Внутри тайваньской фирмы, которая делает мировой технологический прорыв

Авторский перевод статьи Time о крупнейшем производителе чипов - тайваньской TSMC, в которой, в частности, раскрывается причина дефицита чипов.

 

 

На северо-западном побережье Тайваня, между илистыми лугами, изобилующими крабами-скрипачами и ароматными садами хурмы, находится самая важная компания в мире, о которой вы, вероятно, никогда не слышали. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., или TSMC, является крупнейшим в мире контрактным производителем полупроводниковых микросхем, также известных как интегральные схемы или просто чипы, которые используются в наших телефонах, ноутбуках, автомобилях, часах, холодильниках и многом другом. Среди её клиентов Apple, Intel, Qualcomm, AMD и Nvidia.

Внутри квадратного, не совсем белого цвета штаб-квартиры TSMC в сонном уезде Синьчжу, техники в ярко окрашенных защитных костюмах - бело-синем для сотрудников, зеленом для подрядчиков и розовом для беременных женщин - толкают полированные металлические тележки под желтовато-желтым светом. Над их головами «клешневые машины» - прозванные в честь классической аркадной игры - тащат по рельсам 9-килограммовые пластиковые контейнеры с 25 отдельными ломтиками или «пластинами» кремния между сотнями производственных станций, откуда они извлекаются один за другим в течение обработка, очень похожая на музыкальный автомат, выбирающий запись. Только после шести-восьми недель кропотливого травления и тестирования каждую пластину можно разделить на отдельные чипы для отправки по всей планете.

«Мы всегда говорим, что это похоже на строительство дома», - сказал журнаду Time один из менеджеров отдела TSMC, указывая на то, как его технические специалисты старательно следуют инструкциям выводимых на их планшеты. «Вы можете строить только один этаж за раз». Фирма с оборотом 550 миллиардов долларов сегодня контролирует более половины мирового рынка микросхем, изготавливаемых на заказ, и имеет еще более крепкие позиции по самым передовым процессорам, по некоторым оценкам, занимая более 90% рынка. «TSMC абсолютно критична (для IT-индустрии - здесь и далее прим.перев.)», - говорит Питер Хэнбери, специалист по полупроводникам консалтинговой фирмы Bain & Co. «Они в основном контролируют наиболее сложную часть полупроводниковой экосистемы, и они практически монополисты на переднем крае». Важность полупроводниковых чипов за последние полвека выросла в геометрической прогрессии. В 1969 году лунный модуль «Аполлон» отправил на Луну десятки тысяч транзисторов общим весом 70 фунтов. Сегодня Apple MacBook вмещает 16 миллиардов транзисторов при его общем весе всего 3 фунта (1.36 кг). Потребление микросхем будет продолжать расти вместе с распространением мобильных устройств, интернета вещей (IoT), сетей 5G/6G и ростом спроса на вычислительные мощности. Мировые продажи микросхем в 2020 году составили 440 миллиардов долларов (указанная цифра относится только к рынку микросхем для ПК, журналист допустил неточность) и, по прогнозам, будут расти более чем на 5% в год. Президент Джо Байден называет их «критически важными продуктами», чьи «сбои в цепочке поставок могут поставить под угрозу жизнь и средства к существованию американцев». В то время правительства Японии и Южной Кореи сравнивают важность полупроводников с «рисом».

Успех TSMC в захвате этого жизненно важного рынка превратился во всеобщую головную боль. Пентагон требует от администрации Байдена больше инвестировать в передовое производство микросхем, чтобы его ракеты и истребители не зависели от самоуправляющегося острова, который китайский лидер Си Цзиньпин считает отколовшейся провинцией и неоднократно угрожал вторжением. Более того, глобальная нехватка микросхем затронула 169 отраслей, согласно анализу Goldman Sachs, от стали и товарного бетона до кондиционеров и пивоварен. Самое серьезное, что автопроизводители в Америке, Японии и Европе были вынуждены замедлить и даже остановить производство, а это означает, что в этом году в мировые автосалоны выйдет на 3.9 миллиона автомобилей меньше , чем в прошлом (общее кол-во произведённых автомобилей: в прошлом 2020 году - 77.6 млн., в доковидном 2018 - 96.9 млн.).

