欧盟希望建造最先进的2nm晶圆厂，为什么英特尔是最佳合作伙伴？100亿美元补贴能否实现欧盟领先全球半导体的雄心？Intel的IDM 2.0战略能否帮助其赶上TSMC？中国半导体可以从中得到什么启示？本文试图从以下四个方面回答这些问题。
1. 欧洲的2nm晶圆项目补贴花落谁家？
2. Intel追赶TSMC的晶圆扩展计划
3. 盘点英特尔现有晶圆厂
4. 给中国半导体的启示
欧盟希望建造最先进的2nm晶圆厂，为什么英特尔是最佳合作伙伴？100亿美元补贴能否实现欧盟领先全球半导体的雄心？Intel的IDM 2.0战略能否帮助其赶上TSMC？中国半导体可以从中得到什么启示？本文试图从以下四个方面回答这些问题。
- 欧洲的2nm晶圆项目补贴花落谁家？
- Intel追赶TSMC的晶圆扩展计划
- 盘点英特尔现有晶圆厂
- 给中国半导体的启示
欧洲的2nm晶圆项目补贴花落谁家？
上周五，欧盟高层官员会见英特尔CEO Pat Gelsinger、台积电欧洲总裁Maria Merced，以及三星电子的代表，讨论在欧洲建造2nm晶圆厂的可行性。过去30年来，欧盟的半导体制造业持续下滑，因为欧洲的半导体厂商大都转向fab-lite战略，而将其需要先进制造工艺的数字芯片外包给亚洲代工厂商了。
欧盟希望在下一个10年扭转下降趋势，重振欧洲半导体产业，目标是将其芯片产量提升至全球芯片产量的20％。无论在德国、法国还是欧盟其它国家，投资建造2nm晶圆厂有望让欧盟在全球半导体制造领域占据领先地位。最有可能帮助欧盟实现这一目标的晶圆制造厂商自然非TSMC和三星莫属，但这两家最先进的晶圆代工厂商很可能会拒绝，因为他们宁愿在本土（台湾或韩国），或者在美国建厂（可以更好地迎合客户需求）。
最有可能与欧盟合作的反而是英特尔，因为该公司最近宣布IDM 2.0战略计划，将重新进入晶圆代工市场。英特尔CEO表示，除了在美国本土扩大或新建晶圆厂外，在美国之外他最愿意在欧洲建造先进工艺的晶圆厂，因为亚洲已经是晶圆制造集散地，而且该地区的未来政治有着极大的不确定性。
英特尔本来就有计划升级或扩张其位于爱尔兰Leixlip的晶圆产能。如果欧盟愿意拿出80亿欧元（约合100亿美元）的补贴，英特尔自然乐意接受。但是，能否如欧盟所愿，建造一座最先进的2nm晶圆厂，就不得而知了。
可能有人会问，100亿美元还不能建一座晶圆厂？据业内人士分析，其实100亿美元也就刚刚够一座中型晶圆厂的建造和运营成本，而对于一个拥有最前沿技术（比如2nm工艺节点）的晶圆厂来说，100亿美元刚够其成本的三分之一（难怪英特尔伸出了三个手指，原来是三分之一的意思）。目前，英特尔自己还在努力提升自己的7nm制造工艺。
100亿美元只够建三分之一个晶圆厂（来源：电子工程专辑制作）
欧洲大陆必须要有雄心和长远计划，建造2nm晶圆厂对欧洲政客来说具有重大战略意义，但对欧洲半导体厂商高管及其股东而言，这么高昂的投资未必明智。欧洲制造业以汽车和工业控制为主，这些厂商不需要最先进的数字芯片。而最新工艺的芯片主要用于消费电子和高性能计算领域，这又不是欧洲的强项。
许多业界分析人士认为欧盟的野心是幼稚，不切实际的。位于德国柏林的非营利性智库Stiftung Neue Verantwortung最近发布了一份题为《The lack of semiconductor manufacturing in Europe -- Why the 2nm fab is a bad investment》的分析报告，得出结论说，欧洲建造2nm晶圆厂没有什么商业价值和发展前景。
该报告的撰写人Jan-Peter Kleinhans是这家智库的“技术与地缘政治”项目负责人。他目前的研究重点是全球半导体供应链与地缘政治的交叉领域。他认为，欧洲有4条通往2nm的潜在路线，但似乎没有一条路可以达到预期的结果。
1）吸引三星和/或台积电在欧洲投资；
2）成立一个EU联盟，使用三星或台积电许可的工艺技术来建造和运营一家晶圆厂；
