全球晶圓廠建設平均速度比拼:日本最快美國最慢
關鍵詞: 晶圓廠
美國目前建造的晶圓廠數量少于世界其他地區,也正因此,為了解決這一問題,美國專門針對半導體產業提交了CHIPS法案,但是根據substack.com的統計報告顯示,相對于全球其他地方,美國晶圓廠建設的周期更長,這也許是各家公司考慮在亞洲等地區興建新的晶圓廠的重要原因之一。
由于晶圓廠獨特的基礎設施要求以及大型建設項目必須的監管流程,半導體晶圓廠的建設需要數年時間。從 1990 年到 2020 年,全球大約有 635 座新建半導體工廠建成,平均建設周期為 682 天。該時間表不包括預先許可和施工前的考慮,因此晶圓廠的實際建設周期平均超過了兩年。
1990-2020 年按地區分列的新建 Fab 平均所需時間
建造新晶圓廠所需的時間存在相當大的區域差異。日本(584 天)和韓國(620 天)建造晶圓廠的平均速度明顯快于世界其他地區。美洲是半導體設備商的主要所在地,但其建造晶圓廠的速度顯著降低,平均耗時 736 天,比日本長約五個月。而在五個月內,三星和臺積電等代工廠可以生產大約 500,000 片晶圓。
從 1990 年到 2020 年,在美國建造新晶圓廠所需的時間增加了 38%,從 1990 年到 2000 年的平均 665 天(1.8 年)上升到 2010 -2020年的 918 天(2.5 年)。與此同時,美國新建晶圓廠項目總數減半,從 1990-2000 年的 55 個晶圓廠項目減少到 2010 年至 2020 年的 22 個。
美國平均晶圓廠建設時間 (L) 和十年間晶圓廠數量 (R)
與其他地區相比,美國新晶圓廠項目總數的下降以及緩慢的速度非常令人印象深刻。例如,在中國,新晶圓廠項目總數從 1990-2000 年期間的 14 個增加到 2010-2020 年期間的 95 個。與此同時,中國這些晶圓廠項目從開工到投產的平均天數從 2000-2010 年的 747 天(2 年)減少到 2010-2020 年的 675 天(1.85 年)。中國正在建造更多的晶圓廠,并且建造速度顯著加快。
中國平均晶圓廠建設時間(L)和十年間晶圓廠數量(R)
其他地區如何扶持晶圓廠建設
晶圓廠有廣泛的基礎設施要求?,F代晶圓廠需要獲得:(1) 大塊空地 (2)可靠、負擔得起且穩定的租賃期 (3) 水、(4) 電、(5) 人才、(6) 交通基礎設施和 (7) 附近的額外徒弟,用于其供應商的布局。
Fab 對于基礎設施的要求
晶圓廠的許多基礎設施要求涉及各級政府機構,有時管轄范圍可能重疊。因此,建設必須仔細地通過監管流程。認識到這些法規和許可流程會影響建設周期,而其他國家提供激勵措施和間接補貼以加快晶圓廠建設時間。以下是一些特定國家及地區的摘要:
臺灣地區:
臺灣地區提供稅收和關稅激勵措施以及研發 (R&D) 補貼,以吸引半導體公司。具體而言,臺灣維持 17% 的營業稅稅率,允許半導體公司每年最多將其研發費用的 15% 計入所得稅賬單,并允許公司免關稅進口半導體制造設備。在臺灣建立研發中心的半導體公司也可獲得高達總支出 50% 的補貼。國際半導體公司顯然對這些激勵措施做出了反應。這些優惠措施已成功吸引美國存儲芯片公司美光在臺灣建廠,而荷蘭的ASML等設備供應商,以及美國的Applied Materials和Lam Research均已在臺建設工廠、研發中心或培訓總部。臺灣的投資當局還幫助美國芯片制造商在國內建設晶圓廠“在征地方面,加快了行政程序,消除了投資障礙(例如協調地下管道等),組織了招聘會以幫助公司招聘人才?!?/span>
中國:
中國對半導體行業的產業計劃是眾所周知的,其激勵/補貼顯然旨在促進晶圓廠建設。一些不太明顯但有趣的激勵措施包括通過國家公用事業公司以低于市場價格向半導體公司提供水和電。同樣,經合組織觀察到,以低于市場價格向半導體制造商提供土地是一種投資激勵形式。經合組織強調了中國半導體公司清華紫光集團的案例,該公司“以每平方米 240 元人民幣的價格為其在成都的代工廠購買土地,而二線城市工業用地的官方平均價格為每平方米724 元。”
新加坡:
通過經濟發展委員會和 JTC Corporation 等政府機構,新加坡建立了四個工業園區,為半導體制造商及其供應商提供可隨時使用的土地,這些土地預先配備了電力和道路等基本基礎設施。這些屋苑還包括現成的設施,配備冷凍水、大宗工業氣體供應,并采用振動控制施工技術。新加坡政府努力的結果是顯而易見的,成功吸引了 14 家全球半導體公司,在這些產業中雇傭了 18,600 名工人。
美國影響晶圓廠建設的部分法規
在聯邦層面,有許多旨在維持環境質量的法律,眾所周知,這些法律往往會大大推遲重大建設項目。值得注意的是,國家環境政策法案 (NEPA) 審查程序管理被視為“重大聯邦行動”的建筑項目。如果 CHIPS 法案的提供激勵措施被確定為一項“重大聯邦行動”,那么新半導體工廠的建設可能會大大推遲。 2020年,白宮環境質量委員會編制了 2010 年至 2018 年間提交的 1,276 份環境影響報告 (EIS) 的時間表數據,發現 NEPA 審查平均為 4.5 年。該許可過程不包括實際建造半導體工廠所需的平均 1.86 年。當然,這個數字并不完全反映其他聯邦環境審查,其中一些可能與 NEPA 進程同時進行或完全單獨進行。
白宮 2017 年的一份報告還指出,《清潔空氣法》要求的施工前許可證和運營許可證是“負責任和及時的設施許可的主要障礙”,發現“對于一些大型項目,許可過程可能需要 12 – 18 個月。”最近,EPA 宣布了在六個月內做出許可決定的目標。但如前所述,鑒于該行業運作的時間緊迫,任何延遲都可能對公司的競爭力造成代價。
美國正試圖通過立法解決這一問題
Sens. Hagerty、King 和 Portman 最近對 NDAA 提出了一項修正案,該修正案將減輕技術建設項目的監管負擔。該修正案將在 FAST-41 聯邦許可計劃中增加關鍵技術,如半導體或電動汽車電池。 FAST-41 計劃已運行多年,旨在加強許可機構之間的協調,同時保持這些法規背后的健康、安全或環境保護意圖。
但是,該修正案似乎并未納入最近簽署的 2022 NDAA。
結論
美國在半導體制造方面或已落后。從 1990 年到 2020 年,中國建造了 32 座月產能超10萬片的晶圓廠,而世界其他地區在同一時期僅建造了 24 座。在這 30 年的時間里,美國沒有涉及建造產能大于或等于 100000 萬片的新建晶圓廠項目。
1990-2020 年根據地區 (L) 和平均建設時間 (R) 劃分,100,000 片晶圓產能以上的Fab項目數量
CHIPS法案旨在解決這個問題。三星、臺積電和英特爾最近宣布在美國建造新晶圓廠的消息令人鼓舞。然而,要按時、按預算完成這些晶圓廠建設項目,就需要監管機構幫助掃清障礙。