Автомобильные компании «немедленно указали пальцем на TSMC» из-за дефицита, сказал Time председатель TSMC Марк Лю в эксклюзивном интервью. «Но я сказал им: «Вы - клиенты моих клиентов. Каким образом я могу делать для вас исключение и не давать вам чипы именно вам?»»

Из-за нехватки микросхем TSMC из в значительной степени анонимной сервисной компании оказалась в центре глобальной борьбы за будущее технологий. Фирма будет играть огромную роль в определении того, как будет выглядеть мир в конце этого десятилетия. Некоторые предвидят возникновение антиутопии, вызванной обострением климатического кризиса и ростом геополитической напряженности между Китаем и США. Более оптимистичный сценарий Лю состоит в том, что широкое внедрение искусственного интеллекта (ИИ) к 2030 году поможет смягчить разрушительные последствия изменения климата за счет детального прогнозирования погоды. сделать более точную диагностику рака возможной раньше и даже бороться с фальшивыми новостями с помощью автоматической проверки фактов в социальных сетях. «С COVID-19 все чувствуют, что будущее ускоряется», - говорит Лю. С его точки зрения, как это будет выглядеть «намного яснее, чем, скажем, два года назад».

Дефицит полупроводниковых чипов впервые заставил нервничать советы директоров примерно в феврале, когда среднее время от заказа до доставки чипов увеличилось до беспрецедентных 15 недель из-за стечения факторов: экономический спад, вызванный пандемией, побудил автопроизводителей преждевременно сократить заказы на чипы, однако спрос вскоре восстановился, поскольку микросхемы копили фирмы, опасавшиеся быть втянутыми в торговую и технологическую войну между США и Китаем. На фоне того, что было описано как глобальная нехватка микросхем, на фабрики отправлялось больше микросхем, чем устанавливалось в готовых изделиях, а это означает, что «есть люди, которые определенно накапливают микросхемы неизвестно где в цепочке поставок», - говорит Лю.
Чтобы исправить ситуацию, Лю приказал своей команде проанализировать данные продаж, чтобы определить, какие клиенты действительно нуждаются в чипах, а какие занимаются накопительством. «Мы тоже учимся, потому что раньше нам не приходилось делать этого», - говорит Лю. Это вынудило его принимать жесткие решения, откладывая выполнение заказов для ценных клиентов, неотложные нужды которых были сочтены менее острыми. «Иногда клиенты могут быть недовольны, но мы просто должны делать то, что лучше всего для отрасли».

Кризис заострил внимание на доступе к технологиям, которые были изобретены америанцами и по-прежнему разрабатываются  американцами лучше, чем кем-либо другим, но которые сами американцы больше не производят в больших масштабах. План Байдена на 2 триллиона долларов по восстановлению американской инфраструктуры включал 50 миллиардов долларов на повышение конкурентоспособности американских производителей полупроводников. Это сверх 52 миллиардов долларов, выделенных в соответствии с Законом США об инновациях и конкуренции, который был принят Сенатом в июне и нацелен прямо на конкуренцию с Китаем во всех областях технологий. Однако одна только TSMC инвестирует 100 миллиардов долларов в новые мощности в течение следующих трех лет. Это ошеломляющая сумма, хотя для Лю «чем больше я на это смотрю, тем больше понимаю, что этого будет недостаточно».

