Intel może nie być najbardziej oczywistym miejscem do rozpoczęcia, jeśli chodzi o sankcje na chińskie chipy ogłoszone przez administrację Bidena trzy tygodnie temu (zakaz omówiłem w Daily Update tutaj i tutaj ); firma niedawno sprzedała swoją fabrykę 3DNAND w Dalian i utrzymuje tylko dwa zakłady testowe i montażowe w Chengdu. Jasne, jest pewien punkt widzenia na przyszłość Intela jako odlewni i jego znaczenie w pomaganiu Stanom Zjednoczonym w dogonieniu najbardziej zaawansowanych procesów obecnie zdominowanych przez tajwańską TSMC, ale jeśli chodzi o badanie implikacji i ryzyka tych sankcji, jestem znacznie bardziej interesuje się przeszłością Intela.

Zacznij jednak od teraźniejszości: dwa tygodnie temu dyrektor generalny Intela, Pat Gelsinger, ogłosił restrukturyzację firmy, której celem jest zwiększenie dystansu między zespołami projektowymi i produkcyjnymi. Z Wall Street Journal :

Firma Intel planuje wprowadzić większą separację procesów decyzyjnych między projektantami układów scalonych a fabrykami produkującymi układy scalone w ramach starania dyrektora naczelnego Pata Gelsingera o reorganizację firmy i zwiększenie zysków. Nowa struktura, którą pan Gelsinger ujawnił we wtorkowym liście do pracowników, ma pozwolić sieci fabryk Intela działać jak kontraktowa produkcja chipów, przyjmując zamówienia zarówno od inżynierów Intela, jak i zewnętrznych firm produkujących chipy na równych prawach. Intel historycznie wykorzystywał swoje fabryki prawie wyłącznie do produkcji własnych układów scalonych, co Gelsinger zmienił, gdy w zeszłym roku uruchomił oddział zajmujący się produkcją kontraktowych układów scalonych.

W 2018 roku pisałem o firmie Intel i niebezpieczeństwie integracji :

Być może prościej jest powiedzieć, że Intel, podobnie jak Microsoft, został zakłócony. Zintegrowany model firmy przez lata przynosił niewiarygodne marże i za każdym razem, gdy pojawiała się możliwość zmiany podejścia, kierownictwo Intela decydowało się na utrzymanie tych marż. W rzeczywistości Intel postępował zgodnie ze scenariuszem przełomu nawet bardziej niż Microsoft: podczas gdy upadek komputerów osobistych ostatecznie doprowadził do końca systemu Windows , Intel spędził kilka ostatnich lat na zwiększaniu swoich zysków, koncentrując się coraz bardziej na zaawansowanych koniec, sprzedając procesory Xeon dostawcom chmury. Takie podejście było z pewnością dobre dla kwartalnych zysków, ale oznaczało, że firma tylko pogłębiała dziurę, w której znajdowała się w zasadzie we wszystkim innym. A teraz, co jest najbardziej niepokojące, firma wydaje się być bliska utraty przewagi wydajnościowej nawet w aplikacjach z wyższej półki.

Ten artykuł dotyczył przede wszystkim polegania Intela na zintegrowanych procesorach o wysokiej marży i jego niechęci / niezdolności do zostania odlewnią obsługującą klientów zewnętrznych oraz tego, w jaki sposób smartfony zapewniły wolumen graczom modułowym, takim jak TSMC, aby zagrozić dominacji Intela w produkcji. Warto jednak zagłębić się w implikacje zintegrowanego podejścia Intela w stosunku do modułowego podejścia TSMC, ponieważ oferuje ono lekcje na długą drogę, przed którą stoją Chiny, jeśli chodzi o budowanie własnego przemysłu półprzewodników, podkreśla, dlaczego Stany Zjednoczone są podatne na półprzewodniki i wyjaśnia dlaczego ryzyko dla Tajwanu znacznie wzrosło.

