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夹缝中的台积电

时间:2022-08-15 16:16:38 来源:

编译 | 杨玉科

编辑 | 葛帮宁出品 | 帮宁工作室(gbngzs)

对全球半导体行业来说,台积电有多重要?

打个比方,俄罗斯的天然气可以被其他形式的能源所取代,但台积电的芯片却不能。从航空航天到消费电子产品,几乎所有行业都严重依赖台积电生产的半导体。台积电已经占据全球半导体市场主导地位。

中美之间的技术竞赛已经跨越了从智能手机,到数字移动设备,再到社交媒体和人工智能的方方面面。现在,一个更深层次的新战场正在形成——为我们的智能手机、电脑、汽车和家用电器提供动力的芯片。

2022年8月9日,美国总统拜登(Joe Biden)签署一项旨在提振美国半导体行业的新法案,试图解决长期以来芯片短缺问题,并减少对中国等其他国家制造业的依赖。

这就是《芯片与科学法案》。该法案为美国半导体制造和研发提供激励措施,包括向国家科学基金会、商务部和国家标准与技术研究所提供超过520亿美元资金和额外投资。

长期以来,中国一直是科技制造业的主导力量,苹果、谷歌和微软等公司在生产设备及零部件方面严重依赖中国。

战略与国际研究中心(Center for Strategic and International Studies)最近一项分析显示,中国在半导体市场迅速取得进展,在组装、封装和测试方面排名全球第一,在晶圆制造方面排名第四——已经超过美国。

台积电已经承诺,投入至少120亿美元,在亚利桑那州建造一家半导体制造厂,预计2024年投产。另一家台湾制造商GlobalWafers承诺,将斥资50亿美元,在德克萨斯州建立一家硅晶圆厂。三星和SK集团今年早些时候提出,投资数百亿美元计划,以扩大其在美国科技制造业的影响力。

维吉尼亚大学专门从事风险分析的管理学助理教授科利尔(Zachary Collier)称,台积电的投资早于《芯片与科学法案》签署,但后者可能会刺激更多公司将工厂迁至美国。

7月22日,美国商务部长雷蒙多(Gina Raimondo)表示,有必要减少对中国台湾芯片供应的依赖。“我们对中国台湾芯片的依赖是站不住脚的,也是不安全的,这是美国的思普特尼克时刻(高科技竞争中的关键挑战)。”

雪上加霜的是,上周,美国众议院议长南希·佩洛西(Nancy Pelosi)窜访中国台湾地区,使得紧张局势迅速升级。

佩洛西会见了台积电董事长刘德音,讨论了《芯片与科学法案》。台积电可能受益于该法案,但前提是,它必须接受一条重要限制措施——接受援助的企业必须同意,不在中国扩大精密半导体的生产。

台湾新竹科技园被称为“中国台湾的硅谷”,成立于1985年,分为新竹、竹南、桐庐、龙潭、宜兰和新竹生物医学园6个卫星园区,员工总数约15万人。主要产业是集成电路产业,占园区总产值70%。

在新竹20家芯片制造商中,第一梯队是台积电和联华电子,已成为全球最大半导体合同制造商。台积电是苹果iPhone和Mac pc芯片独家供应商,也是AMD、博通和高通等公司的制造合作伙伴。

世界上许多大型科技公司都是“无晶圆厂”。这意味着,它们没有自己的生产基地,只能委托台积电和其他晶圆代工厂生产其设计的芯片。

咨询公司凯捷(Capgemini)芯片市场分析师彼得·芬特尔(Peter Fintl)向德国《商报》表示,台积电已在全球市场获得具有系统重要性的地位。

根据美国半导体行业协会最近公布数据,在可预见的未来,中国台湾仍将是全球最大芯片制造基地,覆盖全球约90%高端半导体需求。

▍一再推迟的3nm

8月5日,台湾市场研究机构集邦咨询(TrendForce)发布报告,英特尔原定于2022年下半年开始生产Meteor Lake CPU,将推迟至2023年上半年。因此,台积电不得不取消大部分2023年3nm产品生产计划。

按照原计划,英特尔第14代CPU预计采用台积电3nm工艺生产。但最近,英特尔又宣布,从2024年开始自主生产2nm芯片。这似乎表明,它不太可能再使用台积电3nm产品。

集邦咨询认为,上述信息传递的信号是,台积电决定放缓设备扩张速度,以防止产能过度闲置。3nm工艺投资产生高额成本后,台积电正在减少2023年设备订单,这可能会影响其2023年资本支出。