3）成立一个EU联盟，使用自己的IP建造和运营一家晶圆厂；
4）依靠英特尔在欧洲建立领先的晶圆代工能力。
Kleinhans指出，欧洲几乎无法提供任何诱惑来吸引三星或台积电来欧洲建厂，因为这里没有大量的客户群。在欧洲建造这么一座晶圆厂需要去美国吸引客户，这显然不现实。此外，由于欧洲电力成本比较高，晶圆厂的运营成本要大大高于亚洲。
排除第一条路线，选项二或三有可能付诸实施，但成功的概率不大。
最后，英特尔希望将其位于爱尔兰和以色列的晶圆厂转为代工服务工厂，并可能在欧洲建立一个新的晶圆厂，这一提议自然受到欧盟的欢迎，但不太可能达到TSMC或三星的领先地位。鉴于英特尔CEO Gelsinger重新进入代工市场的决心，英特尔很可能会接受欧盟委员会的100亿美元补贴。然而，英特尔自己在10nm和7nm节点上一直滞后，要想赶上TSMC还需要几年时间。
Intel追赶TSMC的晶圆扩张计划
有媒体批评Intel用于回购股票的钱都比投入研发的钱多，尽管这是其前任CEO（财务出身的Bon Swan）的责任，Gelsinger也坦诚这一事实，并承诺说将加速加大研发投入，这一点在他加入Intel时已经获得董事会的同意。
Gelsinger最近接受CBS「60分钟」节目访谈时声称，全球半导体短缺冲击到众多产业的问题可能在几年内都无法解决，英特尔正在调整一些工厂产线以提高产能。当CBS主持人Lesley Stahl问到为何不让商业资本（比如苹果和微软等科技巨头出资）来代替政府发展芯片产业时，基辛格回答道，商业资本很可能会选择一些亚洲的企业为其生产芯片，而这些芯片所使用的专利技术很可能不包含“美国制造”的基因。所以，要想拥有对半导体技术的长久控制权，需要将更多的晶圆制造产能拉回到美国本土。
Intel CEO Pat Gelsinger向CBS节目主持Lesley Stahl展示一个晶圆。(来源：CBS)
25年前，美国半导体制造产能占全球的37％，而今天这个数字下降到只有12％。相比之下，现在亚洲拥有75％的全球半导体制造产能。Gelsinger表示，作为美国最大的芯片厂商，英特尔有能力也有责任提升美国本土的晶圆制造产能。
为贯彻英特尔的IDM2.0战略，该公司计划在其位于亚利桑那州Ocotillo的制造基地新建两座采用最先进EUV的晶圆厂，估计耗资200亿美元。该制造基地已经拥有四座正常运营中的工厂，具备所有支持新工厂的基础设施，这将加快建设速度。新的晶圆厂将在2024年为英特尔内部业务和外部客户提供晶圆代工服务。
上周，英特尔CEO Pat Gelsinger在访问以色列时宣布，计划在以色列追加投资6亿美元，主要用于在耶路撒冷为MobilEye建立一个新的研发园区，以及在海法新建一个研发中心（称为IDC12）。最终，海法中心将配备6000名员工，开发他们所谓的“未来芯片”。英特尔在2019年承诺投资100亿美元在以色列Kiryat Gat新建一座晶圆厂。作为以色列全国最大的私营雇主，英特尔于1974年开始在以色列运营，目前雇用超过1.4万名以色列员工。
本周，英特尔又宣布将为其位于新墨西哥州Rio Rancho的工厂注资35亿美元，用于升级现有制造设施，以制造采用2.5D/3D堆叠结构和异构集成技术的新型微处理器芯片。这座于2002年建造的300毫米晶圆厂主要采用32/45nm工艺生产微处理器芯片。
在强调全球协作的半导体市场，竞争也异常激烈。就在英特尔宣布斥资200亿美元建造两座新晶圆厂后，台积电宣布将在三年内斥资1000亿美元用于研发、升级和新建晶圆制造产能。TSMC计划在亚利桑那州凤凰城建造一座新晶圆厂，主要生产苹果等客户所需要的高端芯片，目前还没有美国工厂能够生产。
台积电计划在美国新建6座工厂，新厂计划直接上马最新5nm制程节点，产能预计为2万片/月。虽然还没有进一步细节，但可以肯定的是，美国政府迫切要求台积电赴美建厂。此外，英特尔计划将其部分i3系列芯片外包给台积电生产，这也可能是台积电在美国设厂的原因之一。