Deprecjacja TSMC

Fabsy są niezwykle drogie w budowie, podczas gdy chipy są niezwykle tanie; ujmując to w kategoriach ekonomicznych, fabryki pociągają za sobą ogromne koszty stałe, podczas gdy chipy mają minimalne koszty krańcowe. Ta dynamika jest bardzo podobna do oprogramowania, dlatego kapitał podwyższonego ryzyka powstał, aby wspierać firmy produkujące chipy, takie jak Intel, a następnie płynnie przeszedł na wsparcie oprogramowania (Dolina Krzemowa, która jest dziś znana z oprogramowania, jest dosłownie nazwana materiałem używanym do produkcji chipów) .

Jednym ze sposobów zarządzania tymi kosztami jest zbudowanie fabryki raz, a następnie eksploatowanie jej tak długo, jak to możliwe. Na przykład Fab 2 firmy TSMC, jedyna w firmie wytwórnia płytek 150-milimetrowych, została zbudowana w 1990 roku i działa do dziś. Jest to jedna z siedmiu fabryk TSMC, które mają ponad 20 lat, wśród 26 łącznie firmy (kilka kolejnych jest w budowie, w tym ta w Arizonie ). Żetony w tych fabrykach nie sprzedają się za dużo, ale to w porządku, ponieważ fabryki są całkowicie zamortyzowane: prawie cały przychód to czysty zysk.

Może się to wydawać oczywistą strategią, ale jest bardzo zależna od ścieżki: TSMC było wyjątkowe właśnie dlatego, że nie zaprojektowało własnych chipów. Wyjaśniłem historię powstania firmy w Chips and Geopolitics :

Kilka lat później, w 1987 roku, Chang został zaproszony do domu na Tajwan i poproszony o sporządzenie biznesplanu dla nowej rządowej inicjatywy stworzenia przemysłu półprzewodnikowego. Chang wyjaśnił w wywiadzie dla Muzeum Historii Komputerów, że nie miał zbyt wiele do roboty:

Zatrzymałem się, aby spróbować zbadać, co mamy na Tajwanie. I mój wniosek był taki, że [mieliśmy] bardzo mało. Nie mieliśmy siły w dziedzinie badań i rozwoju, aw każdym razie bardzo mało. Nie mieliśmy siły w projektowaniu obwodów, projektowaniu produktów IC. Mieliśmy niewielką siłę w sprzedaży i marketingu i prawie nie mieliśmy siły w zakresie własności intelektualnej. Jedyną możliwą siłą Tajwanu, a nawet potencjalną, a nie oczywistą, była produkcja półprzewodników, produkcja płytek. A więc jaką firmę byś stworzył, aby dopasować się do tej siły i uniknąć wszystkich innych słabości? Odpowiedzią była odlewnia typu pure-play…

Wybierając tryb odlewania czystej gry, udało mi się wykorzystać być może jedyną siłę, jaką miał Tajwan, i udało mi się uniknąć wielu innych słabości. Teraz jednak pojawił się jeden problem z modelem odlewni opartym na czystej zabawie i mógł to być problem fatalny, a mianowicie: „Gdzie jest rynek?”

Stało się dokładnie to, co Christensen opisał kilka lat później: TSMC stworzyło rynek, „umożliwiając niezależnym, niezintegrowanym organizacjom sprzedaż, kupno i montaż komponentów i podsystemów”. W szczególności Chang umożliwił projektantom chipów zakładanie własnych firm:

