编者按:本文来自微信公众号 远川科技评论(ID:kechuangych),作者:叶子凌,编辑:李墨天,微新创想经授权转载。2022年12月,美国亚利桑那州的凤凰城,台积电晶圆厂的装机庆典上,全球顶级芯片公司的领导者们齐聚一堂,就连91岁的张忠谋也亲自到场。根据规划,这座亚利桑那晶圆厂预计在2024年正式投产,将采用先进的N4制程技术,也就是目前A16和H100芯片所使用的制程。在盛大的仪式上,台积电还宣布将在当地建设第二座晶圆厂,计划于2026年生产更尖端的3nm芯片,总投资额高达400亿美元。美国总统拜登激动地宣布:“各位,美国制造业回来了!”然而,好景不长,亚利桑那晶圆厂的投产计划很快被推迟。今年2月,台积电向《纽约时报》坦陈了在美国的困境,直指美国工人难以管理。一位赴美工作的台积电工程师透露:“美国人在面对多项任务时,往往选择拒绝接受新任务,而不是全力以赴完成所有工作。”美国工人则向《Business Insider》抱怨台积电的管理混乱,包括工地上的亚洲工人不按规定佩戴安全装备,每天开工前长达1小时的安检排队,以及台积电故意隐瞒工作信息以歪曲当地劳动力技能水平等。
台积电在美国的遭遇并非孤例。富士康在威斯康星州的“世界第八大奇迹”项目至今仍未完工。这一系列事件背后,揭示了美国制造业与亚洲封装产业之间的巨大差异。
2016年,搭载A10芯片的iPhone 7问世,其CPU速度比前代iPhone 6快两倍多,内存容量翻倍,机身厚度却控制在7.1毫米,成为历代iPhone中第二薄的。这一成就的关键在于台积电提供的“InFO”封装技术。那么,什么是封装呢?简单来说,芯片生产完成后,晶圆会被切割成单个裸片,放置在基板上,引出管脚或引线,最后封装在外壳中。而“先进封装”则着重于缩短芯片之间的通信距离,以提升性能或降低芯片面积和能耗。在iPhone 7中,台积电将A10处理器与LPDDR内存芯片整合在同一封装中,此后A系列芯片都采用了台积电的先进封装方案。我们通常所说的芯片,实际上是指完成了封装步骤的芯片,而晶圆厂生产的大部分“芯片”则是由一个个裸片组成的一整块晶圆。
时至今日,从A系列到特斯拉的Dojo,从AMD的MI300到英伟达的H100,先进封装已成为高性能芯片的标配。每一颗H100从台积电十八厂的N4/N5产线上下来,都会运往同园区的先进封测二厂,完成关键的CoWoS封装步骤。然而,先进封装的普及也暴露了台积电美国工厂的一个问题:即便芯片在美国生产,仍需运往台湾地区完成封装。亚利桑那州长Katie Hobbs曾表示,台积电将在凤凰城建设先进封装厂,但投资巨大,若本地订单不足,可能面临亏损。今年6月,台积电董事长刘德音在股东大会上表示,美国厂暂未规划先进封装产能。与此同时,位于台湾竹南科学园区的台积电封测六厂正式启用,其洁净室面积超过其他封测厂总和,将用于InFO、CoWoS等先进封装技术的量产。
先进封装对高性能芯片的重要性,在台积电的收入中体现得淋漓尽致。分析师Robert Castellano测算,台积电生产一颗H100芯片的收入不足200美元,但单颗芯片的封装收入却超过700美元。除了英特尔,三星、联电、日月光等先进封装产能主要集中在东亚地区。时至今日,台积电依然将最先进的晶圆厂设在台湾地区。
封装只是台积电在美国面临的成本问题的一个缩影。晶圆厂虽能拔地而起,但芯片制造能力难以通过补贴在短时间内实现“转移”,因为这是一个包含数十个环节的庞大体系,其核心始终在东亚。转移的不仅是工厂,还有与之对应的研发生产与人才输送体系。台积电在台湾地区建设的不仅有晶圆厂,还有研发中心,用于开发面向未来的2nm和1.4nm芯片生产技术。同时,台积电的市场地位也会影响人才流动。2022年,半导体产业占台湾地区总GDP的13%,晶圆代工业务对半导体行业的贡献达到52%。台湾地区每年近20万大学毕业生中,超过50%是工科学生,且以电子制造和半导体专业为主。台积电的建设还带动了台湾地区建筑行业的增长。三十多年来,半导体产业和教育体系形成了一套双向反馈的系统,应届生大量流向台积电和联电等企业,为产业源源不断输送人才。这也是为什么半导体研究机构SemiAnalysis认为,随着芯片封装技术越来越先进,苹果和英伟达等台积电客户将发现,将自己从亚洲解脱出来的难度越来越大。因为台积电总是在台湾地区开发最新的制造和封装工艺,那里成本更低,人才也更容易找到。
