【專欄】美國未來三年先進晶片生產 台積電將扮演關鍵角色

文/童振源(美國約翰霍普金斯大學高階國際研究學院(SAIS)博士，現任駐新加坡代表處代表)
美國的半導體產能全球市占率從1990年的37%降到2022年的10%，而且先進晶片（7奈米及以下製程）的產能為零，當時全球先進晶片都由台灣與韓國生產。為重振美國在半導體製造的領導地位、及強化國家與經濟安全，美國總統在2022年8月簽署《晶片法案》。
美國占全球半導體產業附加價值比重近四成
不過，即使沒有《晶片法案》資源的挹注，美國本來便是全球半導體產業最強的國家，只是絕大部分晶片的製造不在美國。根據波士頓顧問公司的估算，2022年美國占全球半導體產業附加價值的比重高達38%，遠遠領先日本（12%）、南韓（12%）、台灣（11%）、歐洲（11%）與中國（11%）。
以分項來看，美國的電子設計自動化與核心智慧產權占全球半導體產業附加價值的68%，邏輯晶片設計的65%、離散、類比與光電元件（DAO）晶片設計的41%、記憶體晶片設計的25%，設備製造的47%，材料的9%，晶圓製造的10%，封測的3%。

全球半導體產業附加價值：依生產活動與地區區分（2022年）

晶片法案強化美國在半導體產業鏈的經濟與科技優勢
根據美國商務部以2022年公司總部所在地估算，美國占全球晶片設計與整合元件製造廠合計收入的比重高達53%，但是晶圓外包製造（包括晶圓代工與封測）合計收入的比重只有8%。包括晶片設計、製造與封測，美國半導體產業收入占全球比重高達42.9%。這項估算結果與波士頓顧問公司的估算相似。
為強化美國在全球半導體產業鏈的經濟與科技優勢，《晶片法案》共形成四大類政策，包括融資獎勵、護欄系統、出口管制及建立國際聯盟。
首先，從2022-2027年，《晶片法案》共提供527億美元補助美國半導體研發、生產與人力發展，其中390億美元是補助製造部門、110億美元是補助研發部門、27億美元是補助國防、科技安全與人力發展。另外，《晶片法案》也提供半導體設備資本支出的25%投資稅收抵免，根據美國彼得森國際經濟研究所的估計，總成本可能高達850億美元。
其次，為避免《晶片法案》補助的科技與創新被美國視為國家安全威脅的對手國運用或獲益，美國政府建立兩道護欄，包括獲補助廠商在十年內不能在對手國蓋新廠房或擴大既有廠房的「擴展護欄」，及獲補助廠商不能從事與對手國聯合研究或科技授權的「科技護欄」。若獲補助廠商違反規定，美國政府將可以追回所有補助。
第三，出口管制是要限制對手國（特別是中國）獲取先進晶片、發展與維運超級電腦及製造先進晶片的能力。這項管制不僅限制美國公司對中國及美國禁運武器的國家出口，不遵守美國出口管制的外國公司會被加入到管制清單，將無法再運用美國的科技。
第四，美國建立五個國際聯盟以達成《晶片法案》目標，包括：晶片四國（美、台、韓、日）聯盟、印太經濟繁榮框架、美日荷三國聯盟、歐美貿易及科技委員會及北美（美、加、墨）半導體會議。這些聯盟的目的在於強化半導體供應鏈韌性、增強集體技術優勢、限制對中國出口先進晶片或半導體設備、政策合作與資訊共享。
晶片法案補助晶片製造商：英特爾、台積電、格羅方德、Polar Semiconductor及貝宜系統
《晶片法案》至今實施已滿兩年。截至11月底，美國政府已經宣布《晶片法案》補助金額527億美元當中的360億美元，吸引將近4,000億美元投資半導體產業。特別是，美國已經宣布對16家半導體製造商補助超過300億美元及貸款250億美元。
目前《晶片法案》補助方案已經確認的五家晶片製造商包括：英特爾（79億美元）、台積電（66億美元）、格羅方德（15億美元）、Polar Semiconductor（1.2億美元）及貝宜系統（3,500萬美元）。
然而，目前全球只有三家公司能生產7奈米製程以下的晶片，包括台積電、英特爾及三星。
台積電預計在亞利桑那州投資三個廠、共計650億美元，第一廠將採用4奈米及5奈米製程技術，試產的良率已經超過台灣的相似工廠，預期明年上半年便可以量產；第二廠將使用3奈米製程技術，預計2028年運營；第三廠將使用2奈米及1.6奈米製程技術，預計2030年前運營。
英特爾剛確認79億美元的《晶片法案》補助。英特爾在亞利桑那州投資超過320億美元的兩個廠將採取1.8奈米製程科技，但預計要延後一年到2025年才能運營，而在俄亥俄州投資200億美元的兩個廠預期延宕二年，從原來2025年生產延宕到2027-2028年生產。
然而，根據9月初路透社報導，博通認為英特爾的1.8奈米製程科技還不適合大量生產。再加上英特爾的晶圓代工業務虧損高達70億美元，比去年虧損52億美元還嚴重，讓英特爾在明年大量生產1.8奈米製程晶圓存在不確定性。
三星的64億美元《晶片法案》補助方案至今仍未獲得美國政府確認。目前三星要在德州擴張的第一個晶圓廠預計採用4奈米及2奈米製程科技，預計在2026年完工；第二廠的興建原本預期今年要啟動，已經延宕，據報導是因為三星正在解決2奈米製程科技的問題。因此，三星在2027年前在美國生產先進晶片也存在不確定性。
美國未來三年先進晶片生產 台積電扮演關鍵角色
因為《晶片法案》的助益，TrendForce市調公司在今年11月預測，美國生產先進晶片的全球比重將從現在的9%增加到2027年的21%，成為全球第二大先進晶片製造國。白宮在今年8月更預測，到2032年美國的先進晶片全球市占率將高達30%。若以目前英特爾與三星遇到製程良率的問題而存在不確定性，美國未來三年先進晶片生產，台積電將扮演關鍵角色。