甚少有人關心。

事實上，在天災（缺水、停電、新冠疫情）與人禍（中美貿易摩擦）的雙重夾擊之下，臺積電正在演奏自己的“困難三重奏”。

建廠難，競爭難，技術難，臺積電的難處是難上加難。

開創(chuàng)制造的新模式

在了解臺積電的難處之前，先說一說他作為晶圓代工老大的“發(fā)家史”。

在很多種行業(yè)，第一個吃螃蟹的人通常會成為業(yè)內老大，德州儀器是這樣，英特爾是這樣，而臺積電也是這樣。

在臺積電出現(xiàn)之前，半導體公司只采用IDM（Integrated Device Manufacture）模式，即從芯片設計到芯片制造封裝都自己完成，因此在很長一段時間內，芯片設計和工藝制程是緊耦合，被認為是半導體公司的核心競爭力，英特爾和德州儀器就是IDM模式的代表企業(yè)，并一直延續(xù)至今。

IDM模式的好處十分明顯，產能有保障、質量可控，還能提升新技術、新產品的性能表現(xiàn)，只是對于芯片設計公司來說十分不友好，因為他們只能向整合元件制造廠購買空閑的晶圓產能，產量與生產排程都受制于人，不利于大規(guī)模量產產品。

但是，如果讓設計公司或是中小型企業(yè)花費上百億美金投資建造一間晶圓廠，也是不現(xiàn)實的。

臺積電的出現(xiàn)開創(chuàng)了芯片制造行業(yè)的新模式，即“無廠設計公司（Fabless）+代工工廠（Foundry）”的模式。晶圓代工廠（Foundry）提供代工業(yè)務，讓沒有芯片制造封裝能力的芯片設計公司（Fabless）和中小型企業(yè)不必擔負興建、營運晶圓廠的龐大成本，雖然產能、技術受限，但總體來說還是十分劃算的。

對于原有的IDM模式的公司來說，出于對產能或成本等因素的考量，也可以將部分產品交給晶圓代工公司進行生產制造。

基于以上原因，晶圓代工成為一項穩(wěn)定發(fā)展的科技產業(yè)。

臺積電不僅開創(chuàng)了晶圓代工的先河，而且還逐步發(fā)展成為了行業(yè)老大。

開創(chuàng)一個新的產業(yè)模式并不容易，想要“Fabless+Foundry”模式運轉起來，需要同時滿足工藝水平、客戶需求和賺錢三個條件：

• 代工工廠的工藝水平不能比同期IDM的工藝水平差

• 芯片設計公司的設計水平高并且有一定的出貨量，才能填滿代工廠的產能

• Fabless+Foundry要和同期競爭的IDM模式有一樣或是更高的投資回報比，才能持續(xù)發(fā)展

以上臺積電都做到了。

在工藝水平方面，兩個重大節(jié)點讓臺積電一騎絕塵，成為行業(yè)內的絕對領導者：

• 臺積電于1987年成立，最初的工藝技術仰仗飛利浦公司，落后于當時的德州儀器、摩托羅拉等歐美大型IDM公司。1997年，臺積電開始自主研發(fā)基于銅制程0.13微米技術，并于2000年開始生產，這項工藝水平遠超同期，使其成為業(yè)內第一。

• 2007年，臺積電的林本堅提出浸沒式光刻設想，與ASML合作開發(fā)浸沒式光刻機，并在 2007年成功推出第一臺浸沒式光刻機。臺積電將技術能力延展到制造設備，并開始“搶先半步”，走40、28、20nm路線，與英特爾的45、32、22nm路線分裂。緊接著，創(chuàng)始人張忠謀回歸，大手筆投資28nm制程，將技術先進鞏固為商業(yè)成功。

現(xiàn)如今，臺積電的7nm制程產能約為每月14萬片；5nm產能約為每月9萬片；3nm工藝客戶有英特爾和蘋果；按照規(guī)劃，臺積電有望在2023年中期進入2nm工藝試生產階段，并于一年后批量生產；1nm以下制程也取得了重大突破。

在客戶需求方面，先進的客戶需求能夠推動代工廠不斷改進工藝。臺積電的大客戶包括蘋果、NVIDIA、AMD、高通、聯(lián)發(fā)科、英特爾、博通、Marvell、賽靈思（Xilinx）等。蘋果是臺積電的超級大客戶，每年為臺積電貢獻超20%的收入，而蘋果手機芯片逐年迭代的更新節(jié)奏，反向促進了臺積電的工藝制程升級，也為整個行業(yè)確定了方向。

在公司經營方面，按照金融相關人士的說法，臺積電“畫出了一張教科書般的收支圖表”，多年來，一直保持著“高投入-低成本-高銷量-高投入”的正向循環(huán)。臺積電在不斷追求更先進的制程同時，一方面讓自己始終不被行業(yè)波動影響，另一方面精準平衡業(yè)務賺到的營業(yè)現(xiàn)金流量（正現(xiàn)金流）和投資活動付出現(xiàn)金流量（負現(xiàn)金流），實現(xiàn)長期穩(wěn)定的發(fā)展。

