《電子技術(shù)應(yīng)用》
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夾縫中的臺積電

2022-08-12
來源:幫寧工作室
關(guān)鍵詞: 臺積電 半導體 人工智能

對全球半導體行業(yè)來說,臺積電有多重要?

打個比方,俄羅斯的天然氣可以被其他形式的能源所取代,但臺積電的芯片卻不能。從航空航天到消費電子產(chǎn)品,幾乎所有行業(yè)都嚴重依賴臺積電生產(chǎn)的半導體。臺積電已經(jīng)占據(jù)全球半導體市場主導地位。

中美之間的技術(shù)競賽已經(jīng)跨越了從智能手機,到數(shù)字移動設(shè)備,再到社交媒體和人工智能的方方面面?,F(xiàn)在,一個更深層次的新戰(zhàn)場正在形成——為我們的智能手機、電腦、汽車和家用電器提供動力的芯片。

2022年8月9日,美國總統(tǒng)拜登(Joe Biden)簽署一項旨在提振美國半導體行業(yè)的新法案,試圖解決長期以來芯片短缺問題,并減少對中國等其他國家制造業(yè)的依賴。

這就是《芯片與科學法案》。該法案為美國半導體制造和研發(fā)提供激勵措施,包括向國家科學基金會、商務(wù)部和國家標準與技術(shù)研究所提供超過520億美元資金和額外投資。

長期以來,中國一直是科技制造業(yè)的主導力量,蘋果、谷歌和微軟等公司在生產(chǎn)設(shè)備及零部件方面嚴重依賴中國。

戰(zhàn)略與國際研究中心(Center for Strategic and International Studies)最近一項分析顯示,中國在半導體市場迅速取得進展,在組裝、封裝和測試方面排名全球第一,在晶圓制造方面排名第四——已經(jīng)超過美國。

臺積電已經(jīng)承諾,投入至少120億美元,在亞利桑那州建造一家半導體制造廠,預(yù)計2024年投產(chǎn)。另一家臺灣制造商GlobalWafers承諾,將斥資50億美元,在德克薩斯州建立一家硅晶圓廠。三星和SK集團今年早些時候提出,投資數(shù)百億美元計劃,以擴大其在美國科技制造業(yè)的影響力。

維吉尼亞大學專門從事風險分析的管理學助理教授科利爾(Zachary Collier)稱,臺積電的投資早于《芯片與科學法案》簽署,但后者可能會刺激更多公司將工廠遷至美國。

7月22日,美國商務(wù)部長雷蒙多(Gina Raimondo)表示,有必要減少對中國臺灣芯片供應(yīng)的依賴?!拔覀儗χ袊_灣芯片的依賴是站不住腳的,也是不安全的,這是美國的思普特尼克時刻(高科技競爭中的關(guān)鍵挑戰(zhàn))?!?/p>

雪上加霜的是,上周,美國眾議院議長南?!づ迓逦鳎∟ancy Pelosi)竄訪中國臺灣地區(qū),使得緊張局勢迅速升級。

佩洛西會見了臺積電董事長劉德音,討論了《芯片與科學法案》。臺積電可能受益于該法案,但前提是,它必須接受一條重要限制措施——接受援助的企業(yè)必須同意,不在中國擴大精密半導體的生產(chǎn)。

臺灣新竹科技園被稱為“中國臺灣的硅谷”,成立于1985年,分為新竹、竹南、桐廬、龍?zhí)丁⒁颂m和新竹生物醫(yī)學園6個衛(wèi)星園區(qū),員工總數(shù)約15萬人。主要產(chǎn)業(yè)是集成電路產(chǎn)業(yè),占園區(qū)總產(chǎn)值70%。

在新竹20家芯片制造商中,第一梯隊是臺積電和聯(lián)華電子,已成為全球最大半導體合同制造商。臺積電是蘋果iPhone和Mac pc芯片獨家供應(yīng)商,也是AMD、博通和高通等公司的制造合作伙伴。

世界上許多大型科技公司都是“無晶圓廠”。這意味著,它們沒有自己的生產(chǎn)基地,只能委托臺積電和其他晶圓代工廠生產(chǎn)其設(shè)計的芯片。

咨詢公司凱捷(Capgemini)芯片市場分析師彼得·芬特爾(Peter Fintl)向德國《商報》表示,臺積電已在全球市場獲得具有系統(tǒng)重要性的地位。

