2021年10月宣布的台积电熊本工厂开业仪式将于2024年2月24日举行。到今年年底，该工厂将生产28/22至16/12纳米的逻辑半导体，月产能为5.5万片12英寸硅片。总建设成本为86亿美元，其中日本将支付4760亿日元，约一半作为补贴。
还有媒体称，台积电正在计划在日本建设第二家工厂，生产6纳米尖端半导体。第二家工厂将于今年 4 月开始建设，预计 2025 年竣工，2026 年底开始生产。另据报道，日本将提供7500亿至9000亿日元的补贴。这意味着台积电熊本工厂将获得总计超过1.3万亿日元的补贴。
反对巨额补贴
对此，笔者一贯反对向台积电熊本工厂发放以税金为来源的巨额补贴，原因有两个。
第一，台积电的熊本工厂不会优先为日本制造半导体。第二，日本的市场份额增加的希望不大。
这是因为，美国大约有 500 家专门从事设计的无晶圆厂半导体制造商，中国台湾有数百家，中国大陆有 2,800 家，但日本只有大约 10 家。在这种情况下，由于日本很少有无晶圆厂公司将生产外包给专门从事前端制造的台积电熊本工厂，该工厂很可能主要为海外市场生产半导体。不应该给予这样的工厂巨额补贴。
其次，即使台积电熊本工厂建成，日本政府声称的经济安全也得不到保障。原因是，虽然设立了台积电熊本厂，但掩模板（即原始电路板）是由台积电在中国台湾设计和制造的，而且后工序也再次回到中国台湾，由日月光等OSAT（外包半导体组装和测试，后处理专业半导体制造商）进行。也就是说，即使台积电熊本工厂建成，掩模设计、制造、前端工艺、后端工艺也不会在日本完成。因此，经济安全无法得到保障。
此外，最近有人质疑台积电熊本工厂是否可以生产任何东西。在本文中，笔者想讨论一下细节。
在此之前，我们分析一下台积电为什么会进军熊本制造28/22nm，之后为什么会追加16/12nm，以及为什么会计划6nm的第二工厂。
台积电为何决定进驻熊本并打造28/22nm？
让我们把时钟拨回2021年。2021年新年伊始，新冠疫情期间，出现了因半导体短缺而无法生产汽车的情况。因此，以汽车为核心产业的日本、美国、德国纷纷要求台积电增加汽车半导体的产量。
此后，不仅是车载半导体，个人电脑、智能手机、电视和游戏等消费设备、可穿戴设备以及各种其他电子设备也因缺乏半导体而无法再制造。短缺主要集中在28纳米逻辑半导体（图1）。
图1 半导体技术节点和晶体管结构（很多电子半导体集中在28nm）来源：Joanne Chiao（TrendForce）
为什么这么多电子设备都专注于28nm？
为什么这么多电子设备都专注于28nm？
它与晶体管形状、性能和半导体成本有关。28nm 之前，使用平面晶体管，但从 16nm 开始，技术改为三维 FinFET 晶体管。在这里，FinFET 具有更高的半导体性能，但成本也更高，因为它采用双图案化技术。即使成本增加，尖端的个人电脑和智能手机也需要使用更高性能晶体管的半导体。然而，包括汽车在内的许多电子设备并不需要如此高性能。
相反，大众希望使用性价比优异的半导体。为此，很多电子设备都集中在28nm上。由于疫情的原因，各种电子设备的销售激增，导致28纳米短缺。有能力制造28纳米的晶圆代工厂有六家：台积电、三星、联电、格芯、中芯国际、华宏宏力，但它们占据了晶圆代工市场一半以上的份额，具有市场垄断地位（图2）。
然而，当时必须量产5纳米并继续开发3纳米的台积电，没有能力使用10年前的技术建造新的28纳米工厂。
图2 晶圆代工厂销售份额预测（2021、2022）来源：作者根据TrendForce Joanne Chiao的公告创建
当时，日本政府就曾提出要引进半导体工厂。询问后，他们表示，设备投资将得到半数补贴，并协助准备土地、水、电等。台作为台积电，它希望或成真，所以它决定在2021年10月进军熊本，建造28/22nm逻辑半导体的工厂。最初的规模是每月4.5万片。对于台积电来说，22nm是28nm的改良品，因此基本上与28nm相同。
为什么日本也想生产16/12nm？
次年，即2022年2月15日，台积电熊本工厂由索尼出资20%，电森出资10%。除了28/22nm之外，该公司现在还将生产16/12nm晶体管，即FinFET晶体管，其制造能力已提高至每月55,000个晶体管。
对于台积电来说，12nm是16nm的改进版，与16nm基本相同。那么，为什么台积电熊本厂不仅要打造性价比好的28/22nm，还要打造性能更好但成本更高的16/12nm呢？
笔者回首当时，认为:如前所述，2021年全球28nm短缺。台积电28纳米生产订单如潮水般涌来。为此，不仅是台积电，三星、联华电子、美国格芯、中芯国际、华宏宏力也都在竭尽全力增加28nm的产量。
