美国建设晶圆厂：时间和成本都是中国台湾的两倍？
美国建设晶圆厂：挑战中国台湾，时间与成本双倍赛程
据领先工程、建筑和设计公司Exyte发布的报告显示，在中国台湾建设一座晶圆厂大约需要19个月时间，而同样的项目在美国则需要38个月，几乎是前者的两倍。此外，美国的建设成本也大约是中国台湾的两倍。
根据SEMI发布的2024年第四季度《全球晶圆厂预测》报告显示，2025年，全球半导体行业将启动18个新的晶圆厂建设项目，其中包括3个200毫米（8英寸）和15个300毫米（12英寸）晶圆厂，大多数预计将在2026年至2027年开始运行。
从长远角度来看，2023年至2025年期间，全球半导体行业预计将有高达97座新的大型晶圆厂投入运营。其中，2024年将有48个项目启动，而2025年则将有32个项目启动，晶圆尺寸范围从50毫米到300毫米不等。
作为一家拥有30年历史、曾参与近300座晶圆厂建设的专业工程公司，Exyte无疑在这一领域积累了极其丰富的经验和数据。这些宝贵的资源不仅为其未来项目提供了坚实的基础，也使得公司在面对复杂的技术挑战时能够更加从容不迫。 从行业角度来看，Exyte的经验积累对于整个半导体产业的发展具有重要意义。特别是在当前全球半导体需求持续增长的背景下，Exyte这样的公司能够凭借其丰富的经验，为客户提供更为高效、可靠的解决方案，从而推动行业的整体进步。此外，随着技术的不断演进，这些经验和数据也将成为公司不断创新和改进的重要驱动力。
近日，Exyte全球业务部门先进技术设施（ATF）执行副总裁Herbert Blaschitz在SEMI行业战略研讨会上指出，一座大型的12英寸晶圆厂需要超过200亿美元的总资本支出投资，其中约有40到60亿美元将专门用于工厂的建设和基础设施开发。这不仅凸显了半导体制造业对巨额资金的需求，也强调了高效能制造设施对于推动技术创新的重要性。随着全球对芯片需求的不断增长，这样的大规模投资不仅是必要的，而且是确保供应链稳定和持续创新的关键因素。
施工项目预计需要3000万至4000万个工时来处理8.3万吨钢筋、5600英里的电缆和78.5万立方码的混凝土。这不仅体现了工程规模的庞大，也凸显了项目背后所涉及的巨大人力和物力资源。如此庞大的工程量，无疑对施工团队的专业技能和协调能力提出了极高的要求，同时也反映了现代基础设施建设的复杂性和挑战性。
这样一个典型的12英寸晶圆厂可能包含一个430000平方英尺（40000平方米）的洁净室，配备了2,000台生产设备，用于光刻、沉积、蚀刻、清洁等工序。每台设备平均需要约50个独立的工艺和公用设施连接，因此整个工厂可能会拥有超过50000个这样的连接。 从这些数字中可以看出，现代半导体制造的复杂性和精密性已经达到了令人惊叹的程度。每一个微小的连接都关系到最终产品的性能和稳定性。这也意味着，在建设这类工厂时，对细节的关注和精确度的要求是极其苛刻的。随着技术的进步，我们有理由相信未来的晶圆厂将会更加高效和智能化，这不仅将推动半导体产业的发展，也将为其他高科技领域提供强有力的支持。
Herbert Blaschitz 指出，无论是在亚洲、欧洲还是北美，建设一座同等规模的晶圆厂在不同地区的建设效率可能会有显著差异。这种差异不仅体现在施工速度上，还表现在法规遵从性、劳动力成本以及供应链稳定性等多个方面。 这种现象确实值得深思。一方面，不同的监管环境和技术标准使得项目推进面临诸多挑战。另一方面，各地劳动力成本和供应链成熟度的不同也对项目建设产生重要影响。因此，对于半导体企业而言，在决定建设新晶圆厂时需要综合考虑这些因素，以确保项目的顺利进行和最终的成功。
Herbert Blaschitz展示了一座规模宏大的晶圆厂，他表示，这座位于中国台湾的晶圆厂从获得许可到正式投产仅用了大约19个月的时间（他没有透露该公司的具体名称，但表示该企业属于美国所有）。这一速度令人印象深刻，凸显了半导体行业在面对市场需求时能够展现出的高效执行力。在当前全球芯片短缺的大背景下，这样的快速建设不仅有助于缓解供应紧张的问题，也显示了行业内部对于未来发展的信心与决心。
相比之下，同等规模的一座美国晶圆厂可能需要长达38个月的时间。
对于欧洲的晶圆厂而言，可能需要34个月的时间，而在中国大陆和东南亚，同样进程的平均需要时间为23个月。
造成这一现象的一个重要因素是，中国台湾地区实施了简化的审批流程并支持全天候施工，而美国和欧洲则需要经历漫长的许可申请过程，并且无法实现24/7无间断建设。
尽管美国已通过一项法律，使特定的美国晶圆厂免于进行联邦环境评估，但这一举措似乎仍无法与中国台湾在这方面的发展相比拟。 这种政策上的差异引发了对两国半导体产业发展策略的不同考量。美国的做法或许是为了加速本土半导体产业的发展，减少不必要的行政负担，但在环境保护方面可能显得不够重视。相比之下，中国台湾在推动半导体行业进步的同时，依然保持了严格的环保标准，这表明其在平衡经济发展与环境保护方面拥有更为全面的视角。这样的对比提醒我们，在追求技术领先的同时，环境保护也不容忽视。
同样，不同地区的晶圆厂建设成本存在显著差异。据Herbert Blaschitz表示，尽管设备成本大致相同，但美国的晶圆厂建设成本可能是中国台湾的两倍。 这一现象背后有多重原因。首先，土地价格和劳动力成本在美国通常高于中国台湾，这无疑增加了整体项目的开支。其次，不同的法规和安全标准也可能导致建筑成本上升。然而，考虑到技术进步和市场需求的增长，这样的投资仍然具有吸引力。对于那些寻求在全球半导体行业中保持竞争力的国家来说，如何平衡建设和运营成本，同时确保高质量的生产，是一个值得深入探讨的问题。
Herbert Blaschitz 指出，这种差异主要是由于较高的劳动力成本、严格的监管要求以及供应链效率不高所导致的。“在中国台湾，劳动力更加熟练，因此当地建筑商所需的详细设计图相对较少。这并非因为他们的操作更为精准，而是因为他们每天都在进行这些工作，对流程非常熟悉，从而加速了晶圆厂项目的建设进程。”
美国的《芯片与科学法案》旨在帮助美国制造商在美国建设晶圆厂时克服这种不平衡，但这还不够。
Herbert Blaschitz指出，最有效的策略是采用他所定义的“虚拟调试”。这种方法要求从项目的规划和设计初期就着手实施。我认为这种前瞻性的方法不仅能够显著提高效率，还能减少后期可能出现的各种问题和错误。通过在早期阶段就引入虚拟调试，企业能够在实际操作之前发现并解决潜在的问题，从而节省大量的时间和资源。这无疑是一种值得推广的最佳实践方式。
通过数字孪生技术，我们可以在实际施工前创建工厂的虚拟模型。这不仅有助于提前识别潜在的问题，还能有效减少项目成本和环境影响。此外，数字孪生的应用还能够加快项目进度，提高工作效率，并且有望降低运营成本和减少碳排放。这种前瞻性的方法无疑为工业建设和管理开辟了新的路径，值得进一步探索与推广。