根據(jù)美國半導體行業(yè)協(xié)會最近公布數(shù)據(jù),在可預(yù)見的未來,中國臺灣仍將是全球最大芯片制造基地,覆蓋全球約90%高端半導體需求。

▍一再推遲的3nm

8月5日,臺灣市場研究機構(gòu)集邦咨詢(TrendForce)發(fā)布報告,英特爾原定于2022年下半年開始生產(chǎn)Meteor Lake CPU,將推遲至2023年上半年。因此,臺積電不得不取消大部分2023年3nm產(chǎn)品生產(chǎn)計劃。

按照原計劃,英特爾第14代CPU預(yù)計采用臺積電3nm工藝生產(chǎn)。但最近,英特爾又宣布,從2024年開始自主生產(chǎn)2nm芯片。這似乎表明,它不太可能再使用臺積電3nm產(chǎn)品。

集邦咨詢認為,上述信息傳遞的信號是,臺積電決定放緩設(shè)備擴張速度,以防止產(chǎn)能過度閑置。3nm工藝投資產(chǎn)生高額成本后,臺積電正在減少2023年設(shè)備訂單,這可能會影響其2023年資本支出。

臺積電和英特爾隨即發(fā)表評論稱,他們的計劃沒有改變。

臺積電在發(fā)給《經(jīng)濟日報》的一份聲明中寫道:“臺積電不對個人客戶業(yè)務(wù)發(fā)表評論,公司的產(chǎn)能擴張項目正在按計劃進行?!?/p>

幾乎同一時間,英特爾重申,其第14代核心Meteor Lake處理器,將按計劃于2023年上市。

上周,在2022年第二季度財報電話會議上,英特爾首席執(zhí)行官帕特·蓋爾辛格(Pat Gelsinger)透露:“2023年,我們將推出第一款基于Intel 4工藝打造的CPU Meteor Lake,它在我們和客戶的實驗室中表現(xiàn)良好。”

英特爾預(yù)計,Meteor Lake將在2023年秋季或者更晚時間上市,所以今年開始大規(guī)模量產(chǎn)Meteor Lake的GPU Tile,并在2023年早些時候交付幾乎沒有什么意義。從財務(wù)角度看,也不具備有益影響。

這種背景下,將GPU Tile量產(chǎn)推遲到2023年7月,是完全符合邏輯的決定,不會影響Meteor Lake處理器的可用性。

至于臺積電,部分行業(yè)人士認為,有一群客戶計劃在2023年至2024年期間使用N3、N3E、N3P和其他N3節(jié)點。

這份名單不僅包括2023年的蘋果公司(臺積電的最大客戶)和英特爾,還包括2024年的AMD、聯(lián)發(fā)科和高通等。這樣,即使英特爾改變一些計劃,臺積電也沒有理由放緩N3產(chǎn)能的引進。

事實果真如此嗎?

臺積電此前宣布,正全力推進3nm工藝生產(chǎn),預(yù)計將于2022年下半年投產(chǎn)。此后,3nm工藝被推遲到2023年1月,而這一次,又推遲到2023年底。

這或許意味著,Meteor Lake將在2024年首次亮相,即在Raptor Lake發(fā)布近一年半之后。這不是英特爾路線圖上的時間表,所以,這是一個嚴重的延誤。集邦咨詢表示,延遲是因為“產(chǎn)品設(shè)計和工藝驗證問題”。

目前尚不清楚這些問題來自臺積電的節(jié)點,還是英特爾的節(jié)點。據(jù)報道,英特爾正使用Intel 4處理器,以前被稱為7nm,用于計算和I/O Tile。

《電子時報》曾做過報道,延遲是因為英特爾自己的芯片問題,而不是臺積電的問題。針對最新傳言,臺積電表示,3nm制造正在按計劃進行,但拒絕就客戶業(yè)務(wù)進行置評。

可以肯定,這將對臺積電未來資本支出計劃產(chǎn)生重大影響。臺積電原本計劃將蘋果和英特爾作為3nm產(chǎn)品的首批客戶,現(xiàn)在可能只有蘋果公司使用其最先進的節(jié)點。