台积电和英特尔随即发表评论称,他们的计划没有改变。

台积电在发给《经济日报》的一份声明中写道:“台积电不对个人客户业务发表评论,公司的产能扩张项目正在按计划进行。”

几乎同一时间,英特尔重申,其第14代核心Meteor Lake处理器,将按计划于2023年上市。

上周,在2022年第二季度财报电话会议上,英特尔首席执行官帕特·盖尔辛格(Pat Gelsinger)透露:“2023年,我们将推出第一款基于Intel 4工艺打造的CPU Meteor Lake,它在我们和客户的实验室中表现良好。”

英特尔预计,Meteor Lake将在2023年秋季或者更晚时间上市,所以今年开始大规模量产Meteor Lake的GPU Tile,并在2023年早些时候交付几乎没有什么意义。从财务角度看,也不具备有益影响。

这种背景下,将GPU Tile量产推迟到2023年7月,是完全符合逻辑的决定,不会影响Meteor Lake处理器的可用性。

至于台积电,部分行业人士认为,有一群客户计划在2023年至2024年期间使用N3、N3E、N3P和其他N3节点。

这份名单不仅包括2023年的苹果公司(台积电的最大客户)和英特尔,还包括2024年的AMD、联发科和高通等。这样,即使英特尔改变一些计划,台积电也没有理由放缓N3产能的引进。

事实果真如此吗?

台积电此前宣布,正全力推进3nm工艺生产,预计将于2022年下半年投产。此后,3nm工艺被推迟到2023年1月,而这一次,又推迟到2023年底。

这或许意味着,Meteor Lake将在2024年首次亮相,即在Raptor Lake发布近一年半之后。这不是英特尔路线图上的时间表,所以,这是一个严重的延误。集邦咨询表示,延迟是因为“产品设计和工艺验证问题”。

目前尚不清楚这些问题来自台积电的节点,还是英特尔的节点。据报道,英特尔正使用Intel 4处理器,以前被称为7nm,用于计算和I/O Tile。

《电子时报》曾做过报道,延迟是因为英特尔自己的芯片问题,而不是台积电的问题。针对最新传言,台积电表示,3nm制造正在按计划进行,但拒绝就客户业务进行置评。

可以肯定,这将对台积电未来资本支出计划产生重大影响。台积电原本计划将苹果和英特尔作为3nm产品的首批客户,现在可能只有苹果公司使用其最先进的节点。

有报道称,苹果公司将在M2 Pro和Max soc上使用它。2024年在iPhone SoC中使用3nm节点。

这对英特尔和台积电来说是个坏消息。集邦咨询认为,其闲置产能将阻碍扩大3nm产能,将量产进程推迟到明年底,而不是明年第一季度或第二季度。

作为回应,台积电已通知供应商,放慢3nm扩张速度,以避免设备积尘。

集邦咨询报告中最疯狂的部分是,它不仅再次确认了之前的推迟传闻,而且还表示,如果英特尔不能按时量产Intel 4,那么,它可能决定将Meteor Lake计算Tile外包给台积电。

这预计会发生在2023年初。鉴于许多原因,目前还无法预见这种情况发生。

在季度财报电话采访中,盖尔辛格再次确认:“是的,Intel 4就要来了。嘿,Meteor Lake,目前看起来还不错。”

▍“我们是大家的代工厂”

大概3年前,台积电试图在中美贸易夹缝中寻求安身立命。美国是更大的芯片买家,而中国大陆市场增长更快,两者都是这家全球最先进半导体制造商的重要市场。

8月2日,随着佩洛西窜访中国台湾,这让台积电曾经的努力付诸东流。台积电的大部分业务仍在台湾。作为一家为全球提供大量芯片的公司(这些芯片几乎都在中国台湾生产),台积电要与中国台湾面临的紧张局势割离开来不太现实。

美国希望把台积电拉到自己一边。这是因为,它生产世界上最先进的电脑芯片,而从iPhone到先进武器,所有产品都急需芯片。

长期以来,台积电擅长中立与博弈。“我们是大家的代工厂”成为其口头禅。

去年,台积电在中国大陆市场营收锐减30%。究其原因,特朗普政府的一项规定阻止台积电为华为生产先进半导体,这项规定在拜登总统任期内延续至今。华为是中国最大网络和通信供应商,到2020年都还是台积电最大客户之一。

