芯片产能从何而来：晶圆厂、材料与5小时产线

“产能”听起来是个简单的数字：一家工厂一个月能推过多少片晶圆。其实不是。产能是一条由工艺、材料和机器组成的链条，最弱的一环决定上限。

这个上限从何而来，记录里大致是这样说的。以下材料取自IEEE Spectrum、Tom's Hardware、TechCrunch、CNBC、Texas Instruments和Construction Physics的报道。

最初的自动化产线反而更快

要弄清这个问题，最好从IEEE Spectrum关于IBM的SWIFT项目的史料看起。它显示出这个行业已经离单日制造有多远。1970年，Bill Harding提出了一条全自动晶圆制造线，可以在不到一天内生产出集成电路。他当时是IBM纽约州东菲什基尔制造研究组的经理。IEEE Spectrum指出，当时像随机存取存储器芯片这样的集成电路，通常要在一个月里走走停停地穿过数十个手工工位。那篇IEEE Spectrum文章里的数字值得记住。SWIFT完成每个制造层平均耗时5小时。同一篇文章称，最快的现代晶圆厂每个处理层需要19小时，行业平均为36小时。现代集成电路的层数多得多，晶圆更大，工艺也更复杂。但IEEE Spectrum认为，这些因素并不能完全填平差距。

Harding的自动化生产线确实非常、非常快。

IEEE Spectrum报道，如今造价数十亿美元的晶圆厂，把一颗先进集成电路的制造时间以周计，而不是以天计。文章还指出，SWIFT的创新如今在高度自动化的芯片工厂里已很常见，但它的周转时间从未被追平。解读产能声明，有用的方式就是这样：一家晶圆厂的产出取决于它能处理多少层、速度多快，而不只是厂房有多大。

国家项目增加的是产能，不是层数

各国政府如今直接比拼产能。2026年7月15日，TechCrunch报道，印度公布了一项6250亿卢比（约合65亿美元）的手机制造计划。该计划为期五年，按合格销售额奖励智能手机制造商，激励幅度从2.25%到5%不等，另加1.5%用于在印度采购关键零部件和子组件。

新德里还追加了1.28万亿卢比（约合133亿美元）用于扶持本国半导体制造，扩大了2021年启动的100亿美元芯片激励计划。差距的规模也出自同一篇TechCrunch报道。Counterpoint Research的数据显示，2025年中国占全球智能手机产量的63%，印度为18%。印度的智能手机计划持续到2031年3月。政府预计该期间手机产量总计约39万亿卢比（约合4050亿美元），该计划将创造约6万个直接就业岗位。TechCrunch报道，苹果于2017年开始在印度组装iPhone，如今约25%的iPhone在那里生产。

马来西亚则从同一条链条的另一端切入。CNBC于2024年4月18日报道，根据马来西亚投资发展局2月18日的报告，马来西亚占全球芯片封装、组装和测试服务市场的13%。第二财政部长Amir Hamzah Azizan在华盛顿IMF春季会议期间对CNBC的Karen Tso表示：“半导体行业现在正处于上行周期，马来西亚将从中受益。”

被问及来自中国和美国的竞争时，Amir Hamzah说，马来西亚并不把最大贸易伙伴中国视为对手：“我认为实际情况是，增长足够多，大家都分得到。所以每个人都会从中获得一些提振。”他补充说，马来西亚不会“正面冲进高端竞争的尾端，那里也许是美国把所有部件都带过来。”

一座小镇，一种材料

产能还依赖很少上头条的材料。北卡罗来纳州的Spruce Pine拥有高纯度石英矿，出产超纯石英，用于制造盛放熔融硅、把硅变成硅锭的坩埚。Tom's Hardware于2024年10月1日报道，飓风Helene给Spruce Pine带来超过两英尺的降雨，切断了道路，居民断电。报道还说，当时难以评估两家矿业公司Sibelco North America和The Quartz Corp的损失。据Tom's Hardware报道，The Quartz Corp对The Verge表示，现在判断其高纯度石英生产设施是否受影响还为时过早。Tom's Hardware还补充说，Sibelco据称已确认暂停运营。Tom's Hardware还提到，2008年该镇的一场火灾曾扰乱高纯度石英流向全球市场。今天一旦停产，后果可能更严重，因为世界需要的芯片比2008年更多。

Construction Physics在2024年11月8日发表的文章中，审视了“所有半导体制造都依赖Spruce Pine石英”这一说法。它的结论是：Spruce Pine石英并非完全不可替代的关键支点，但替代方案都不同程度地属于尚未开发、质量略逊、价格略贵。切断供应大概不会让半导体完全停摆，但会意味着良率下降、成本上升。

同一篇文章详细列出了工艺上的限制。大多数现代半导体用纯度为99.9999999%（即9N）的硅制造微芯片，太阳能电池则用纯度稍低的6N到8N。单晶硅几乎全部由直拉法生产，多晶硅在石英坩埚中于1400摄氏度以上熔化。据Construction Physics报道，石英坩埚每只造价数千美元，使用寿命约400小时。一篇论文估计，单晶硅锭制造成本的30%来自坩埚。

材料，而不只是机器

芯片制造商也在特定材料上扩产。Texas Instruments于2024年10月24日宣布，已在其日本会津工厂开始生产氮化镓功率半导体。加上位于得克萨斯州达拉斯的现有氮化镓产线，随着会津工厂爬坡，TI自产的氮化镓功率半导体将增加四倍。TI技术与制造高级副总裁Mohammad Yunus在公告中表示，公司“已成功认证我们的200毫米氮化镓技术”，目标是到2030年把内部制造比例提高到95%以上。

TI表示，2024年早些时候已在300毫米晶圆上试产氮化镓工艺，其扩大的氮化镓工艺可完全转移到300毫米技术。公司还承诺，到2027年美国业务使用100%可再生电力，到2030年在全球实现这一目标。这些都不改变一家晶圆厂的算术，但改变谁能供应它。

把这些放在一起，记录显示产能最好被理解为一个叠层：工艺产线及其层耗时、为新厂付钱的国家激励计划，以及为它们供给的矿山和坩埚。IBM的例子给出了历史基准。按IEEE Spectrum自己的数字，现代晶圆厂还没有超过它。