有報道稱,蘋果公司將在M2 Pro和Max soc上使用它。2024年在iPhone SoC中使用3nm節(jié)點。

這對英特爾和臺積電來說是個壞消息。集邦咨詢認為,其閑置產(chǎn)能將阻礙擴大3nm產(chǎn)能,將量產(chǎn)進程推遲到明年底,而不是明年第一季度或第二季度。

作為回應(yīng),臺積電已通知供應(yīng)商,放慢3nm擴張速度,以避免設(shè)備積塵。

集邦咨詢報告中最瘋狂的部分是,它不僅再次確認了之前的推遲傳聞,而且還表示,如果英特爾不能按時量產(chǎn)Intel 4,那么,它可能決定將Meteor Lake計算Tile外包給臺積電。

這預(yù)計會發(fā)生在2023年初。鑒于許多原因,目前還無法預(yù)見這種情況發(fā)生。

在季度財報電話采訪中,蓋爾辛格再次確認:“是的,Intel 4就要來了。嘿,Meteor Lake,目前看起來還不錯?!?/p>

▍“我們是大家的代工廠”

大概3年前,臺積電試圖在中美貿(mào)易夾縫中尋求安身立命。美國是更大的芯片買家,而中國大陸市場增長更快,兩者都是這家全球最先進半導體制造商的重要市場。

8月2日,隨著佩洛西竄訪中國臺灣,這讓臺積電曾經(jīng)的努力付諸東流。臺積電的大部分業(yè)務(wù)仍在臺灣。作為一家為全球提供大量芯片的公司(這些芯片幾乎都在中國臺灣生產(chǎn)),臺積電要與中國臺灣面臨的緊張局勢割離開來不太現(xiàn)實。

美國希望把臺積電拉到自己一邊。這是因為,它生產(chǎn)世界上最先進的電腦芯片,而從iPhone到先進武器,所有產(chǎn)品都急需芯片。

長期以來,臺積電擅長中立與博弈?!拔覀兪谴蠹业拇S”成為其口頭禪。

去年,臺積電在中國大陸市場營收銳減30%。究其原因,特朗普政府的一項規(guī)定阻止臺積電為華為生產(chǎn)先進半導體,這項規(guī)定在拜登總統(tǒng)任期內(nèi)延續(xù)至今。華為是中國最大網(wǎng)絡(luò)和通信供應(yīng)商,到2020年都還是臺積電最大客戶之一。

臺積電還決定在亞利桑那州建立一個新工廠,最早將于2024年在5nm工藝節(jié)點上開始運營。表面上看,這似乎與政治無關(guān),但5nm已表明臺積電優(yōu)先考慮的領(lǐng)域。

公平地說,臺積電有些束手束腳——它不能在南京或上海的晶片廠使用更先進設(shè)備,而在美國,昂貴的新工廠使用較舊的節(jié)點則沒有經(jīng)濟意義。

在佩洛西主持下,美國眾議院上周通過了《芯片與科學法案》,這鞏固了臺積電在美國的地位。美國國會撥款390億美元,用于加強生態(tài)系統(tǒng)中的半導體先進測試、組裝和封裝能力。

臺積電明確表示,其在美國的商業(yè)模式和未來擴張將依賴于補貼。當然,僅憑這一點,并不能保證它的傾向——畢竟,任何公司都很擅長從不同政府那里獲得福利,而不需要任何忠誠的承諾。

《芯片與科學法案》規(guī)定及其融資方法,試圖阻止接受美國資金的公司從事“任何涉及在中國半導體制造能力材料擴張的重大交易”。

但如果投資的對象是“傳統(tǒng)半導體”,則又是例外。傳統(tǒng)半導體被定義為28nm或更老的技術(shù),臺積電于2010年首次推出,現(xiàn)只占營收的10%。

由于臺積電幾乎肯定會接受《芯片與科學法案》分配的資金,因此,它將受到這些限制的約束。這也就意味著,在中國大陸擴張的或是其已有技術(shù),而包括中芯國際在內(nèi)的中國本土競爭對手已經(jīng)擅長提供這些技術(shù)。