Полупроводниковая промышленность сократилась (имеется ввиду количество производителей), несмотря на то, что сами чипы стали более распространенными и ключевыми. Помимо TSMC, единственной фирмой, способной коммерчески производить на сегодняшний день самые передовые 5-нанометровые чипы, является южнокорейская Samsung Electronics. Однако TSMC строит новый производственный завод - или «фаб» (Fab - фабрика) - на 22 футбольных полях на юге Тайваня для производства новаторских 3-нм чипов, которые, как ожидается, будут на 15% быстрее и потреблять гораздо меньше энергии. Это производство последнего поколения, или «узел» (Node - в нашей прессе этот термин принято переводить, как "технологический процес"), опередит такие американские фирмы, как Intel и GlobalFoundries, по крайней мере, на два поколения. «Это позор для Intel», - говорит Дэниел Ненни, соавтор книги «Fabless: трансформация полупроводниковой промышленности». «Просто очень досадно, что они потеряли лидерство».
На заре современной компьютерной индустрии такие пионеры, как Intel, разрабатывали и производили чипы собственными силами. Но американские фирмы начали борьбу с японскими конкурентами в 1980-х годах и, чтобы оставаться конкурентоспособными, перенесли производственные мощности своего бизнеса на мощности сторонних подрядчиков, вместо этого сосредоточившись на более прибыльном аспекте разработки. Фабрики были дорогими, с низкой рентабельностью, так что компенсация этих капиталовложений и рисков имела большой смысл.

Тенденция «Fabless» (отказ от собственных производств, заказ производства "на стороне") была предвидена хитрым инженером китайского происхождения по имени Моррис Чанг, который основал TSMC в 1987 году после учебы в Гарварде, Стэнфорде и Массачусетском технологическом институте и 25 лет работы в Texas Instruments. (Китаец был настолько хитр, что "предвидел" перенос производств спустя 6 лет после провозглашения американцами рейганомики, результатом которой и стал перенос производств в "страны третьего мира", т.е. страны с дешёвой рабочей силой). Среди своих многочисленных достижений Чанг впервые применил тактику первоначальной цены на чипы в убыток, ожидая, что раннее завоевание доли рынка позволит увеличить их производство до такой степени, что снижение затрат принесет прибыль. По мере развития технологий стоимость новых фабрик резко возрастала, что заставляло все больше производителей микросхем использовать аутсорсинг и увеличивать долю рынка TSMC. «Он выполнял работу, которой больше никто не хотел заниматься», - говорит Вилли Ши, профессор Гарвардской школы бизнеса.
В июне 2018 года в возрасте 86 лет Чанг наконец передал бразды правления TSMC Лю и генеральному директору C.C. Вэй. То, что могло быть трудным переходом, вместо этого оказалось трамплином для более агрессивной философии бизнеса, которая позволила TSMC опередить конкурентов. Помимо миллиардов, вложенных в закрепление технологического превосходства, он приступает к «географической диверсификации, которой не было бы при Моррисе Чанге», - говорит Ши. В то время как Вэй в новой команде руководителей был сосредоточен на технической стороне дела, его прекрасно дополнял лощёный и ориентированный на бизнес Лю, чье представление о развлечениях отсылает нас к мировой политической периодике и трансляциям классической музыки на YouTube.

Во многом карьера Лю перекликается с его наставником Чангом. Лю родился в Тайбэе и получил докторскую степень в Калифорнийском университете в Беркли. Прежде чем устроиться на работу в Intel, он помог запустить революционный процессор i386, который послужил толчком для развития персональных компьютеров в конце 1980-х годов. После ухода из Intel он провел шесть лет, проводя исследования в AT&T Bell Laboratories в Нью-Джерси, прежде чем присоединиться к TSMC в 1993 году. Когда основатель взял его под своё крыло, говорит он, одна из его первых ролей заключалась в том, чтобы набраться опыта в строительстве фабрик. «Моррис дал мне огромный опыт, от операций до планирования, продаж, маркетинга и исследований и разработок», - говорит Лю. «Вот почему я прошу наших сотрудников выйти из зоны комфорта, чтобы научиться чему-то, а не просто чувствовать удовлетворение, получая от вашего начальника хорошую оценку эффективности».

