美媒探访#台积电# #美国#5nm工厂 还提到#两岸关系#

【文/观察者网 吕栋 编辑/陶立烽】

当地时间10月16日,美国消费者新闻与商业频道(CNBC)实地探访了台积电正在美国建设的5纳米工厂。从现场画面看,这座已经规划一年半、开工6个月的工厂,似乎仍然处于初期的施工阶段,而美国政府承诺给台积电的补贴至今尚未落实。

宣布建厂一年多后的台积电亚利桑那工厂

宣布建厂一年多后的台积电亚利桑那工厂

在这篇探访报道中,CNBC还特别提到两岸关系,声称台积电的重要工厂大多位于中国台湾和中国大陆,这使得全球芯片供应很容易受到自然灾害和地缘政治紧张局势的影响,甚至还有一些专家将台积电称为台湾地区与大陆紧张关系中的“硅盾”。

无独有偶,半导体分析机构“IC Insights”10月13日发布报告称,目前没有比中国台湾更重要的芯片生产基地。如果中国大陆在芯片设备方面始终无法取得突破,可以通过必要手段实现两岸统一来解决这个问题。

届时,中国大陆和台湾地区的芯片产能将占全球产能的37%,约为北美产能的3倍。

CNBC报道截图

CNBC报道截图

“台积电产能大部分在台湾,对西方是一个重要问题”

“台积电可能不是一个家喻户晓的公司,但它的市值超过5500亿美元,是全球市值最高的10家公司之一。现在,它正在利用其可观的资源将世界上最先进的芯片制造工厂带回(bring back)美国本土。”CNBC在报道中写道。

日前,CNBC前往美国亚利桑那州,实地探访了台积电正在当地建设的晶圆厂。在投资120亿美元将这座工厂建成后,台积电将在该工厂将生产5纳米先进制程,月产能2万片晶圆。

目前,5纳米是世界上最先进的芯片制程,英特尔等美国公司尚未量产这一节点,而台积电的到来有望改变这种情况。不过,从现场画面来看,在宣布建厂1年多后,台积电亚利桑那工厂仍处于初期施工阶段。

图片来源:CNBC

图片来源:CNBC

“实际上,我们正在复制在台湾的建厂模式”,台积电技术处长陈锵泽(Tony Chen)在现场介绍称,该公司正在建造一座230万平方英尺(约合21.4万平方米)的四层晶圆厂。在台积电工作的23年里,陈锵泽曾推动其他17个晶圆厂建设项目。

“如果你想要更多的产能,就必须建造更多的晶圆厂,这就是我们搬到美国的原因之一。”台积电首席战略官、亚利桑那项目总裁兼首席执行官里克·卡西迪表示,“我们的客户希望我们在美国,美国政府也希望我们在这里。”

图片来源:CNBC

图片来源:CNBC

作为世界上最大的晶圆代工厂,台积电可以生产从手机到F-35战斗机、再到美国宇航局(NASA)火星探测器“毅力号”(Perseverance Rover)的各种关键芯片。本月早些时候,台积电宣布在日本建设新厂的计划,该公司将在那里使用28nm等成熟制程生产芯片,用于家用设备和某些汽车部件。除此之外,该公司还是苹果iPhone和大多数Mac电脑中最先进芯片的独家供应商。

事实上,美国才是芯片产业的发源地。但几十年来,全球芯片制造产能持续向亚洲转移。国际半导体产业协会(SEMI)的数据显示,截至2020年,亚洲占全球芯片产能的79%,美国占全球芯片产能的12%,远低于1990年的37%。

图片来源:CNBC

图片来源:CNBC

台积电披露的数据显示,2020年,该公司占全球半导体产能的24%,比2019年提高3个百分点。而研究机构凯投宏观的数据显示,在最新款iPhone、超级计算机和汽车人工智能等领域使用的芯片中,台积电产能占92%,三星产能占8%。

“台积电几乎已经成为先进芯片的垄断者,这些制造业务大部分都集中在台湾,这对美国甚至西方世界来说,都是一个重要的国家问题。”萨斯奎哈纳(Susquehanna)高级半导体分析师克里斯托弗·罗兰表示。

除最先进的3纳米和5纳米芯片外,台积电还为电动牙刷和咖啡机等产品生产面积更大的芯片。但目前几乎所有类型的芯片都出现产能紧缺,包括通用汽车和丰田在内的汽车制造商已暂停部分工厂的生产,苹果也可能会削减其2021年iPhone 13的生产目标,部分机型的订单将推迟一个多月。