這樣的投資很難推動中國追趕世界其他國家的計劃,而且臺積電可能也不會獲利豐厚,因為傳統(tǒng)芯片產(chǎn)能市場競爭激烈。

但這并不意味著中國會放棄。2015年,高通因違反中國反壟斷法被罰款近10億美元。臺積電需要小心謹慎地處理未來幾年的事情。

2022年8月2日,臺積電股價一度下跌2.98%。投資者開始密切關(guān)注佩洛西晚些時候的行蹤。

▍“我弄丟了工作證,但留下了照片”

臺積電是全球最大半導體芯片合同制造商,為我們的手機、筆記本電腦、汽車和冰箱提供芯片。它是世界上最大芯片代工廠,擁有蘋果、英特爾、高通、AMD和英偉達等大客戶。這些客戶幫助它在2020年實現(xiàn)450億美元收入。

你可能從未聽說過臺積電,盡管它存在于你生活中的許多設(shè)備中。它是世界十大公司之一,市值4680億美元,其十大股東包括美國大型養(yǎng)老基金和銀行。

1987年,臺灣人張忠謀創(chuàng)立臺積電,成為世界上第一家也是最大芯片代工廠。張忠謀出生于中國浙江寧波,在美國就讀于哈佛大學,大二時轉(zhuǎn)學麻省理工學院。他曾在德州儀器(Texas Instruments)等公司從事半導體行業(yè),后來回到中國臺灣,利用德州儀器將制造能力外包給亞洲的機會,創(chuàng)辦臺積電。

臺積電成立過程中,著名科技投資者戴偉平(Bill Tai)被聘為管理團隊顧問,并成為臺積電一號員工A001。

戴偉平擁有熱門科技投資組合,是Canva、Dapper Labs、Lineage Logistics、Tweetdeck/Twitter和Zoom Video等公司的早期投資者。他是公開上市的hu8mining(北美最大數(shù)字資產(chǎn)礦工之一)主席,也是Bitfury(基于ASIC的比特幣挖礦和區(qū)塊鏈服務(wù)先驅(qū))的早期投資者和前董事。

戴偉平與Bitfury創(chuàng)始人Valery Vavilov、副主席George Kikvadze于2015年創(chuàng)立Necker區(qū)塊鏈峰會。在最近一次峰會上,戴偉平這樣談起臺積電:“臺積電是全球最大芯片代工廠,你家里和你生活中的大多數(shù)設(shè)備都使用硅,是全球市值第十大公司,但大多數(shù)人可能從未聽說過它。”

張忠勇的愿景確實改變了世界。臺積電不僅成為百分之百美國主流科技公司的基礎(chǔ),而且芯片代工概念也是開創(chuàng)性的:它已經(jīng)成為世界上最大、最重要的科技公司之一。

“臺積電在全球科技格局中扮演著重要角色,是支撐全球半導體生態(tài)系統(tǒng)最關(guān)鍵部分的基礎(chǔ)。這是一個關(guān)鍵行業(yè)的關(guān)鍵公司?!贝鱾テ窖a充道,臺積電在當今經(jīng)濟中扮演著至關(guān)重要角色,支撐著數(shù)字化的未來。

“我很幸運能見證它的形成時期,雖然很久以前,我就弄丟了工作證,但我留下了照片。”

▍扼殺450mm晶圓

你可以是大海里的一條大魚,也可以是小池塘里的一條小魚。

臺積電一位前高管回憶,曾經(jīng)有段時間,當臺積電意識到某個項目將使他們與英特爾和三星展開直接競爭時,他們選擇了直接放棄。

這個項目就是用于制造芯片的450mm(18英寸)晶圓。

臺積電前聯(lián)席首席運營官蔣尚義(Chiang Shang-Yi)曾擴大研發(fā)機構(gòu),幫助其成為全球最成功半導體制造商之一。

今年早些時候,他接受了加州計算機歷史博物館(CHM)采訪。這是該博物館口述歷史項目的一部分,通過捕捉計算機行業(yè)先驅(qū)們的第一手回憶,起底450mm晶圓技術(shù)到底發(fā)生了什么事情。

目前,在半導體行業(yè),用于生產(chǎn)任何規(guī)模芯片的最大晶圓直徑為300mm(12英寸)。隨著時間推移,直徑逐漸增加,以提高生產(chǎn)能力,降低每個芯片成本。

但大約10年前,人們齊心協(xié)力開發(fā)450mm晶圓技術(shù),將其大規(guī)模推向市場。據(jù)2012年報道,臺積電宣布一項為期5年的新項目,預(yù)計耗資80億~100億美元,建造450mm新晶圓廠。