台积电还决定在亚利桑那州建立一个新工厂,最早将于2024年在5nm工艺节点上开始运营。表面上看,这似乎与政治无关,但5nm已表明台积电优先考虑的领域。

公平地说,台积电有些束手束脚——它不能在南京或上海的晶片厂使用更先进设备,而在美国,昂贵的新工厂使用较旧的节点则没有经济意义。

在佩洛西主持下,美国众议院上周通过了《芯片与科学法案》,这巩固了台积电在美国的地位。美国国会拨款390亿美元,用于加强生态系统中的半导体先进测试、组装和封装能力。

台积电明确表示,其在美国的商业模式和未来扩张将依赖于补贴。当然,仅凭这一点,并不能保证它的倾向——毕竟,任何公司都很擅长从不同政府那里获得福利,而不需要任何忠诚的承诺。

《芯片与科学法案》规定及其融资方法,试图阻止接受美国资金的公司从事“任何涉及在中国半导体制造能力材料扩张的重大交易”。

但如果投资的对象是“传统半导体”,则又是例外。传统半导体被定义为28nm或更老的技术,台积电于2010年首次推出,现只占营收的10%。

由于台积电几乎肯定会接受《芯片与科学法案》分配的资金,因此,它将受到这些限制的约束。这也就意味着,在中国大陆扩张的或是其已有技术,而包括中芯国际在内的中国本土竞争对手已经擅长提供这些技术。

这样的投资很难推动中国追赶世界其他国家的计划,而且台积电可能也不会获利丰厚,因为传统芯片产能市场竞争激烈。

但这并不意味着中国会放弃。2015年,高通因违反中国反垄断法被罚款近10亿美元。台积电需要小心谨慎地处理未来几年的事情。

2022年8月2日,台积电股价一度下跌2.98%。投资者开始密切关注佩洛西晚些时候的行踪。

▍“我弄丢了工作证,但留下了照片”

台积电是全球最大半导体芯片合同制造商,为我们的手机、笔记本电脑、汽车和冰箱提供芯片。它是世界上最大芯片代工厂,拥有苹果、英特尔、高通、AMD和英伟达等大客户。这些客户帮助它在2020年实现450亿美元收入。

你可能从未听说过台积电,尽管它存在于你生活中的许多设备中。它是世界十大公司之一,市值4680亿美元,其十大股东包括美国大型养老基金和银行。

1987年,台湾人张忠谋创立台积电,成为世界上第一家也是最大芯片代工厂。张忠谋出生于中国浙江宁波,在美国就读于哈佛大学,大二时转学麻省理工学院。他曾在德州仪器(Texas Instruments)等公司从事半导体行业,后来回到中国台湾,利用德州仪器将制造能力外包给亚洲的机会,创办台积电。

台积电成立过程中,著名科技投资者戴伟平(Bill Tai)被聘为管理团队顾问,并成为台积电一号员工A001。

戴伟平拥有热门科技投资组合,是Canva、Dapper Labs、Lineage Logistics、Tweetdeck/Twitter和Zoom Video等公司的早期投资者。他是公开上市的hu8mining(北美最大数字资产矿工之一)主席,也是Bitfury(基于ASIC的比特币挖矿和区块链服务先驱)的早期投资者和前董事。

戴伟平与Bitfury创始人Valery Vavilov、副主席George Kikvadze于2015年创立Necker区块链峰会。在最近一次峰会上,戴伟平这样谈起台积电:“台积电是全球最大芯片代工厂,你家里和你生活中的大多数设备都使用硅,是全球市值第十大公司,但大多数人可能从未听说过它。”

张忠勇的愿景确实改变了世界。台积电不仅成为百分之百美国主流科技公司的基础,而且芯片代工概念也是开创性的:它已经成为世界上最大、最重要的科技公司之一。

“台积电在全球科技格局中扮演着重要角色,是支撑全球半导体生态系统最关键部分的基础。这是一个关键行业的关键公司。”戴伟平补充道,台积电在当今经济中扮演着至关重要角色,支撑着数字化的未来。

“我很幸运能见证它的形成时期,虽然很久以前,我就弄丢了工作证,但我留下了照片。”

▍扼杀450mm晶圆

你可以是大海里的一条大鱼,也可以是小池塘里的一条小鱼。

台积电一位前高管回忆,曾经有段时间,当台积电意识到某个项目将使他们与英特尔和三星展开直接竞争时,他们选择了直接放弃。

这个项目就是用于制造芯片的450mm(18英寸)晶圆。

台积电前联席首席运营官蒋尚义(Chiang Shang-Yi)曾扩大研发机构,帮助其成为全球最成功半导体制造商之一。

今年早些时候,他接受了加州计算机历史博物馆(CHM)采访。这是该博物馆口述历史项目的一部分,通过捕捉计算机行业先驱们的第一手回忆,起底450mm晶圆技术到底发生了什么事情。