图片来源:CNBC

图片来源:CNBC

机构:两岸统一,中国芯片产能将是北美3倍

短期来看,芯片短缺制约着各行业的发展。长期来看,随着万物互联时代的到来,全球芯片使用量或将大幅增加,这让台积电这类芯片代工厂的重要性日益凸显。

借着这个话题,CNBC再次提到了两岸关系。该报道有些炒作意味,称台积电的12英寸晶圆厂大多位于台湾和中国大陆,这使得全球芯片供应很容易受到自然灾害(包括目前台湾岛内的干旱)或该地区地缘政治紧张局势的影响。而一些专家甚至将台积电称为台湾与大陆紧张关系中的“硅盾”(silicon shield)。

“媒体描绘了一幅非常黯淡的画面,”高级半导体分析师克里斯托弗·罗兰表示,“但我实际上乐观得多,因为中国大陆和台湾之间存在互惠关系,中国大陆目前的先进制造业需要台积电的芯片。”

高级半导体分析师克里斯托弗·罗兰 CNBC视频截图

高级半导体分析师克里斯托弗·罗兰 CNBC视频截图

中国大陆的确需要台积电生产的先进芯片,但美国政府过去几年一直在通过长臂管辖阻碍大陆部分企业获取芯片产能,并且打压大陆本土的芯片制造厂商。

10月13日,知名半导体分析机构IC Insights发布报告称,随着中美贸易紧张关系加剧,美国对部分中国半导体企业实施严厉制裁,这让中国开始思考未来如何参与集成电路和电子行业的全球竞争。

IC Insights报告截图

IC Insights报告截图

IC Insights数据显示,2020年中国大陆芯片自给率为15.9%。预计到2025年,中国大陆半导体芯片市场规模将达到2230亿美元,2020-2025年间的年复合增长率将达9.2%。而2025年中国大陆半导体芯片产值将达到432亿美元,2020-2025年间的年复合增长率将达到13.7%。

按这个数据计算,到2025年中国大陆生产的半导体芯片产值,在整个中国大陆半导体芯片市场当中的占比将达到19.4%。

还需要注意的是,在2020年中国大陆227亿美元的芯片产值中,总部位于中国大陆的企业只生产了其中的83亿美元(36.6%),台积电、SK海力士、三星、英特尔、联电和其他在中国大陆拥有晶圆厂的企业生产了其余的芯片。

报告指出,未来全球经济的健康增长越来越依赖于先进电子系统的持续引入。这些系统中的关键部件是集成电路,没有集成电路,就无法生产先进的电子系统。

数据来源:IC Insights

数据来源:IC Insights

在此背景下,中国大陆如何快速发展芯片产业、提高芯片自给率?

IC Insights罕见指出,实现两岸统一或是一个选项。理由如下:

1.截至2020年12月,中国台湾在全球IC产业产能中所占份额居首位。如果两岸实现统一,中国大陆和台湾地区的芯片产能将占全球芯片产能的约37%,约为北美地区产能的3倍。

2.在台积电的引领下,截至目前,中国台湾的先进芯片(制程<10纳米)产能是世界任何国家和地区中最大的(63%),以三星为代表的韩国拥有剩余的37%。

3.中国台湾的公司占岛内总产能的近90%。岛内少数的非本土晶圆厂有美国Diodes,拥有的一个小型6英寸晶圆厂,以及美光拥有的两个先进的12英寸DRAM晶圆厂(分别是桃园的Fab11晶圆厂,每月产能为10万8000片,和台中Fab16晶圆厂,产能为月产能10万片)。

4.中国台湾拥有全球22%的12英寸晶圆产能,紧随韩国的25%。相比之下,北美仅占11%;岛内半导体总产能约80%来自代工生产。预计到2021年,中国台湾的纯代工厂(即台积电、联电、力积电等)将占全球纯代工市场总量的近80%。

各地区芯片产能占比 数据来源:IC Insights

各地区芯片产能占比 数据来源:IC Insights

因此,IC Insights指出:目前没有比中国台湾更重要的芯片生产基地。如果中国大陆在芯片设备方面始终无法取得突破,可以通过必要手段实现两岸统一来解决这个问题。

2021年三季度,台积电各制程营收占比

2021年三季度,台积电各制程营收占比

正从台湾请专家协助建厂

大洋彼岸,台积电亚利桑那州工地现场,世界上最大的起重机之一正被提升到200英尺的高度,这个重达2300吨的起重机由153辆半卡车运到现场。

工地主管吉姆·怀特(Jim White)透露,自今年4月开工以来,承包商已经搬移近400万立方码(1立方米等于1.3立方码)的泥土,并使用了超过2.6亿加仑(1加仑=3.79升)的水。

CNBC视频截图

CNBC视频截图

建造晶圆厂和制造芯片需要大量的水,而在亚利桑那的沙漠中,水并不是丰富的资源。该州最大的水资源是地下水,但大型农场的深井用水的速度比自然补充的速度要快。

陈锵泽介绍称,台积电每天需要大约470万加仑的水来支持生产。

台积电对水资源短缺并不陌生。目前,台湾地区正面临56年来最严重的干旱,但台积电表示,这并未影响生产。该公司透露,在亚利桑那州一个现场水处理中心,将回收高达90%的工厂用水。