當時英特爾已經(jīng)承諾,將在亞利桑那州和俄勒岡州建造450mm晶圓廠。

這個項目可以追溯到更遠時間。2008年,英特爾、三星和臺積電宣布合作,并計劃與半導體行業(yè)其他公司合作,過渡到生產(chǎn)450mm晶圓。

英特爾當時表示,它相信從300mm硅片遷移到450mm硅片,每個硅片的芯片數(shù)量將增加一倍以上。

包括英特爾、臺積電、三星、IBM和格羅方德(GlobalFoundries)在內(nèi)的公司,甚至成立了一個名為“全球450mm晶圓聯(lián)盟”,開發(fā)生產(chǎn)450mm晶圓所需的制造設(shè)備和工具。

但到2017年,對450mm晶圓的熱情消退。迄今為止,所有大公司都堅持使用300mm晶圓來生產(chǎn)高產(chǎn)量尖端產(chǎn)品。

蔣尚義說,英特爾是推動450mm晶圓的主要代理商,它認為這是獲得市場優(yōu)勢的另一種方式,而且競爭對手較少。

“對于更大的晶圓,人們說這是提高生產(chǎn)力。這并不完全正確。這更像是一場游戲,這是一個大佬占小佬便宜的游戲?!笔Y尚義在CHM文字記錄中說。

“現(xiàn)在,如果你想使用18英寸(450mm),首先啟動的是設(shè)備供應(yīng)商,他們的新設(shè)備都將是18英寸。他們不會在12英寸上使用最先進的技術(shù),所以不需要18英寸的小規(guī)模選手會自動出局,他們也負擔不起。這是一個大魚吃小魚的過程。這是選擇大晶圓的首要原因?!?/p>

臺積電曾推出過300mm晶圓,而且效果還不錯,因此最初,它熱衷于重復這一過程。在一次投資者會議上,張忠謀制定了450mm晶圓路線圖,“突然之間,450mm晶圓行業(yè)變得非常熱門?!?/p>

蔣忠義回憶道,2013年他去張忠謀辦公室,告訴對方臺積電不應(yīng)該推廣450mm晶圓技術(shù)。原因在于,臺積電在300mm晶圓競爭中,戰(zhàn)勝了許多較小的競爭對手,但如果要生產(chǎn)450mm晶圓,它就會發(fā)現(xiàn)自己要面對的是英特爾和三星。

“過去,我們的競爭對手是聯(lián)華電子和中芯國際,這些公司的規(guī)模比我們小得多。如果推廣450mm,現(xiàn)在,我們只有兩個競爭對手:英特爾和三星。這兩個都比我們大。所以,這對我們一點幫助都沒有,實際上會傷害我們?!笔Y尚義說。

人們擔心的是,英特爾和三星都比臺積電擁有更多工程師,而且可以利用的收入也更多,這將幫助這兩家公司比臺積電投入更多資金,用于450mm生產(chǎn)。臺積電將從芯片制造領(lǐng)域的大魚,變成小池塘里的小魚,要面對兩個它無法競爭的大塊頭。

張忠謀意識到,現(xiàn)在這樣做不對。因此,他召集至少10次會議來討論這個問題,最后確定放棄該項目。

但臺積電必須為自己找個理由,解釋為什么不能繼續(xù)開發(fā)450mm晶圓?張忠謀決定,臺積電將宣布優(yōu)先發(fā)展先進技術(shù),而不是450mm晶圓。

根據(jù)蔣尚義的講述,在2013年美國西部半導體展一次會議上,英特爾、三星和臺積電與芯片光刻設(shè)備制造商ASML共處一室,討論450mm技術(shù)。

英特爾技術(shù)和制造負責人Bill Holt重申英特爾對450mm支持。他在會上說,所有與會各方都應(yīng)該把投資資金,投入到開發(fā)項目中。

“我是下一個發(fā)言人,我告訴他,我們的首要任務(wù)是先進技術(shù),他明白了。他很難過,走開了?!笔Y尚義回憶道。

第二天,英特爾宣布,其首要任務(wù)是先進技術(shù)的開發(fā)。這就是450mm晶圓的終結(jié)。從那以后,沒有人再談?wù)撨@個話題。



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