目前,在半导体行业,用于生产任何规模芯片的最大晶圆直径为300mm(12英寸)。随着时间推移,直径逐渐增加,以提高生产能力,降低每个芯片成本。

但大约10年前,人们齐心协力开发450mm晶圆技术,将其大规模推向市场。据2012年报道,台积电宣布一项为期5年的新项目,预计耗资80亿~100亿美元,建造450mm新晶圆厂。

当时英特尔已经承诺,将在亚利桑那州和俄勒冈州建造450mm晶圆厂。

这个项目可以追溯到更远时间。2008年,英特尔、三星和台积电宣布合作,并计划与半导体行业其他公司合作,过渡到生产450mm晶圆。

英特尔当时表示,它相信从300mm硅片迁移到450mm硅片,每个硅片的芯片数量将增加一倍以上。

包括英特尔、台积电、三星、IBM和格罗方德(GlobalFoundries)在内的公司,甚至成立了一个名为“全球450mm晶圆联盟”,开发生产450mm晶圆所需的制造设备和工具。

但到2017年,对450mm晶圆的热情消退。迄今为止,所有大公司都坚持使用300mm晶圆来生产高产量尖端产品。

蒋尚义说,英特尔是推动450mm晶圆的主要代理商,它认为这是获得市场优势的另一种方式,而且竞争对手较少。

“对于更大的晶圆,人们说这是提高生产力。这并不完全正确。这更像是一场游戏,这是一个大佬占小佬便宜的游戏。”蒋尚义在CHM文字记录中说。

“现在,如果你想使用18英寸(450mm),首先启动的是设备供应商,他们的新设备都将是18英寸。他们不会在12英寸上使用最先进的技术,所以不需要18英寸的小规模选手会自动出局,他们也负担不起。这是一个大鱼吃小鱼的过程。这是选择大晶圆的首要原因。”

台积电曾推出过300mm晶圆,而且效果还不错,因此最初,它热衷于重复这一过程。在一次投资者会议上,张忠谋制定了450mm晶圆路线图,“突然之间,450mm晶圆行业变得非常热门。”

蒋忠义回忆道,2013年他去张忠谋办公室,告诉对方台积电不应该推广450mm晶圆技术。原因在于,台积电在300mm晶圆竞争中,战胜了许多较小的竞争对手,但如果要生产450mm晶圆,它就会发现自己要面对的是英特尔和三星。

“过去,我们的竞争对手是联华电子和中芯国际,这些公司的规模比我们小得多。如果推广450mm,现在,我们只有两个竞争对手:英特尔和三星。这两个都比我们大。所以,这对我们一点帮助都没有,实际上会伤害我们。”蒋尚义说。

人们担心的是,英特尔和三星都比台积电拥有更多工程师,而且可以利用的收入也更多,这将帮助这两家公司比台积电投入更多资金,用于450mm生产。台积电将从芯片制造领域的大鱼,变成小池塘里的小鱼,要面对两个它无法竞争的大块头。

张忠谋意识到,现在这样做不对。因此,他召集至少10次会议来讨论这个问题,最后确定放弃该项目。

但台积电必须为自己找个理由,解释为什么不能继续开发450mm晶圆?张忠谋决定,台积电将宣布优先发展先进技术,而不是450mm晶圆。

根据蒋尚义的讲述,在2013年美国西部半导体展一次会议上,英特尔、三星和台积电与芯片光刻设备制造商ASML共处一室,讨论450mm技术。

英特尔技术和制造负责人Bill Holt重申英特尔对450mm支持。他在会上说,所有与会各方都应该把投资资金,投入到开发项目中。

“我是下一个发言人,我告诉他,我们的首要任务是先进技术,他明白了。他很难过,走开了。”蒋尚义回忆道。

第二天,英特尔宣布,其首要任务是先进技术的开发。这就是450mm晶圆的终结。从那以后,没有人再谈论这个话题。

(本文部分内容综合Tom’s Hardware、ET、Bloomberg、Shark News、CGTN、Forbes、The Register、Business Korea、Taipei Times、DW、VOA News、Now Cast报道,部分图片来自网络)

原文标题:夹缝中的台积电


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