另外一个挑战是,台积电大多数5纳米专家都在亚洲。

为了解决这个问题,台积电的学术关系经理罗克珊娜·维加透露,该公司将从台湾请来一些顶级专家,“他们被认为是我们工厂的主题专家。这将是一项临时任务……两年,也许三年。”

台积电方面透露,该公司已经向台湾派遣了250多名美国新员工,进行为期12至18个月的培训,以跟上工厂进度。

CNBC称,多元化是台积电将先进制造业带到美国的一个关键原因。高级半导体分析师克里斯托弗·罗兰指出,在模拟半导体设计方面,台湾没有优势,如果搬到美国,就能接触到更多的模拟设计公司。

事实上,美国严重依赖台积电的芯片产能,才是特朗普执政时期对台积电软硬兼施的真正原因。

“亚利桑那州有许多计划,包括合格设施税收抵免和优质工作税收抵免,这确实是帮助降低运营成本的一个激励因素。除此之外,凤凰城还提供了一项2亿美元的基础设施计划,帮助台积电获得所需的水和其他基础设施。”大凤凰城经济委员会主席兼首席执行官克里斯·卡马乔表示。

CNBC视频截图

CNBC视频截图

目前,拜登政府已经提议为台积电等芯片公司在美国本土建厂提供520亿美元的补贴。行业报告预计,美国政府将投资约500亿美元,在未来10年在美国建造19座晶圆厂,使美国本土芯片制造能力翻一番。

但日经新闻日前曾尖锐指出,目前距台积电宣布在美建厂已过去1年半以上,美国众议院的相关法案连补贴内容都没有纳入,审议也没有进展,给台积电的补贴完全无法落实。对于向海外企业提供巨额补贴,美国国内也存在反对声音。

随着全球芯片持续紧缺,台积电已承诺在未来三年内投资1000亿美元扩产。类似的扩产行动也正在世界各地进行。SEMI预计,到2024年将有72家新晶圆厂或重大扩产项目投产,其中10家位于北美和南美。

SEMI总裁兼首席执行官阿吉特·马诺查(Ajit Manocha)坦言:“我在过去两三年听到的投资公告比我一生听到的都多。基于此,我们认为,到明年年底,芯片短缺问题应该会有所缓解。”

《华尔街日报》报道称,在此之前,由于需求持续飙升,台积电把芯片价格上调至多20%,成本可能会通过电子产品的价格转嫁到消费者身上。该公司还在继续提高产能,包括在美国的产能,亚利桑那州占地1100英亩(约合445.2万平方米)的工厂肯定有余力进行第二阶段的生产。

#故宫以东##东子爱旅游#

皇史宬位于南池子大街136号,是我国现存最古老、最完整的皇家档案库建筑群,距今有480余年的历史。其整体建筑及原始格局保存完整,由正殿、东配殿、西配殿、御碑亭、宬门等组成,建筑面积3400平方米。

皇史宬是依中国传统“石室金匮”理念建造的皇家档案库房,始建于1534年,历时两年建成,专门存放明清诸帝的圣训和实录等皇家重要档案。正殿建筑不用一钉一木,皆以砖石建造,是名副其实的“石室”。为了更有效保护其中贮存的档案,殿内筑有石台,石台上置有外裹鎏金铜皮、内用木质箱体的金匮,圣训和实录便储藏于这些金匮中。

近期,中国第一历史档案馆完成了对皇史宬的修缮和展览布设。经有关部门批准,皇史宬自2021年9月起接待机关事业单位、档案系统、高校等预约参观。

目前,皇史宬共设3个展览,分别是正殿基本陈列“石室金匮皇史宬”、东配殿“锦瑟万里 虹贯东西——17世纪至20世纪初‘丝绸之路’历史档案文献展”,以及为庆祝中国共产党成立100周年,在西配殿布设的“抗争与求索——从鸦片战争到辛亥革命档案文献展”。

预约须知:
皇史宬接待参观时间为工作日9:00—16:00,参观团体需提前1周通过电话(010—63096489,传真同号)进行预约。
温馨提示:
1. 皇史宬不能停放车辆,周边停车位紧张,请提前规划交通路线。
2. 根据疫情防控有关要求,预约参观团体不超过40人。

第五五八天,天宫空间站绕地球飞行,它目前的近地点轨道高度是383.7公里,远地点高度393.7公里,从数学上来讲它是一个椭圆形轨道。而对于巨大的地球来说,这是一个距地面约388.6公里的接近圆的轨道。天宫空间站在这个圆轨道上高速飞行,每天要绕地球转15圈半,大约每1个半小时,航天员们就要经历一次日出与日落。

根据天宫空间站的轨道参数,它目前的轨道速度是7.68公里/秒,虽然比所有已知的飞机都快,但低于书上说的第一宇宙速度:7.9km/s。

第一宇宙速度到底是什么?都说航天器只有高于这个速度才能逃脱地心引力,为什么卫星和空间站不会掉落下来呢?