Kiedy pracowałem w TI i General Instrument, widziałem wielu projektantów układów scalonych [ układów scalonych ], którzy chcieli odejść i założyć własną firmę, ale jedyną lub największą rzeczą, która powstrzymywała ich przed odejściem z tych firm, było to, że nie mogli nie zebrać wystarczającej ilości pieniędzy, aby założyć własną firmę. Ponieważ w tamtym czasie uważano, że każda firma potrzebuje produkcji, potrzebuje produkcji płytek, a to była najbardziej kapitałochłonna część firmy półprzewodnikowej, firmy zajmującej się układami scalonymi. I widziałem tych wszystkich ludzi, którzy chcieli wyjechać, ale powstrzymywali ich brak możliwości zebrania dużych pieniędzy na budowę fabryki wafli. Pomyślałem więc, że może TSMC, odlewnia zajmująca się wyłącznie zabawą, może temu zaradzić. I dzięki temu, że będziemy w stanie temu zaradzić, ci projektanci z powodzeniem założą własne firmy, staną się naszymi klientami i będą stanowić dla nas stabilny i rosnący rynek.

Zadziałało. Procesory graficzne były wczesnym przykładem: Nvidia została założona w 1993 roku z zaledwie 20 milionami dolarów i nigdy nie posiadała własnej fabryki. 1 Qualcomm, po stracie milionów na produkcji swoich najwcześniejszych projektów, w 2001 roku wydzielił jednostkę produkującą chipy, aby skoncentrować się na projektowaniu, a Apple zaczął budować własne chipy bez fabryki dziesięć lat później. Obecnie są tysiące projektantów układów scalonych we wszelkiego rodzaju niszach, tworzących wyspecjalizowane układy scalone do wszystkiego, od urządzeń po myśliwce, i żaden z nich nie ma własnej fabryki.

Tworząc ten nowy rynek, TSMC zdobyło ogromną bazę klientów; co więcej, większość z tych klientów nie potrzebowała najnowocześniejszych chipów, ale raczej tego samego chipa, z którym zaczynali, dopóki wytwarzali produkt, w który ten chip się wpasował. To z kolei oznaczało, że wszystkie te stare odlewnie miały bazę klientów, umożliwiając TSMC zarabianie na nich długo po tym, jak zostały spłacone.

Marże Intela

Ścieżka Intela poprzedzała jednak TSMC, co oznacza oczywiście , że Intel zarówno projektował, jak i produkował własne chipy („prawdziwi mężczyźni mają faby”, jak to kiedyś ujął założyciel AMD, Jerry Sanders); Innymi słowy, jedynym powodem, dla którego Chang postrzegał rynek jako producenta, było to, że każda firma, która przystąpiła do TSMC, robiła jedno i drugie z konieczności, ponieważ firma taka jak TSMC nie istniała.

I warto zauważyć, że nie było powodu, dla którego istniałby TSMC: chipy Intela, przez dwie dekady, które istniały przed TSMC, nigdy nie były wystarczająco dobre: każda generacja skutkowałaby tak ogromnymi skokami wydajności, których po prostu by nie zrobiła sens utrzymywania starych linii montażowych. Mimo to te rzeczy były drogie, w czym pomogła integracja.

To był inny sposób zarządzania kosztami najnowocześniejszych fabryk: ponieważ Intel był w czołówce, pobierał ogromne premie za swoje chipy (a tym samym miał najwyższe marże w branży, o których wspomniałem wcześniej). Na początku, gdy fabryki były tańsze, Intel chętnie sprzedawał swój stary sprzęt i zarabiał kilka dodatkowych dolarów na zapleczu. Jednak w ciągu ostatniej dekady, gdy sprzęt stawał się coraz droższy, a kierownictwo Intela zaczęło bardziej troszczyć się o finanse niż o inżynierię, ponowne wykorzystanie sprzętu w jak największym stopniu stało się priorytetem. Zauważyłem, że nie było to łatwe: Intel trzymał się (stosunkowo) przestarzałego sprzętu nie tylko w jednej fabryce, ale także w fabrykach, które zbudował na całym świecie.

