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你想象不到,世界有多依赖台积电的芯片?

台湾积体电路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., 2330.TW, TSM, 简称:台积电)的芯片无所不在,不过大多数消费者并不知道这一点。

台积电,TSMC
台积电,TSMC

该公司生产全球几乎所有最先进的芯片,还包括很多成熟制程的芯片。这些芯片存在于数以十亿计内置电子设备的产品中,包括iPhone、个人电脑和汽车,他们生产的芯片产品上都没有明显的标识显示是由他们生产的,该公司为设计这些产品的苹果公司(Apple Inc., AAPL)和高通公司(Qualcomm Inc., QCOM)等知名公司制造芯片。

台积电位于新竹科学园区的晶圆五厂
台积电位于新竹科学园区的晶圆五厂

过去几年,台积电已成为全球最重要的半导体公司,对全球经济有巨大影响。该公司的市值约为5,500亿美元,在全球企业市值排行榜上位居第11。

不过该公司的主导地位将全球置于一种脆弱境地之中。随着越来越多的技术需要复杂得令人难以置信的芯片,越来越多的芯片出自台积电之手,与此同时,该公司的所在地台湾是美中紧张关系的焦点之一,中国宣称台湾是其领土的一部分。

分析人士称,在一个需要巨额资本投资的行业,其他制造商将很难赶上台积电。此外,台积电现在的芯片产量无法满足所有市场需求,这一事实在全球短缺的情况下变得更加明显,加剧了供应瓶颈、消费者价格上涨和工人无薪休假的混乱局面,尤其是在汽车行业。

这种情况在某些方面类似于全球过去对中东石油的依赖,台湾如果出现不稳定情况,则有可能对各行各业造成影响。根据总部在台湾的半导体研究公司集邦咨询(TrendForce),包括规模较小的制造商在内,今年第一季度全球65%的外包芯片制造收入来源于台湾的企业。台积电创造了全球56%的收入。

研究公司凯投宏观(Capital Economics)最近写道,依赖台湾芯片“对全球经济构成威胁”。

在纽约证券交易所上市的台积电去年公布录得176亿美元的利润,收入约为455亿美元。

凯投宏观称,该公司的技术非常先进,现在全球最先进的芯片约有92%是由该公司制造,这些芯片的晶体管宽度不到人类头发的千分之一。其余的最先进芯片为三星电子(Samsung Electronics Co., 005930.SE)生产。全球大约14亿部智能手机处理器中的大部分是由台积电制造的。

随着汽车自动化程度的提高,汽车制造商需要更多采用成熟制程的微控制器,根据咨询公司IHS Markit的数据,这些微控制器多达60%由台积电生产。

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台积电表示,公司相信其在微控制器领域的市场份额约为35%。该公司发言人高孟华(Nina Kao)对于全球过度依赖台积电的说法提出了不同的看法,指出半导体供应链上有许多专业化领域。

美国、欧洲和中国正在力争降低对台湾芯片的依赖。虽然美国拥有英特尔公司(Intel Co., INTC)、英伟达(Nvidia Corp., NVDA)和高通公司(Qualcomm Inc., QCOM)等本土巨头,在芯片设计和知识产权方面仍处于全球领先地位,但根据波士顿咨询公司(Boston Consulting Group Inc., BCG.XX)的数据,美国现在只占全球芯片制造业的12%,较1990年的37%大幅下降。

在美国总统拜登(Joe Biden)的基础设施计划中,有500亿美元是用来帮助促进国内芯片生产的。中国已将实现半导体自主化作为国家战略计划的一个主要目标。作为欧盟1,500亿美元数字产业计划内容一部分,欧盟争取到2030年使其下一代芯片产量占全球产量的比例达到至少20%。

英特尔今年3月宣布投资200亿美元在美国新建两家芯片厂。知情人士称,英特尔宣布这一消息的三个月之前,该公司时任首席执行长鲍勃·斯旺(Bob Swan)曾乘私人飞机前往台湾,以确定台积电是否会接下英特尔最新一代芯片的部分制造业务,合同的潜在价值数以十亿美元计。

其中一位知情人士透露,台积电高管非常希望接下这份大单,但无法全盘接受英特尔的条件,而且在价格上也有分歧。该知情人士称,相关谈判仍未敲定。

今年1月斯旺出局。英特尔在因一系列战略问题导致出现可能高度依赖台积电的结果之后,正设法重整业务。目前英特尔市值约2,250亿美元,还不到台积电的一半。

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台积电的生产线 图片来源:TAIWAN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING CO., LTD.