可以說，臺積電的成功與張忠謀等領導人的經驗、魄力與前瞻性密不可分。

建廠難，競爭難，技術難

“被迫”離家出走

臺積電創(chuàng)始者張忠謀在今年臺灣經濟日報主辦的2021大師智庫論壇上提到，與美國相比，在晶圓制造上，美國的土地、水、電條件都優(yōu)于臺積電。

一句話透露了臺積電現(xiàn)在的困境。

今年4月，臺積電南科Fab14 P7廠區(qū)突然停電，業(yè)界預估有近3萬片晶圓受到影響，損失金額近10億新臺幣（折合2.3億人民幣）。該廠區(qū)主要生產12吋晶圓，是臺積電40nm、45nm制程生產的重要據點之一。這次事故對汽車行業(yè)是一記重擊，因為該廠區(qū)也是生產車用芯片的主要車間。

事實上，臺灣地區(qū)的電力資源和水資源已經限制了臺積電的發(fā)展。

晶圓廠是巨大的吃電怪獸。芯片制造設備的耗電量巨大，加之生產制造環(huán)境的嚴苛要求，也需要投入大量電力來維持，據綠色和平組織估計，臺積電的年耗電量占整個臺灣地區(qū)總耗電量的4.8%，比整個臺北市的年耗電量還要高。

如果說，目前臺灣地區(qū)的電力還能夠勉強供臺積電使用，但3nm芯片廠啟動后，一年的耗電量就有70億度。根據彭博行業(yè)研究的數據，生產制造5nm和3nm需要投入EUV光刻設備，一臺輸出功率250W的EUV機臺工作一天就會消耗3萬度電，預計到2023年底，當5nm和3nm廠同時全速運轉時，對新增電路的需求將達到臺積電過去一年全球耗電量的98%。

供電不給力，水資源也出問題。

近兩年，臺灣地區(qū)干旱問題嚴重，水資源緊張，島內的不少水庫干涸，蓄水量也不足平日的十分之一，不少地區(qū)已經啟動了“供五停二”分區(qū)限水政策，甚至停止了近五分之一的農田灌溉。臺積電作為用水大戶也受到影響，雖然已經采用了加油車運水的方法來解決，但也并不是長久之計。

當硬性條件跟不上，臺積電的“出走”就成為了必然，不管是美國亞利桑那州的5nm新廠，還是南京廠擴產，還有正在商談的日本、德國，都成為臺積電擺脫困境的解決方法。

競爭有點兒難

今年，半導體行業(yè)巨頭英特爾宣布加入晶圓代工業(yè)務，并在3月成立了芯片代工服務（Intel Foundry Services，IFS）業(yè)務群。英特爾對于這條戰(zhàn)線有很大的野心，首席執(zhí)行官帕特·基辛格(Pat Gelsinger)在接受采訪時表示，“到2030年之前，我們要成為這個市場的第二大參與者。”

在近期的采訪中，英特爾宣布了高通與亞馬遜兩個大客戶，將使用英特爾的20A工藝為高通代工生產芯片，為亞馬遜網絡服務（AWS）提供封裝服務。于此同時，英特爾還公布了未來四年在10nm、7nm、4nm、3nm以及20A的制程工藝發(fā)展規(guī)劃。

關于英特爾計劃斥資約300億美元收購第三大晶圓代工廠格羅方德半導體（GlobalFoundries）的消息也傳得沸沸揚揚。

對于英特爾的高調宣戰(zhàn)，張忠謀隱晦地表達了不足為懼，他說：“美國短期補貼不足以彌補長期劣勢。”

而對于內地芯片企業(yè)的競爭，張忠謀則表示現(xiàn)在還不是對手，在2020年的數百億美元補貼之后，大陸半導體制造落后臺積電5年以上，邏輯半導體設計落后美國、臺灣1-2年。

雖然工藝制程上落后于臺積電，但汽車、物聯(lián)網等領域對28nm的極大需求給了中芯國際等國內企業(yè)廣闊的發(fā)展空間，讓競爭多了幾分不確定性。

真正被臺積電視為競爭對手的，是三星電子。

三星電子同樣提供代工業(yè)務，雖然在工藝水平和客戶方面與臺積電有一定差距，但持續(xù)不斷的巨額資金投入和對先進工藝的緊追不放還是給了臺積電很大壓力。張忠謀認為，韓國在晶圓制造方面的優(yōu)勢和臺灣相似，一流的本地人才和地理優(yōu)勢與臺積電的優(yōu)勢相同。

來自摩爾定律的挑戰(zhàn)

曾經，摩爾定律是引導芯片制造的金科玉律，而現(xiàn)在，當制程工藝達到了1nm，未來芯片該何去何從，就成為整個芯片行業(yè)的挑戰(zhàn)。

后摩爾時代，臺積電選擇從新材料和封裝入手，開始極限挑戰(zhàn)。

今年5月，《Nature》雜志刊登了臺積電與美國麻省理工學院、臺大的合作研究項目，論文報道了半金屬鉍（Bi）與半導體單層過渡金屬硫族化合物（TMDs）之間的歐姆接觸。文章報道的接觸電阻是二維半導體的一項重大改進，接近量子極限。這項技術的發(fā)現(xiàn)證實了高性能單層晶體管的潛力，有望成為摩爾定律的突破口。

先進封裝是后摩爾時代提高芯片性能的關鍵鑰匙。臺積電的先進封裝技術押寶于3DFabric。據相關報道，臺積電的3DFabric平臺整合了所有先進封裝技術，包括了整合晶片系統(tǒng)（SoIC），整合型扇出（InFO）以及CoWoS系列家族，可供客戶自由選配。

從白手起家到業(yè)內第一，臺積電有很多值得國內芯片企業(yè)學習的地方，單就南京廠擴產一事，到底是正常的商業(yè)發(fā)展，還是人在江湖身不由己，相信時間會給出答案。