我们向天上扔一块石头,它会很快就掉下来;扔石头的速度不够快,你向天空开枪,子弹出膛的速度大约是800米/秒,够快了吧?但十几秒后它也要落下来。为什么?因为万有引力。

牛顿认为,两个有质量的物体,它们互相之间会产生引力,引力大小与它们的质量有关,跟它们之间的距离也有关系。万有引力定律已经被无数实验证明是正确的。小到你扔石头,大到天体运行,它的运动都符合万有引力定律。

地球够大够重,它对周围的一切物体都有引力,换句话说你的重量就是地球对你的引力大小。石块、子弹、你我、卫星还有空间站都是有质量的物体,地球对它们都有引力。地球质量基本固定,引力的大小取决于物体的质量和距离r。我们处于地球表面,r = 地球半径——也就是地球质心(地心)与地表间距离。

从万有引力公式可以看出:地球质量m₁、地球半径r、万有引力常数G都是固定的,那么我们受到地球引力的大小就取决于我们自身质量的不同。

卫星和空间站要在天上持续运行,它就要克服万有引力的影响。怎么克服?科学家想到了“离心力”。奥运会上运动员投掷链球,就是先把球旋转起来,利用“离心力”将球投掷出去,你旋转速度越快,投掷的距离就越远。

“离心力”是一种虚拟力,物理学上并没有“离心力”一说,所以我给它加上了引号。当一个物体绕牵引力中心做非直线运动时,由于物体有质量,质量产生的惯性会强迫物体朝着运动轨迹的切线方向前进,惯性力作用到牵引力的相反方向上,将物体向外拉扯;运动物体的质量越大、运动速度越快,它所产生的惯性力就越大。

我们坐在一辆高速行驶的车上,车转弯时,你会感觉到自己被向外甩,这是因为身体惯性的作用,惯性产生一个向外的虚拟力,这个“力”就被称为离心力。

一个绕圆心做圆周运动的物体,它的向心力(与“离心力”大小相等方向相反)F受两个因素影响,一是它的向心加速度a,另一个是它自身的质量m。用公式表现为:

F=ma

其中向心加速度a与切线运动速度v以及运动半径r的关系如下:

a=v²/r

所以:

F=mv²/r

对于一颗绕地球做圆周运动的卫星来说,它要保持不掉下来(r稳定),需要做到地球对它的引力与运动产生的“离心力”大小相等、方向相反。于是:

F=Gm₁m₂/r²=m₂v²/r

v²=Gm₁/r

我们知道,地球的质量m₁是固定的,G是万有引力常数,于是卫星的轨道速度v只受r的变化影响,与卫星的质量m₂大小没有关系。

那么,什么是第一宇宙速度呢?

第一宇宙速度是指一个物体贴着海平面飞行(不考虑空气升力和阻力)时,它不落回地面的速度。海平面到地心的距离就是地球的平均半径r,它的值约为6371.4千米。那么:

v² = Gm₁/r ≈ 6.67×10⁻¹¹× 5.965×10²⁴ / 6371400

v ≈ 7.91 km/s

我们将这个海平面飞行速度(v)7.91公里/秒称为“第一宇宙速度”,也就是绕飞地球的速度。

事实上没有一颗卫星能做到以如此快的速度贴着海平面飞行。为了克服空气阻力,我们需要将它发射到100公里以上的大气层外边。于是上边公式中的 r 就变大了。

天宫空间站在388.6公里高度飞行

按照中国空间站388.6公里的平均轨道高度算:

r = 6371.4 + 388.6 = 6760公里

代入轨道速度计算公式后得出:v ≈ 7.68 km/s

这个值显然小于7.91公里/秒的第一宇宙速度。

由此我们可以得出结论:

在轨飞行的航天器,无论是卫星、飞船还是更大更重的空间站,只要它是在近圆轨道上飞行,其轨道高度越高,飞行的速度就越慢。位于3.6万公里高度的静止轨道卫星的速度只有3.1公里/秒,远低于第一宇宙速度。

对于处在椭圆轨道上飞行的卫星(比如我国第一颗卫星“东方红一号”)而言,它的轨道速度是在一个区间里不断变化。有些通信卫星为了在它感兴趣的地区能逗留更长时间,特意采用了一种高度椭圆的轨道(Molniya轨道),它的轨道速度在1.5~10公里/秒的范围内不断变化。

因此,如果有人告诉你天上卫星的速度都是第一宇宙速度,那是他对轨道速度的概念有误解。


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