台積電的「5 奈米」工廠有多厲害？為什麼美國如此積極想要台積電在美設廠？

台積電於今日（5/15）發佈，有意於美國亞利桑那洲政府合作，投資約 3600 億台幣興建並且營運一座先進晶圓廠。這個晶圓廠將採用台積電最先進的 5 奈米製程，每月產能約 20000 片晶圓，預計於 2023 年完工開始營運。為什麼美國如此積極希望台積電前往設廠，5 奈米又代表什麼意義？請看太報的整理報導。

具體來說，製程愈小愈好，手機晶片效能更快、更不發熱

世界進步的多快呢？2010 年（居然已是 10 年前！）推出的iPhone 4 所搭載的 Apple A4 處理器為 40 奈米製程，而使用在 iPhone 11 上的 Apple A13 處理器則是 7 奈米；1995 年生產的 Intel 奔騰 Pentuim II 處理器多用上 350 奈米的製程，而最新的 Intel 10 代處理器則是14 奈米。更小的製程能夠在同樣的尺寸中放入更多的運算單元，讓效能更好、發熱更少、更省電。相信不用多舉例，拿出你 3 年前的手機滑兩下，你可以明顯感受到效能與發熱的差別。

「奈米」是什麼意思？在晶圓廠或是半導體中的意義是什麼？

奈米（nm）是一個長度單位，是一公尺的十億分之一（0.000000001 公尺）。這個尺寸有多誇張？用大家學過的物體的組成「原子」來舉例，一顆原子的大小大約為 0.1 奈米，而半導體或晶圓廠說的 XX 奈米，指的就是能夠將將電晶體縮小到幾奈米的尺寸，若是在「5 奈米」這麼小的尺寸，等於這個電晶體裡中的一個寬度，可能只有不到 50 個原子長，在如此微觀的情況，讓製程縮小的難度愈來愈難，因為即將碰上物理難題。

由於這個世界實在太小，在 20 奈米左右就會遇到「量子穿隧」的問題，導致電子會穿過電晶體中的「牆壁」亂跑，如何改進製程解決這個問題就是各家要面對的難題，這也是許多晶圓代工廠在 28 奈米卡關，或是14、16 奈米卡關的原因，再進一步都得非常努力。台積電已經在 2020 年實現了 5 奈米的量產，同時更加碼投入了 1682 億新台幣來在台灣興建廠房跟升級製程設備。台積電下一個目標為 3 奈米製程，預計於 2022 下半年量產。

台積電目前在哪些國家有工廠？產量多少？

依照台積電（TSMC）的公開資料，目前台積電與旗下子公司，一年產能超過一千二百萬片十二吋晶圓約當量。台積電在台灣有三座十二吋超大晶圓廠（GIGAFABR Facilities）、四座八吋晶圓廠和一座六吋晶圓廠。中國方面有台積電（南京）有限公司之十二吋晶圓廠、台積電（中國）有限公司之八吋晶圓廠產能支援。美國方面，在華盛頓 Camas 市有一間 WaferTech 美國子公司提供測試、分析等服務，但並非晶圓工廠。

為什麼美國積極希望台積電（TSMC）在美國建廠生產？

近幾年，美國軍方五角大廈一直有「美國過於依靠台積電」的疑慮，包括戰鬥機、飛彈、各種軍用設備的機版、晶片，雖然大多還是由美國公司所設計，但是大部分都是交由台灣的台積電來生產製造。而台積電在晶圓生產的領導地位，也讓晶片設計公司很難轉用他廠，正如前面所說，製造尺寸能縮到多小，直接影響到效能表現，如果不找台積電生產，很可能晶片設計出來的理論性能，與正式生產出來的性能差很多。若台海發生事端，或是中美貿易戰影響波及導致在台灣製造生產的台積電無法出貨，對美國會造成極大影響。

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