英特爾在俄亥俄州的投資：連接一些點

英特爾執行長帕特·基辛格(Pat Gelsinger) 在周五的白宮聲明中稱，英特爾斥資20 億美元在俄亥俄州新奧爾巴尼建造兩座新半導體工廠或「晶圓廠」的計劃是該州史上最大的單一廠址投資。 但這不僅僅是為了緩解當前的晶片短缺和供應鏈困境，而是為了重新奪回行業領先地位。 在公告發布之前，我曾試圖與該公司進行面談，但沒有成功。 儘管如此，還是有很多有趣的線索，所以讓我們把一些點連起來。

20 億美元似乎是一大筆錢（花費了多年的建設時間），但在這個行業卻並非如此。 英特爾已經在亞利桑那州錢德勒的兩座新工廠投入了這麼多資金，而台積電 (TSMC) 則在附近的北菲尼克斯投入了 12 億美元。 俄亥俄州的投資是針對兩座晶圓廠，因此這意味著每座晶圓廠約 10 億美元。 當您確定晶圓廠規模時，最小有效規模決定了您的製造能力。 在現代晶圓廠中，晶片是在 12 吋矽晶圓上製造的，產能通常以每月 12 吋晶圓投產量來衡量——每月將多少晶圓放入生產線前端。 這取決於瓶頸步驟的容量以及整個流程所需的時間。 威化餅可能需要長達兩個月的時間才能完成，具體取決於配方中的步驟數（多達 700 個或更多）。 對於先進技術，由描述其最小特徵尺寸的“節點”引用（如., 5 nm 節點），10 億美元可能每月可以購買 20,000 個晶圓。 

從這些數字來看，台積電在台灣擁有四座“Gigafabs”，分別是位於新竹科學園區的12A/12B 晶圓廠、台南科學園區的14 號和18 號晶圓廠以及台中附近的台灣中部科學園區的15 號晶圓廠。 每個工廠每月在一系列節點上的產能約為 250,000 萬片晶圓。 台積電在中國南京還擁有一座晶圓廠，可處理從 7 奈米到 28 奈米節點的各種工藝，並且最近宣布計劃將該工廠的產能從每月 40,000 片晶圓產能擴大到 100,000 片晶圓片。 28 奈米在汽車和消費性電子晶片中很受歡迎，台積電在全球範圍內僅在該節點每月就有 180,000 片晶圓的產能。 總體而言，該工廠每月可啟動超過一百萬個晶圓。 產量對於半導體製造至關重要——透過生產學習，您可以培養大規模生產的能力。

台積電最近也將今年計畫的資本支出增加至約 40 至 44 億美元。 與此同時，三星在 40 年花費了 33.5 兆韓元（2021 億美元），今年計畫花費 50 兆韓元（近 42 億美元）。 因此，儘管英特爾的投資規模龐大，但在其他國家的投資也在激增，因此我們不應該誤以為僅靠一家公司的投資就能恢復美國的領先地位。

讓我們看看另一個“點”。 上週早些時候，英特爾確認已從荷蘭 ASML 訂購了第一台 Twinscan EXE:5200 掃描器。 這是最新一代的極紫外線 (EUV) 微影工具，在晶片上創建原子級圖案方面發揮著至關重要的作用。 雖然這些機器的早期版本每台成本超過 150 億美元，但該特定型號的單一成本超過 340 億美元。 這比空中巴士 A350-900 的價格還要高，而且航空公司通常會獲得大幅折扣（例如高達 50%）。 當該光刻工具達到生產準備狀態時，每小時應該可以生產 200 個晶圓。可怕的是，晶圓廠通常必須購買不只一台這樣的機器。 由於它是最昂貴的工具，晶圓廠購買了足夠多的其他工藝工具，因此光刻始終是瓶頸。 但其他工具也不便宜。 因此，建造一座 10 億美元的晶圓廠可能意味著 XNUMX 億美元用於建設基礎設施，其餘的則用於所有不同的工具。

EXE:5200 之所以如此昂貴，是因為它具有高數值孔徑 (NA)。 NA 描述了系統可以接受或發射光的角度範圍。 它與攝影師熟悉的 f 值不太一樣，f 值將鏡頭最大光圈的大小與焦距聯繫起來。 相反，NA 決定了使用光學微影系統可以製作的最小尺寸。 衡量這種能力的標準是臨界尺寸，即可以在晶圓上方特定高度印刷的特徵尺寸。 它與所用光的波長成正比，與 NA 成反比。 因此，如果你想製造更小的東西，你需要使用更小（更短）的光波長，或者你必須使用更高NA的光學系統。 ASML 花費了超過 10 億美元用於研發，在這 13.5 億美元以上的掃描器中使用 EUV 光（150 nm）。 顯然，每台掃描器額外花費 200 億美元可以獲得更高的 NA。 增量費用應該讓您感受到這樣做的難度。 這個關節點還有另一個面向。 目前對半導體製造工具的需求如此之大，以至於交貨時間非常長。 設備交付時間現在是最長的支柱。

第三個點。 基辛格在白宮簡報中表示，英特爾承諾投入 100 億美元開發該地區的人才管道。 這一點非常重要，也非常有說服力。 對於一家晶片公司在製造工具上投入的所有資金來說，人才是讓你能夠運行這些工具並生產產品的關鍵。 一方面，俄亥俄州在半導體製造方面沒有太多優勢，但該州以及鄰近的印第安納州、密西根州和附近有很多汽車、航空航天和其他工程驅動的專業以及優秀的工程學校匹茲堡。 與當地學校合作將有助於建立人才管道。 這標誌著鳳凰城和德克薩斯州奧斯汀等城市對人才的競爭日益激烈，因此前往中西部是明智之舉。 俄亥俄州也不像亞利桑那州或德克薩斯州那麼乾旱，工廠使用大量的水。 我之前就質疑過為什麼我們喜歡在沙漠裡建造晶圓廠。

當我們把這些點連結起來時，一幅更完整的圖景就出現了。 首先，我們不應該誤以為英特爾的投資將緩解汽車產業和其他產業的短期晶片短缺問題。 這些都是長期投資，而且是實質的，旨在跟上晶片製造技術的前沿。 還會有更多的事情發生。 基辛格已經暗示，隨著時間的推移，俄亥俄州可能會投資 100 億美元，成為一個巨型城市。 他顯然一心想重返製造業領導地位。 這些舉措需要勇氣，尤其是作為一名上市公司首席執行官，在一個許多股東寧願現金返還的市場上。 希望他和公司能取得成功。