Недавний успех TSMC был связан, в частности, с одним клиентом: Apple. Гигант из Купертино поручил Samsung производство своих чипов для первых шести поколений iPhone. Но после того, как Samsung выпустила свои собственные конкурирующие смартфоны Galaxy, Apple в 2011 году подала иск о краже интеллектуальной собственности, который в конечном итоге был урегулирован выплатой американской фирме компенсации в размере 539 миллионов долларов. Этот спор был благом для TSMC, поскольку Apple стремилась отделить свои цепочки поставок от Samsung и избегать любых партнерских отношений, которые могли бы отпугнуть потенциального конкурента. Обнадеживает тот факт, что TSMC - это узкоспециализированное производственное предприятие, которое строго следует своего пути. Сегодня Apple остается крупнейшим клиентом TSMC. «Это доверительный бизнес, - говорит Лю, - Мы не конкурируем с нашими клиентами».

Apple также сыграла решающую роль в превращении TSMC в бесспорного технологического лидера. Вычислительная техника давно регулируется законом Мура, названным в честь соучредителя Intel Гордона Мура, который лучше описать как «наблюдение» о том, что вычислительная мощность удваивается каждые два года или около того. В отрасли была тенденция отдавать приоритет новому технологическому процессу, чтобы соответствовать этим временным рамкам.

Однако Apple настаивала на том, что ей нужен новый технологический процесс для каждой итерации iPhone. Поскольку Apple гордится тем, что никогда не теряет своей драгоценной короны, TSMC находилась под огромным давлением, заставляя постоянно идти вперед. Поэтому вместо того, чтобы комбинировать множество новых технологий для удвоения мощности каждые два года, компания ежегодно добивалась небольших успехов. «Люди высмеивали TSMC, говоря: «О, это не настоящий техпроцесс», - говорит Ненни. «Но эти детские шаги помогли им изучить эти новые технологии. И они смеялись всю дорогу до банка».

Тем не менее, лидерство порождает другие проблемы. Сегодня чипы могут быть широко распространены, но их использование в самых передовых разновидностях остается ограниченным. Тостеры и светофоры могут использовать гораздо менее продвинутые техпроцессы. По мере того, как пул клиентов TSMC сокращался, риск того, что один из них окажется втянутым в политическую турбулентность, увеличился. В прошлом году TSMC прекратила поставки китайскому телекоммуникационному гиганту Huawei, например, после того как американские спецслужбы обвинили его в том, что он является доверенным лицом китайского государства не представив при этом каких-либо веских доказательств. На острове с населением всего 23 миллиона человек, где недавняя сильная засуха поставила под угрозу водоемкую полупроводниковую промышленность, также становится труднее найти необходимые ресурсы для расширения границ. «Будущее становится все более и более сложным, - говорит Дэн Ван, отраслевой и технологический аналитик Gavekal Dragonomics. «Когда ты наверху, единственное направление - вниз».

Доминирование TSMC таково, что его главными соперниками являются не компании, а правительства. Дефицит автомобильной промышленности стал тревожным сигналом для политиков, уже оправившихся от пандемии и торговой войны. Европейская комиссия представила государственно-частный полупроводниковый альянс, нацеленный на увеличение своей доли в мировом производстве до 20% к 2030 году. Правительство Южной Кореи предлагает стимулы для привлечения к 2030 году инвестиций со стороны производителей микросхем на сумму 450 миллиардов долларов.
Тем временем Китай вкладывает миллиарды в проблему полупроводников, но с ограниченным успехом и некоторыми бросающимися в глаза неудачами. Хотя он, скорее всего, вскоре станет крупнейшим производителем микросхем по объему, но они все будут не самого последнего поколения. Его ведущая фирма - это SMIC, базирующаяся в Шанхае, но, несмотря на $300 млн государственных субсидий в 2019 году, лучший чип, который она может произвести, отстает примерно на пять лет от TSMC, и у неё мало шансов наверстать упущенное. Между тем, как минимум шесть многомиллиардных китайских фирм по производству микросхем обанкротились за последние два года, в том числе Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing Co., которая оказалась мошенничеством на 20 миллиардов долларов, совершенным мошенниками без какого-либо опыта работы в отрасли.