产业转移过程中,转移的不仅是工厂和生产线,还有与之配套的技术创新体系和人才培养体系。在“制造业回流”的语境下,工厂可以转移,但人才的体系却无法复制粘贴。波音就是一个典型例子。上世纪80年代后,波音将客机生产外包至美国之外,导致产业链环节在美国消失,相应的人才体系也出现断层,产业工人供给出现缺口,进而限制了技术升级和创新。为了缓解交付压力,波音不得不返聘退休的机械师和检查员,原因就是大规模的人才断层。从1979年至2011年,美国的制造业就业人数减少了40%,与工厂消失的很可能还有配套的供应商、大学的专业和学术界的相关研究。人才总会向产业的高地流动,如今西雅图的美国应届生更愿意去亚马逊工作,还是去23公里外的波音工厂打螺丝,不言而喻。而“半导体制造”甚至很多美国人没听说过的职业选择。亚利桑那州凤凰城的一位人力官员桂林·沃勒曾表示,“应聘者听到对半导体制造业时,常一头雾水,不太熟悉。”
美国试图通过补贴和建厂重塑芯片生产能力,最终也会遇到人才断层的问题。美国市值最高的公司里,只有苹果勉强算制造业,但它没有一间工厂。2012年,奥巴马曾问乔布斯,“需要做什么,才能让iPhone回美国生产?”乔布斯毫不犹豫地回答:“那些工作不会回来了。”计算机大国的烦恼不久前,曾担任台积电研发处处长的杨光磊接受采访,虽然讨论的主题是英特尔和台积电的竞争,但也能从一个侧面反映台积电为什么会在美国水土不服。杨光磊认为,当前美国年轻人的就业重心都在软件,比起半导体工厂,大家更愿意去微软、Google和META工作,几乎没有先进的半导体研发与制造人才。同时,对美国来说,半导体制造是个“移民型产业”:“上世纪80~90年代的美国半导体产业,都是由东方面孔的亚裔撑起一片天。如今,在这些东方面孔的人才回到亚洲后,现阶段美国的半导体产业要持续发展,就变得相当的困难。”
事实也是如此,美国芯片制造产业的建立来自许多亚洲面孔,他们大多有赴美求学、在美国半导体公司工作、回亚洲创业的履历。在这个过程中,芯片制造的产线、研发和人才体系的中心也转移到了东亚地区。外界常将美国视为芯片强国,但实际上,美国真正的优势产业是以软件为代表的“计算机科学”,而不是以大规模标准化生产为核心的芯片制造。两者虽然都诞生在美国,但后者在80年代后不断外流,而前者不仅从未“外流”到其他经济体,反而优势越来越大。英伟达虽然是一家芯片公司,但强项在于芯片架构和设计,以及以CUDA为代表的软件能力,芯片生产则完全交给代工厂。在这个语境下,Unix、RISC、数据库、人工智能等计算机科学领域的细分门类,几乎都诞生在美国,并始终拥有巨大优势。
芯片制造是一个非常“东亚性”的产业,特点是24小时连轴转的工厂,强调纪律和服从。在产线上工作时,员工处于与世隔绝的状态,既不能用手机,也不能上外网。加上工作时需要穿上无尘衣,连厕所都不能随便去。一位驻场过不同晶圆厂的设备商曾向《日经亚洲》表示,一些美国工人到台积电位于台湾地区的工厂接受训练后,会因无法承受严苛的军事化管理当场提桶跑路。相比难管的美国工人,台积电在日本的投资就顺利得多。按照《南华早报》的说法,台积电认为,日本的工人更愿意加班,因为芯片制造机器要在无菌的洁净室里全天候运转。而日本的工人以工作时间长和对雇主的忠诚而闻名。因而,对大部分美国科技人才来说,在半导体工厂之外,有太多收入更可观的职业选择。根据招聘平台信息,台积电在美雇佣工程师的平均年薪约为11.8万美元,而美国软件工程师的平均年薪是15.6万美元。根据美国半导体行业协会(SIA)发布的报告,到2030年,美国半导体行业将新增11.5万个工作岗位,但其中58%,即6.7万个岗位可能面临空缺。
对于台积电来说,薪资待遇可以硬着头皮涨,企业文化也有变通的空间,但生产的规则和人才的培养难以速成。无论芯片制造有多少高科技的成色,其核心依然是24小时连续运转的工厂,以及对资本和劳动力的高强度消耗。晶圆厂也是厂,它意味着透支身体的加班、枯燥重复的劳动和毫无尊严的集体宿舍。决定人才流动的最主要因素,始终是一个产业的盈利能力。王传福说“以前想招清华北大人家看不上,今年招到不少”,原因还是比亚迪的车卖的越来越好。“最懂芯片的人都在华尔街和陆家嘴”可能是个段子,但毕业生都想挤进软件大厂确是事实。台积电在美国的问题,对我们来说并非毫无参考价值。