晶圓廠，貴在哪里

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各大公司不斷宣布斥資數十億美元興建芯片工廠，每個數字聽起來都同樣驚人。但大部分資金并非用于廠房建設，而是用于內部的設備，而這部分成本才是區分不同項目之間的真正關鍵所在。

據建筑物理學雜志（Construction Physics ）的分析，機器設備占現代芯片工廠總成本的70%到80%。一座工廠的造價可能高達100億至200億美元甚至更多，而其中大部分資金都用于購買機器設備，而非混凝土和鋼材。埃隆·馬斯克曾提議在德克薩斯州建造一座價值1190億美元的半導體綜合體，而機器設備很可能也將占據該項目成本的大部分。

這種增長遵循著可預測的曲線。一座在20世紀70年代初耗資約400萬美元的工廠，到2015年已增長至約140億美元，按照業內所謂的“洛克定律”，大約每四年翻一番。臺積電已承諾向其位于亞利桑那州的園區投資 1650 億美元，該園區包括六家工廠、兩家包裝廠和一個研究中心，其規模與洛克定律預測的今天的情況相符。

三星已承諾在德克薩斯州泰勒市的工廠投資至少170億美元，但其中只有60億美元用于實際建設，剩余的110億美元將用于購置機械設備。

設備預算中最昂貴的單項是光刻系統，即在硅晶圓上印刷電路圖案的機器。荷蘭公司ASML 幾乎壟斷了極紫外光刻技術，其最新款光刻系統每臺售價約為3.8億美元。上一代產品每臺售價約為1.83億美元。一家工廠需要多臺這樣的機器，僅光刻設備一項就可能占到工廠總成本的20%左右，相當于整棟廠房及其基礎設施的總成本。

支付這些機器的費用只是問題的一半。ASML 2024年的年度報告顯示，當年僅售出 44 套 EUV 系統，與 2021 年的約 40 套相比，銷量僅略有增長，盡管該公司多年來一直承諾提高產量。一家公司可以在新聞稿中宣布建廠，但ASML仍需數年時間才能真正交付運行該工廠所需的機器。

根據SEMI發布的2026年行業展望，蝕刻和沉積系統是另一項主要設備支出，約占先進芯片制造設備總支出的40%至50%。SEMI預測，用于300毫米晶圓廠（現代芯片制造的標準尺寸）的設備支出將從2026年的1330億美元增至次年的1510億美元，12個月內增長約14%。

工廠總成本中用于建筑的20%到30%聽起來不多，但即使是這部分成本也遠遠不止是一個空殼。建筑物理學研究發現，僅服務設施、暖通空調系統、排氣系統和超純水基礎設施就占到工廠總成本的近三分之二，而單戶住宅的這些成本占比不到20%。

其中一項服務至關重要：保持空氣潔凈，確保芯片制造所需的潔凈度。半導體制造需要符合ISO 14644-1 標準的潔凈室，該國際標準根據空氣中漂浮顆粒的數量來評定潔凈度。最先進的工廠達到 ISO 1 級標準，即每立方米空氣中顆粒數量不超過 10 個，大約相當于病毒的大小。要達到這一標準，需要使用能夠捕獲空氣中 99.999% 的其他顆粒的過濾器，這些過濾器通常覆蓋整個天花板。

光刻設備需要潔凈的空氣，同時也需要在其下方鋪設不會移動的地板。這些設備能夠以納米級精度刻蝕晶圓，即使是最輕微的振動也可能導致晶圓損壞。據科林·戈登聯合公司（Colin Gordon Associates）介紹，工廠的建造必須符合振動標準曲線（Virtual Concrition Curriculum）。該標準是環境科學與技術研究所（Institute of Environmental Sciences and Technology）在昂格爾（Ungar）和戈登（Gordon）于1983年首次提出后采納的一項工程標準。其中最嚴格的等級稱為VC-E，將地板振動限制在每秒3.12微米以內，該標準的制定者稱之為“一個極具挑戰性的標準”。地基必須與建筑物的其他部分進行機械隔離，隔離層與周圍結構之間必須留有物理間隙。

建廠只是第一筆開支，運營成本同樣巨大，而且每天都在增加。據世界經濟論壇統計，一家普通的制造工廠每天要消耗1000萬加侖的超純水，相當于3.3萬個美國家庭一天的用水量。而生產這些水所需的水量比工廠最終消耗的水量還要多出40%到60%。

電費同樣高昂。據麥肯錫公司稱，一座大型工廠每小時耗電可達100兆瓦時，比許多汽車工廠或煉油廠的耗電量還要高。僅臺積電一家，2024年在臺灣的用電量就高達255.5億千瓦時，約占臺灣全國用電量的9%。

正是由于這些法案，政府現在才會幫助企業支付建設費用，而不是讓企業獨自承擔。美國商務部根據《芯片與科學法案》向臺積電亞利桑那州工廠提供了 高達66億美元的直接資金，英特爾也獲得了類似的資助。 在四個州共獲得了高達 78.6 億美元的自有資金。

過去，建設芯片工廠是某個公司的問題；現在，這成了國家的問題。

（來源：編譯自qz ）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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