“芯事重重”半导体产业研究策划，本期聚焦芯片法案补贴发放和美国建厂的机遇与挑战，独家发布腾讯新闻，未经授权，请勿转载。
腾讯科技特约作者 苏扬
台积电也等到了美国《芯片法案》补贴礼包，包括66亿美元的直接赠款和50亿美元的贷款及担保，总计116亿美元，距离其官宣建厂过去近4年。2020年5月15日，台积电官宣赴美建厂，首座晶圆代工厂落户亚利桑那州，原计划2021年动工并于2024年量产，采用当时最先进的5nm工艺，规划月产能20000片晶圆，预计总投资120亿美元。受制于当地人才、配套资源等诸多因素，台积电在美国的量产计划一再推延，目前预期的时间是2025年上半年，延期接近一年半。虽然量产延期，但投资总额和建厂规模却在不断加码——从最开始的120亿美元，提升至二期的400亿美元，到现在第三期扩大到650亿美元，工厂则从1座增加至3座，对应的量产时间分别为2025年、2028年和2030年，而量产的工艺，则从最开始的5nm，增加到3nm、2nm。这种规模量级的投入，与现任总裁魏哲家高喊的“（美国）掏空台积电，门都没有”略有偏差，但他也表态过“把根留在中国台湾”的决心，合理的解释是——到2030年，台积电1nm、1.4nm开始在中国台湾量产，也就是魏哲家口中的根。* 台积电制程工艺路线图，2025、2027和2030年，分别量产2nm、1.4nm和1nm工艺
“加钱”、“加码”的可能不止台积电，也包括三星和英特尔。2021年，三星宣布计划在德克萨斯州泰勒市建立10座半导体工厂，预计在2042年之前完工，总投资超过2000亿美元，覆盖10000个新增就业机会。作为2000亿美元总投资的一部分，现在三星又计划在当地再新建第二座晶圆厂以及一座封装厂，累计投资将达到440亿美元。同样也是2021年，英特尔官宣在亚利桑那钱德勒市建立Fab 52和Fab 62两座工厂，计划量产20A（等效2nm）工艺，总投资200亿美元，2024年完工。2022年，英特尔再度宣布新增投资200亿美元，在俄亥俄州哥伦布市新建两座工厂，2025年开始量产Intel 10工艺。
巨头们分走大半个蛋糕
2022年，美国政府颁布《芯片法案》法案，提出了527亿美元的补贴计划，其中390亿美元（约合人民币2821亿元）作为直接赠款，补贴给参与先进制造回流的企业。补贴规模相当丰厚，但下发却一再推迟，主要玩家的建厂计划也相应有所延迟。按原计划，法案实施的2022年即发放190亿美元，2023-2026年每年发放50亿美元，但实施进度远落后于计划，到2023年下半年才向国防承包商BAE Systems发放第一笔3500万美元的补贴。现在回过头来看，如果把补贴下发进度缓慢，建厂落地节奏不顺，以及头部晶圆厂都先后加码投资结合起来看，合理的解释只有一个——美国商务部和英特尔、台积电们在相互博弈，以争取到自己的利益最大化。站在美国政府的角度，建厂资金投入规模足够大，工艺要足够先进，能够兼顾到当地就业政策甚至是对少数群体的支持；站在晶圆厂的角度来说，补贴应足够的丰厚，也要综合考虑市场环境，客户需求。*芯片法案直接赠款部分总计390亿美元，三星的补贴暂未公布，外界预计其最少可拿到60亿美元赠款额度
到目前为止，台积电、英特尔等头部企业基本都拿到了相应的补贴礼包，三星也应该会很快领取到相应额度，外界预期其直接赠款部分最低将达到60亿美元。以此计算，总计390亿美元的直接赠款，已发放完220亿美元额度，仅台积电、英特尔和三星三家，就占据了390亿美元直接赠款的50%以上。如果没有所谓的《芯片法案》2.0版本进行资金补充，那么接下来每年都将会从剩余的资金池中下发一部分。这里也要注意一个概念，现阶段下发的全部都是额度，不代表最终企业的入账。具体的下发规则，要根据企业与美国商务部签署的协议来执行，而这份协议则是未公开部分。不过，《芯片法案》原文明确提及了赠款的一些禁用场景，例如股票回购，也要求获得赠款额度的企业提供资金使用情况报告。翻译过来就是——这笔钱规定你是用来投资建厂的，别瞎花。如果发现有违规行为，美国商务部有权收回。
“瓜分”还是被“碾压”？
美国政府推出《芯片法案》的初衷是推动先进制造回流，参与者们则各自怀揣着在晶圆代工领域重振雄风的梦想。