由于汽车工厂关闭以及由此产生的收入损失,美国和德国也呼吁这家台湾芯片生产商扩大供应。在当前这场缺芯困局中,汽车行业首当其冲。

知情人士透露,拜登政府5月份曾召集芯片和汽车生产商开会讨论相关问题,芯片供应取得了一些进展,但缺芯问题仍在发酵,美国汽车生产商认为他们还没有看到台积电详细的增产计划。

而台积电方面表示,公司已经采取了前所未有的行动,与2020年相比其微控制器产量增加了60%。

财力雄厚

分析师称,整个行业的大趋势,加上台积电高度进取的企业文化以及雄厚的财力,意味着短时间内打造一个更加多元化的半导体供应链难度很大。

半导体行业已经变得技术非常复杂和资本密集,一家生产商一旦落后就很难再追上。有些公司花费数以十亿美元计的资金和多年时间进行尝试后,可能会发现技术差距甚大。

建造一家半导体工厂的成本可能高达200亿美元。先进芯片制造方面,一种将复杂电路图案印制在晶圆上的关键制造工具价格高达1亿美元,需要使用多架飞机来交付。

台积电自己的扩张计划将在未来三年内花费1,000亿美元。据半导体研究公司VLSI Research称,这几乎是整个行业资本支出的四分之一。

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台积电的一名员工和该公司的8寸晶圆 图片来源:TAIWAN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING CO., LTD.

研究公司IC Insights在最近的一份报告中写道,其他国家将最少需要五年、每年至少花费300亿美元,才有可能赶上台积电和三星。

美国官员表示,中国在台湾附近的军事活动增加后,他们认为发生冲突的可能加大了。七国集团(Group of Seven)领导人在上周对中国发出的公开指责中提到了这个问题。尽管如此,许多分析人士认为中国不会在近期内试图收复台湾,因为此举可能会扰乱自身芯片供应。

台湾领导人将当地的芯片产业称为台湾的“硅盾”,帮助保护该岛免受这种冲突的影响。分析人士称,台湾政府多年来对本地芯片行业进行了大量补贴。

台积电的高孟华说,该公司的成功源自天时地利,以及正确的商业模式。她说,虽然台湾政府在其创始投资中发挥了关键作用,但该公司在目前设施建设过程中并没有得到政府的经济补贴。

勇担风险

1987年,当张忠谋(Morris Chang)创立台积电时,他的想法是越来越多的芯片公司将把生产外包给亚洲的制造厂,即“晶圆厂”,而能否成功则完全没有把握。

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台积电创始人张忠谋,图片摄于4月。图片来源:I-HWA CHENG/BLOOMBERG NEWS

现年89岁的张忠谋喜欢打桥牌,喜欢读莎士比亚,他早年在中国大陆和香港度过,1949年移居美国,进入哈佛大学,然后又进入麻省理工学院学习。他在美国工作了近30年,在德州仪器公司(Texas Instruments Inc., TXN)度过了他职业生涯的大部分时间。

台积电成立时,像英特尔和德州仪器这样的巨头都以设计、品牌化和制造自己的芯片为荣。Advanced Micro Devices Inc. (AMD)的创始人W.J. “Jerry” Sanders III曾有过一个著名的说法:“真男人就是要拥有晶圆厂”。

在台湾政府提供了大约一半的初始资金的情况下,台积电通过将自己定位为“半导体行业中的瑞士”而获得了动力。英伟达和高通公司等公司发现,与台积电合作可以让它们更专注于设计,无需自己费力经营工厂,也不必担心为了生产而把知识产权交给竞争对手。AMD出售了其晶圆厂,成为台积电最大的客户之一,其他主要厂商也是如此,最后先进芯片制造商只剩下几家。

台积电获得的每一个新客户都为该公司增加了专项资金,让该公司可以大举投资制造能力。 哈佛商学院教授、英特尔董事会前成员David Yoffie表示:“这种模式在达到非常大的规模后,才显示出其力量。一旦这方面发生改变,游戏的玩法也就变了。”