Усилия Пекина наверстать упущенное также затрудняются из-за того, что Вашингтон неоднократно блокировал его попытки напрямую купить иностранные компании-производители микросхем, а также специализированное оборудование, необходимое для передовых заводов. Это ставит в затруднительное положение Пекин, который стремится к усилению геополитического влияния, которое приносит глобальное технологическое лидерство. Си (фамильярность, Си Цзиньпин) регулярно подчеркивал критическую важность «местных исследований и разработок», создания «безопасных и контролируемых цепочек поставок» и достижения прорывов в «технологиях узких мест».

Ситуация также ставит в затруднительное положение Тайвань и США. В то время как на американские фирмы приходится 65% всех продаж TSMC, Китай является крупнейшим конечным пунктом назначения в силу своей роли мировой фабрики, импортировав микросхемы на сумму около 350 миллиардов долларов только в 2020 году. По оценкам Boston Consulting Group, «разделение» технологических секторов США и Китая сократит выручку американских компаний по производству микросхем на 80 миллиардов долларов, в то время как конкуренция с Пекином обойдется тем же фирмам в 10-15 миллиардов долларов.

Лю разделяет мнение многих руководителей бизнеса, когда он говорит, что нынешняя вражда между США и Китаем никому не выгодна. Многие китайские фирмы накапливают чипы, чтобы не оказаться такими же мишенями, как Huawei. «США и Китай должны понять, что они, возможно, не друзья, но и не враги», - говорит Лю. «Нам нужны общие правила, чтобы ... дать людям определенное представление о том, как вести бизнес».

Если TSMC оказывается в центре перетягивания каната между Вашингтоном и Пекином, то то же самое происходит и с островом, на котором он находится, - с гораздо более опасными потенциальными последствиями. 16 сентября высокопоставленные официальные лица США и Австралии пообещали «укрепить связи» с Тайванем всего через день после того, как обе страны с Великобританией представили новый альянс безопасности, получивший название AUKUS, для сдерживания Китая. Пекин уже с тревожной частотой совершает воздушные и военно-морские вылеты вблизи территории Тайваня.

Стратеги говорят, что Тайвань защищен эффективным «кремниевым щитом», учитывая, что нарушение цепочки поставок микросхем в случае вторжения будет означать для экономики Китая. Однако по мере роста напряженности и важности микросхем некоторые аналитики пересматривают эту точку зрения. Ориана Скайлар Мастро, специалист по вооруженным силам Китая из Института международных исследований Фримена Спогли Стэнфордского университета, говорит, что перспектива получения эффективного контроля над мировыми поставками микросхем может сделать Тайвань более, а не менее уязвимым, потому что такой большой приз означает, что Пекин может эффективно диктовать условия мира: «Я думаю, это дает Китаю преимущество».

Лю не согласен, настаивая на том, что угроза вторжения Пекина «преувеличена». «Тайвань определенно не станет предпринимать действия, чтобы спровоцировать войну», - говорит он, признавая, что отношения между двумя сторонами пролива больше не диктуются исключительно островом. «Это действительно отношения США и Китая».

Несмотря на доминирование Америки в разработке микросхем, отсутствие у нее производственных мощностей по-прежнему вызывает беспокойство у политиков, которые пытаются вывести на континент (имеется ввиду территория США) больше фабрик. Оставаясь заказчиком TSMC, Intel модернизирует свои производства, построив два новых завода в Аризоне стоимостью 20 миллиардов долларов. В прошлом году TSMC взяла на себя обязательство построить фабрику стоимостью 12 миллиардов долларов, также в штате Гранд-Каньон. Компания также изучает новые заводы в материковом Китае, Японии и Европе.

Лю откровенно говорит о причинах этих инвестиций в США и их ограничениях. Это было вызвано «политическим подталкиванием наших клиентов», - говорит он, настаивая на том, что «локализация полупроводников не повысит устойчивость цепочки поставок». Он говорит, что это может даже «снизить устойчивость».