台积电稳坐晶圆代工“世界第一”多年，英特尔和三星作为追赶者，也先后提出了“世界领先”的目标。英特尔的长远目标是到2030年成为世界第二， 三星半导体更进一步，计划到2030年成为该领域的世界第一。
* 2022Q2-2023Q4晶圆代工营收市场份额，台积电高居第一，三星Foundry 位居第二。来源：Counterpoint
根据Counterpoint提供的数据，截止到2023年Q4，按营收份额占比，台积电凭借61%的市场份额，牢牢占据世界第一的位置，三星晶圆代工业务的营收份额占比14%，位居第二，英特尔暂时归属在其它类当中。理论上，三星晶圆代工业务需要吃掉台积电至少23.5%以上的份额，才有可能凭借37.5%的份额，成为晶圆代工世界第一。吃下台积电23.5%的份额，如果从理论变成现实，在接近客户的市场盖晶圆代工厂，提供产能是追赶者们迈出的第一步，然而建晶圆厂不是今天投资，明天就能获得产能，这中间至少需要3-4年时间的转化过程，而且至少是建立在有客户订单和市场回暖的前提下。加速建厂节奏才有追赶并超越世界第一的机会，但实际上我们看到的是，英特尔和三星的量产都向后顺延了至少1年的时间，这就要给两家2030目标打一个问号。当然，台积电的量产虽然也相应延后了一年半时间，但建厂量产的节奏推进的却是最快的，一些主要的设备都已经开始进场安装调试。领先者反而跑的更快，理由也很简单——客户太多了，需求也在回升。台积电基本的前十大客户覆盖了苹果、英伟达、AMD、联发科、高通等一线半导体厂商，2023年度贡献了其90%以上的营收，仅苹果、英伟达两家就贡献了超过250亿美元的营收，占比接近40%。台积电今年以来的产能利用率大幅攀升，3nm的产能利用率达到95%，4/5nm的产能利用率近乎满载。而在先进封装方面，去年下半年就开始大幅增加CoWos的产能。客户和需求在加速台积电建厂扩产能的节奏，英特尔和三星则显得更加慢热，这种情况下，营收市场份额差距有可能被拉得越来越大，想要吃掉台积电的营收份额，更像是一个理想主义目标。对于这两个主要追赶者来说，实现芯片制造“遥遥领先”的理想，剩下不到6年的时间，“时间紧，任务重”。
跟着台积电“抄作业”
台积电不仅是被追赶者，也是不错的“抄作业”对象。让台积电先踩坑，是追赶者们建厂一再推迟的另一个原因。无论是美国生产成本大幅上涨问题，还是熟练工人与工会的博弈问题，又或者是配套供应商落地的问题，台积电对这些问题的解法，都有可能给英特尔和三星们提供有价值的方法论。特别插一句，美国《国会山报》（the hill）刊登了《DEI杀死芯片法案》的文章，声称《芯片法案》引述了至少19条帮助少数群体的条款，过度强调“多样性、公平性和包容性”（DEI，Diversity、Equity、Inclusion），以至于企业在用人上不得不照顾到这些群体，进而增加人力成本。换句话说，美国并非提供不了晶圆制造所需要的熟练工人，而是在少数群体中找不到。毕竟，过去三星和英特尔也在美国制造芯片，也没有缺少熟练工人的反馈。* 台积电主要制程节点营收占比
除了让台积电先踩坑，其工艺、营收和客户来源的构成，同样有抄作业的空间。● 按制程工艺划分，台积电28纳米以下先进制程的营收占比在2023年Q4突破75%，其中3nm和5nm占比更是达到50%；● 按照营收业务构成划分，高性能计算和智能手机芯片贡献了台积电2023年Q4的85%以上的营收；● 按地区划分，北美地区客户给台积电贡献的收入超过七成，达到72%。三星和英特尔想要“遥遥领先”，路径也很明确——聚焦5nm以下先进工艺、聚焦高性能计算与智能手机芯片、聚焦北美地区。还是以三星为例，其晶圆代工业务中，智能手机芯片板块的份额超过一半，达到54%，高性能计算凭借19%位居第二，存在过度依赖智能手机芯片的问题，如果要抄作业，按照当下的“风口”，高性能计算业务就需要重点突破。BusinessKorea披露了一份三星晶圆代工业务的路线图，其目标是到2028年，实现营收构成调整，将智能手机芯片等移动业务营收贡献下调到30%以下，高性能计算对营收的贡献提升到32%，而外部客户的数量则要翻一番。