盘点英特尔现有晶圆厂产能
英特尔目前在美国俄勒冈州Hillsboro拥有4座晶圆厂（D1B/D1C/D1D/D1X），工艺节点包括7/10/14/22nm，主要生产微处理器芯片；在新墨西哥州Rio Rancho有一座晶圆厂（Fab 11x），工艺节点包括32/45nm，主要生产微处理器芯片；在亚利桑那州Chandler拥有4座工厂（Fab 12/32/42），工艺节点包括7/10/14/22/32/45/65nm，主要生产微处理器和芯片组。计划投资200亿美元新建的2座晶圆厂也位于这个园区。
除了位于美国本土的9座晶圆厂外，英特尔在爱尔兰Leixlip也拥有3座工厂（Fab 10/14/24），工艺节点包括14/65/90nm，主要生产微处理器、芯片组和通信芯片；在以色列Kiryat Gat有一座晶圆厂（Fab 28），工艺节点包括10/22/45nm，主要生产微处理器芯片；在中国大连有一座晶圆厂（Fab 68），工艺节点为65nm，主要生产VNAND存储器芯片。
英特尔全球晶圆厂分布一览表。（来源：维基百科/电子工程专辑）
英特尔与台积电的全球晶圆制造布局。（来源：电子工程专辑）
给中国半导体的启示
为应对当前的全球性芯片短缺，每家半导体厂商都在想尽办法挤现有产能，或计划扩产成熟工艺产线。最近业界人士和媒体还对台积电南京工厂的28nm产线扩产计划提出异议，竟然担心会对本土晶圆厂造成威胁。还有人提出为什么在大陆投资成熟的28纳米工艺，而不是更为先进的14、7甚至5nm工艺。如果这些人能够综观全球半导体现状及未来格局，也许就没有这些疑问了。
与此同时，欧盟和美国政府纷纷拿出先进晶圆制造补贴计划以吸引厂商投资建厂，目的是占领未来全球半导体格局的制高点。以台积电和三星为代表的亚洲晶圆制造目前处于领先地位，而中国大陆的半导体产业应采用什么应对措施呢？在5/3/2nm工艺方面，似乎我们没有太多的话语权，虽然国产半导体设备厂商和晶圆代工厂商都在努力追赶。笔者认为，本土晶圆制造厂商可以抓住现在的供应紧缺和需求旺盛机遇，投资和夯实自家的成熟工艺产线。甚至可以借鉴联电（UMC）的做法，与IC设计客户联合投资新的工艺或产线，以确保未来的投资汇报和产能供应稳定。
要想在未来10-30年在全球半导体行业占据一席之地，甚至领先地位，我们现在应该认识到教育、人才和基础研究的重要性。单靠引进人才和挖人是无法长久持续发展的，清华成立集成电路学院就是一个好的开端。
从fabless公司的角度来看，各国政府和晶圆制造厂商加大投资制造产能是好事，充足的产能供应才能解除IC设计公司的后顾之忧，从而加大芯片技术的研发以便赢得客户的长期合作。
结语
英特尔抓住全球芯片短缺和美国政府振兴本土制造的机遇，积极在美国和欧洲投资建厂以推动其IDM 2.0战略。在释放其现有晶圆制造产能方面，英特尔的决心和能力毋庸置疑。然而在最先进的晶圆制造技术方面，要追赶上TSMC还需要几年时间，甚至最终能否赶得上还是个问号。
半导体已经成为各国科技竞赛的制高点，中国半导体必须加入全球半导体的竞争与协作中，明确自己的价值定位，同时从长期教育和基础研究做起，唯有如此才能在未来30年占据一席之地，才有可能占领制高点。
参考来源：
- CBS NEWS: Chip shortage highlights U.S. dependence on fragile supply chain by Lesley Stahl, 60 Minutes correspondent of CBS.
- EENEWS EUROPE: $10bn subsidy is price of 2nm EuroFab says Intel by Peter Clarke
- Wikipedia: List of semiconductor fabrication plants
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