Производство чипов настолько невероятно сложное и специализированное, что диверсификация заводов затруднит поддержание качества. Транзистор в 3-нм узле составляет всего 1/20 000 ширины человеческого волоса. Если бы вы увеличили полупроводниковую пластину длиной в фут (30см) до размеров континентальной части США, необходимая структура для этих чипов все равно была бы шириной всего с ноготь. Ключевым компонентом может быть только кремний или очищенный песок, но волшебство проявляется в том, как его обрабатывают и подготавливают. «Это похоже на выпечку хлеба», - говорит руководитель отдела TSMC. «Ингредиенты почти такие же, но вот как долго его следует запекать, какая температура должна быть, вот что имеет значение».
По этой причине производственный цех TSMC находится под тщательным контролем. Все посетители должны надеть головные уборы, противопыльные куртки, брюки и обувь перед тем, как пройти через «воздушный душ» для удаления случайных частиц. Каждая из аппаратов для литографии в крайнем ультрафиолете, которые использует TSMC, стоит около 175 миллионов долларов. У более крупных фабрик их будет 20 штук. Создание микросхемы занимает около 1500 шагов, каждый из которых содержит от 100 до 500 переменных. Даже если показатель успешности каждого шага составляет 99,9%, это означает, что можно использовать менее четверти конечного результата. «Есть ли что-то немного другое в воде, воздухе или химикатах в Аризоне?» - спрашивает Хэнбери. «Команда НИОКР не собирается останавливаться на достигнутом, чтобы решить эти проблемы».

В то время как основатель TSMC Чанг в своем недавнем выступлении хвалил «дешевую землю и электричество» в США, он также ворчал, что «нам пришлось очень постараться, чтобы найти компетентных техников и рабочих». Лю отмечает, что затраты в США оказались «намного выше», чем ожидала TSMC.

Все это указывает на увлечение локализацией, вызванное политикой, а не наукой или бизнесом. В конце концов, открытие фабрики в США влияет только на небольшую часть производственного процесса. Сегодня полупроводники обычно разрабатываются в США, производятся на Тайване или в Южной Корее, тестируются и собираются в Юго-Восточной Азии, а затем устанавливаются в продукты в Китае. Специализация просто невероятная: поскольку TSMC доминирует в сфере производства чипов, только голландская фирма ASML производит те передовые литографические машины, на которых полагаются все ее фабрики.

Если прочность сети определяется ее самым слабым звеном, открытие фабрик в США не сильно улучшится. Повышать конкурентоспособность США можно только постепенно. Новый завод TSMC в Аризоне, например, будет производить 5-нм чипы, которые, хотя и являются передовыми сегодня, будут на пару техпроцессов позади самых быстрых, когда начнется массовое производство в 2024 году. Тем временем штаб-квартира TSMC будет продвигать следующие поколения 3D интегральных схем, которые, по словам Лю, «откроют путь к инновациям в полупроводниковых архитектурах».

Эти технологии настолько развиты, что невозможно наверстать упущенное, не вкладывая огромные суммы денег. Даже тогда ничего не гарантировано. В конце концов, инвестиции в 100 миллиардов долларов, о которых сообщила TSMC, не являются самостоятельными. Они сочетаются с сотрудничеством с отделами исследований и разработок Apple, Nvidia и всех других близких партнеров TSMC и дополняются ими, чтобы создать «бюджет, который в 100 раз больше того, что вы увидите в их финансовых показателях», - говорит Ненни. «Ни одна компания или страна просто не могут догнать эту огромную экосистему, которая движется вперед, как грузовой поезд».

По словам Лю, для США было бы разумнее убедиться в том, что они находятся на переднем крае следующего великого наступления. Например, его способность к спасению жизни в вакцинах с мРНК COVID-19 существует только благодаря огромным инвестициям в геномику и биотехнологии за последние 40 лет. Вместо того, чтобы безуспешно преследовать и локализовать аспекты цепочки поставок полупроводников, Лю предлагает вложить те же деньги в развитие следующего большого скачка.

«США должны сосредоточиться на своих сильных сторонах: проектировании систем, искусственном интеллекте, квантовых вычислениях и на этих перспективных вещах», - говорит Лю. TSMC, возможно, уже выиграла 2030 год, но следующее десятилетие еще предстоит. —С сообщением Глэдис Цай / Синьчу и Алехандро де ла Гарса / Нью-Йорк