对于晶圆厂来说，没有客户就不存在产能利用率，就意味着亏损，如果亏损，就没必要扩产。三星晶圆代工业务虽然位居世界第二，主要客户还是三星旗下的芯片设计团队，也包括英伟达的部分封装业务，3nm的首发客户甚至没有提及名称，其他则包括一些知名度相对较低的企业，大客户如苹果、高通早已转向台积电怀抱，谷歌、特斯拉、AMD也还停留在传闻阶段。尽管缺少代表性的大客户，三星的先进工艺的产能利用率还在提升，去年下半年外媒报道称，其5nm、7nm的产能利用率已经达到90%，而官方此前也对外宣布，2023年度订单量创历史新高。AMD被认为是最有可能转单三星的客户之一，但苏姿丰在活动上则反问提问者“你相信韩媒吗”，这看上去更像是打太极，而不是辟谣，毕竟说这话的场合位于中国台湾的活动上，强调和当地供应商的合作顺理成章。但从硅谷的供应链大师们的立场上来看，在台积电的先进产能被苹果、英伟达近乎包圆的情况下，没有Plan B反而不合理。相比之下，英特尔在大客户方面已经开始有起色，此前已经官宣了利用18A工艺给微软代工的150亿美元大单，其他客户还包括亚马逊，联发科等，不过由于代工业务起步较慢，英特尔整体的盘子更小，其营收份额还被划在全球晶圆厂排行的“其他”类当中。
* GTC2024现场，黄仁勋为三星旗下最新的12层堆叠的HBM3e 12H产品签名，“黄仁勋认可的”
英特尔缺乏外部代工经验，反过来又是三星的强项，包括为苹果、高通代工移动处理器，尽管从结果上来看不怎么理想。更重要的是，三星拥有英特尔所没有的撬动代工订单的“杠杆”产品——HBM存储，包括最新的12层堆叠的第五代HBM3e产品，目前已经开始提供样品，这是目前AI算力芯片绕不过的关键，包括英伟达、AMD都在排队等产能，这个队伍甚至排到了2025年。如果说英伟达凭借H100、B200这些产品卡了算力需求的脖子，那么HBM的产能，则卡住了英伟达们的脖子。公开信息显示，英伟达几近买空了SK海力士的产能，其最新的B200 GPU，搭载了8颗HBM3e芯片。借助关键的“杠杆”产品，通过产品换订单，这种捆绑策略也比较常见。比如掌握算力分配权的英伟达，当客户采购H100系列芯片，都会捆绑其他产品，比如L40系列，甚至是网卡、交换机等，而三星当年拿下苹果处理器代工业务，其NAND闪存的供货能力也成为撬动代工订单的重要杠杆。
良率是晶圆厂生命线
拥有一个英伟达、AMD这样的巨头客户具有更明显的指向意义，前提是搞定关键的良率。三星是世界上第一家在3nm导入GAA架构的晶圆代工厂，英特尔则已经晒出可1.4nm（14A）工艺的路线图，前者多次在良率上栽跟头，导致丢掉苹果、高通的订单，3nm甚至被传出了“良率为0”的消息，而英特尔虽然“4年5个制程节点”的计划很宏伟，但缺少量产的验证。从苹果这样的客户角度出发，最核心的诉求一定是在可预期的良率下，生产出性能符合标准的产品。但搞定良率这件事，从来都不是一帆风顺，台积电也是如此。研究机构Arete Research高级分析师布雷特·辛普森曾在报告中指出，采用FinFET架构的台积电3nm制程的苹果A17芯片，初期良率在55%左右，每个季度良率可以提高5%左右。如果该数据准确，台积电3nm当前的良率应该接近70%。看点不仅在于每个季度5%的提升，还在于从55%到70%良率中间的成本，这部分台积电大方的选择了为苹果兜底。所以说，台积电成功不仅仅体现在制程工艺上，也在于和客户的协同，其支持服务覆盖设计、生产、测试等诸多环节，单就苹果A8这颗芯片，台积电就配备了一支100人规模的One Team支持团队，这等同于帮助客户在设计、研发环节降本增效。而苹果在台积电的驻厂工厂师更是达到了千人的规模，也正是这种需求和产出，或者说设计、研发与生产的协同，成为台积电高良率的保证。如果三星、英特尔要“抄作业”，这里应该划个重点。业界普遍认为，晶圆代工的良率达到85%，甚至是90%才能实现盈亏平衡。台积电的3nm正在逐步接近这个指标，但三星3nm的良率还只徘徊在30%-60%之间，距离盈亏平衡线还很遥远。作为追赶者，抢先推出更先进工艺制程、架构的产品，进而吸引追求“摩尔定律”的客户，是一件合理的事情。不过，抢跑也要承担良率不佳带来的“翻车”风险。当然也有一种不考虑良率的特殊情况——先进设备和供应链遭遇卡脖子，不得不借助老款设备，通过特殊的技术工艺生产先进制程芯片，比如利用DUV多重曝光来生产7nm、5nm芯片，在这种情况下，有产出的意义要远高于良率这个话题。