台积电加倍投入研发,即便在球金融危机期间也没有停下脚步。在其他公司缩减开支时,2009年张忠谋将台积电的资本支出提高了42%,达到27亿美元,及时提高了生产能力,迎接智能手机繁荣期的到来。

2013年出现了一个关键时刻,当时台积电开始为苹果公司大规模生产手机芯片,现在苹果成为了台积电最大的客户。在此之前,拥有自己智能手机的三星一直是iPhone微处理器的独家供应商。

为了完成苹果公司的第一笔订单,台积电投资90亿美元,由6,000名工人日以继夜地工作,用11个月的时间建造了一家晶圆厂,用时之短创下纪录。台积电现在是iPhone主要处理器的独家供应商。

据现任和前任员工称,2014年台积电试图开发尖端芯片时,该公司重组了研发团队,由400名工程师三班倒,24小时不间断研发。一些员工将该计划称为“爆肝”计划,因为他们觉得熬夜伤肝。

台积电还在极紫外光刻技术(EUV)上押下了重金。这种技术利用一种新型激光将电路蚀刻成比以前更薄的微处理器,使芯片能够以更快的速度运行。

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2020年拉斯维加斯CES上展出的一枚英特尔Tiger Lake芯片。图片来源:STEVE MARCUS/REUTERS

英特尔是EUV最大的早期投资者,2012年曾承诺投资超过40亿美元。但英特尔在采用该技术方面比其主要竞争对手要慢,而且对该技术是否可行持怀疑态度。最终,英特尔认为改进现有的光刻处理方法是更可靠的选择。

台积电与阿斯麦(ASML Holding NV)合作,并取得了领先地位。艾司摩尔是目前唯一一家能够生产极紫外光刻技术蚀刻芯片设备的公司。这家荷兰公司的首席执行官Peter Wennink说,大约五年前,在张忠谋的台湾办公室,只是喝茶时进行了短暂的交谈,张忠谋就让台积电全力以赴投入到他们的合作中。张忠谋已于2018年退休。

在EUV技术的加持下,台积电与三星电子成为全球仅有的两家能够制造最先进芯片的公司。这种芯片刻有迄今为止最小的晶体管,用于全球顶级智能手机。

在新任CEO基辛格(Pat Gelsinger)的带领下,英特尔正向EUV技术加速转型。

在地缘政治的夹缝中生存

随着市场主导地位的增强,台积电越来越难以保持其行业中立角色,尤其是在该公司两个关键市场美国和中国之间的紧张关系加剧之时。

美国加大对中国的施压,台积电也只能于去年暂停了曾经的第一大中国客户华为(Huawei Technologies Co.)的订单,并承诺在亚利桑那州建造一座120亿美元的工厂。据两位知情人士称,川普政府承诺协助提供30亿美元激励措施,但到目前为止这些资金仍没有到位。

台积电在亚利桑那州设厂虽然有助于增加美国本土芯片产量,但不会让美国一跃站上技术前沿。该工厂预计到2024年投产,将生产5纳米工艺芯片。而到那个时候预计最前沿的工艺为3纳米制程,将由台积电在台湾生产。

知情人士透露,汽车制造商坚持要求台积电优先考虑其微控制器订单,台积电私下对这种施压并不非常满意。去年随着新冠疫情暴发,汽车制造商削减了订单。之后需求迅速反弹,但台积电已经将产能部署到其他产品上。

分析师们表示,台积电没有什么动力重新分配产能。汽车芯片利润相对较低,而且只占该公司收入的4%左右。

去年年底,随着芯片短缺加剧,德国汽车制造商开始安排工人无薪休假并削减产量,他们游说德国政府向台湾施压。德国经济部长阿尔特迈尔(Peter Altmaier)曾致信台湾官员,敦促他们确保台积电扩大供应,并警告称芯片短缺可能会破坏全球经济复苏。

阿尔特迈尔最近在柏林的一次外国记者会上表示,商谈仍在继续,但未透露相关细节。

今年5月,高端汽车制造商奥迪公司(Audi)旗下两家工厂几款畅销车型停产,约10,000名工人因此无薪休假。

弗吉尼亚州汽车经销商Audi Tysons Corner的奥迪品牌专家Dimitris Dotis向客户总结了这种情况。他写道,包括奥迪在内,所有新车型中搭载的几乎所有微芯片都来自台湾的台积电,预计供应链瓶颈将持续到2022年底。

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