因此，28纳米短缺问题将在2022年得到解决。那么，原本应该是28/22nm的台积电熊本工厂将无事可做，并且有产线闲置的可能。因此，我认为他们决定制作16/12nm，比28/22nm领先一代。换言之，台积电原本的计划出了问题，所以只能选择16/12nm来填补这条线。不过，台积电熊本工厂似乎将建造第二代 6nm 工厂，即更先进一代的工厂。为什么？
7nm（6nm）是台积电的摇钱树
图3显示了台积电按技术节点的销售额趋势。该图显示了台积电独特的商业模式。一旦成立，除非出现紧急情况，台积电不会关闭技术节点半导体工厂。为此，各个技术节点的销售额层层累加，从最传统的0.25μm及以上到最先进的3nm。
图3 台积电按技术节点的销售额（~2023年第三季度）来源：作者根据台积电历史运营数据绘制
然而，2017年下半年推出的10nm却在2019年消失了。这样，在极少数情况下，失败的技术节点可能会消失。而且由于台积电没有10nm，所以16/12nm之后的下一代将是7nm。这款 7nm 于 2018 年第三季度（Q3）推出。
次年，2019年Q3，全球首台最先进的曝光设备EUV投入量产，技术节点被称为7nm+。
最初，7nm的产能只有每月15万个中的1万个左右，但此后7nm+已成为主流，现在被称为6nm。也就是说，台积电熊本二厂预计将采用EUV的6nm工艺。
2019年起，7nm（含6nm）和5nm将占据台积电销售额的一半。台积电称7nm及以上为先进技术，这已成为其主要收入来源。该计划是利用日本补贴在熊本的第二家工厂生产 6 纳米技术，这是该公司收入最高的产品。那么，28/22至16/12nm的第一厂和7nm（6nm）的第二厂能否如台积电预期量产并盈利呢？
台积电各技术节点销售额
在上面的图 3 中，总结并绘制了每个技术节点的销售数据。现在让我们看一下每个技术节点的销售数据（图 4）。从这张图来看，台积电熊本一厂和二厂的未来都是黯淡的。
图4 台积电各技术节点销售额趋势（截至2023年第三季度）来源：作者根据台积电历史运营数据绘制
首先，28nm的销量自2021年第三季度左右以来肯定有所增长，但在2023年第一季度达到顶峰，并一直在下降。
此外，16/20nm的销售额从2020年第四季度开始有所增长，但从2022年第二季度开始下降。
此外，由于台积电的 20nm 销量相当小，因此可以有把握地假设主要是 16nm。正如你所看到的，台积电中国台湾工厂的 28 纳米和 16 纳米销量都在下降。在这种情况下，台积电熊本第一工厂真的会有东西生产吗？接下来，本该是摇钱树的7nm（包括6nm）就更惨了
。自 2018 年第三季度以来，销售额一直在快速增长，但在 2022 年第二季度达到 54.5 亿美元的峰值，然后在 2023 年第三季度迅速下降至 27.6 亿美元，约为峰值的一半。如果这种趋势持续下去，就有可能像10nm一样消失。我也从多个消息来源听说，台积电7nm（包括6nm）线的开工率已降至50%以下（也许是30%？）。
换句话说，可以说全球范围内对7nm（包括6nm）的需求正在消失。如果在熊本建设第二座7纳米（包括6纳米）工厂，并提供750至9000亿日元的补贴，那无异于自杀，应立即停止。
未来代工厂开工率不会恢复正常
雪上加霜的是，悲观的预测也出现了。
2023年12月14日，中国台湾研究公司TrendForce举办的“行业焦点资讯”研讨会在东京湾有明华盛顿酒店举行。研讨会上，Trendforce分析师Joanna Chiao介绍了“台积电全球战略以及2024年半导体代工市场展望”。图 5 显示了代工厂的预测开工率。
图 5 晶圆代工利用率预测 来源:Joanna Chiao（TrendForce）
从2022年第四季度到2023年第二季度，各代工厂的开工率均大幅下降。台积电也从99%下降到76%。
预计2024年运营率将略有改善，但不会恢复到原来的水平。
即使是复苏更为显著的台积电，2024年Q4也只能达到85%。对于三星来说，预计这一比例将保持在 67%。
如上所述，台积电在熊本的第一家工厂将在全球代工厂开工率较低的时期开始运营。就连台积电中国台湾总部也有85%的开工率。到底台积电熊本第一工厂有什么可做的呢？此外，如上所述，在全球7纳米需求消失的情况下，没有必要建设第二家工厂。
迄今为止，在日本半导体行业，经济产业省一旦决定政策，即使政策错误，也会立即执行，不会发生任何变化。结果，日本的半导体产业政策全部以失败告终。诸如此类的负面因素在台积电熊本工厂也变得很明显。如果我们要从历史中吸取教训，我们就需要有勇气改变，即使我们做出了决定。从现在开始也不晚。
本文作者：汤之上隆，来源：半导体产业纵横，原文标题：《“失落”的台积电日本工厂》