W tym miejscu punkt integracji był krytyczny: ponieważ Intel zarówno projektował, jak i produkował swoje układy scalone, ten drugi mógł decydować o tym pierwszym; układy scalone musiały być zaprojektowane tak, aby współpracowały z produkcją Intela, a nie na odwrót, i dotyczyło to nie tylko samych projektów, ale wszystkich narzędzi, które do nich weszły. Na przykład Intel używał własnego oprogramowania do projektowania układów scalonych i faworyzował dostawców, którzy robili to, co im kazał Intel, a następnie przekazywali sprzęt Intelowi, aby zrobił z nim to, co uznali za stosowne. Intel miałby wtedy wszystko do pracy w jednej fabryce i kopiowałby dokładnie! ten wspaniały w innym miejscu: wszystko było identyczne, aż do położenia toalet w łazienkach.

Jak zauważyłem we wniosku Intel and the Danger of Integration , strategia Intela działała fenomenalnie dobrze, aż do momentu, gdy:

To, co sprawia, że zakłócenia są tak niszczycielskie, to fakt, że w przypadku braku kryzysu ich uniknięcie jest prawie niemożliwe. Menedżerom płaci się za wykorzystywanie ich zalet, a nie ich niszczenie; zwiększać marże, a nie je zacierać. W szerszym ujęciu kultura jest największym atutem organizacji, dopóki nie stanie się przekleństwem . Żądanie, aby Intel przeprosił za swój zintegrowany model, jest satysfakcjonujące w 2018 roku, ale zbyt lekceważące w stosunku do poprzedzających go 35 lat sukcesów i zysków. Tak to idzie.

I tak właśnie jest — a raczej poprawna koniugacja to czas przeszły: tak też było z przewagą produkcyjną Intela.

Powstanie ASML

Wspomniałem wcześniej o Fab 2 TSMC i jego 150-milimetrowych waflach; to jest technologia z lat 80-tych. Lata 90. przyniosły 200-milimetrowe wafle (które są używane w siedmiu fabrykach TSMC). Dopiero przejście do dzisiejszych 300-milimetrowych fabryk na początku 2000 roku oznaczało rozwój ASML.

Partnerem Intela w dziedzinie litografii — wykorzystania światła do rysowania tranzystorów na płytkach — był Nikon, a podejście firmy Nikon do płytek 300-milimetrowych polegało na zwiększeniu skali procesu 200-milimetrowego. Podejście to miało jednak wadę: ponieważ płytki były większe, musiały poruszać się wolniej (większa masa oznacza większą siłę, chyba że przyspieszenie zostanie zmniejszone). Jednak w przypadku Intela było to w porządku: byli ich jedynymi klientami, a ich marże były wystarczająco wysokie, aby poradzić sobie ze spadkiem przepustowości (w rzeczywistości Intel był dobrze znany z uruchamiania swoich maszyn znacznie poniżej wydajności).

Niższa prędkość nie była w porządku dla TSMC i Samsunga, drugiego obiecującego gracza w kosmosie: jak każdy pretendent, działali na znacznie niższych marżach i nie chcieli spadku przepustowości – cała istota większych płytek było zwiększenie liczby chipów, które można było wyprodukować, a nie oddanie tego zysku przez wolniejsze uruchamianie wszystkiego. Firma ASML dostrzegła okazję i zaprojektowała całkowicie nowy proces wokół 300-milimetrowych płytek, tworząc technologię podwójnego etapu płytek , która wyrównywała i mapowała jedną płytkę, podczas gdy druga była odsłonięta.

TSMC i ASML były już blisko, po części dlatego, że oba były częścią drzewa genealogicznego Philipsa (Philips był jedynym zewnętrznym inwestorem w TSMC, który licencjonował technologię Philipsa na start, a ASML było wspólnym przedsięwzięciem Philipsa i ASMI). Co ważniejsze, oba zostały zignorowane przez dominujących graczy w branży: wielcy producenci układów scalonych, od Intela przez Motorolę po Texas Instruments, byli porównywani z Nikonem i Canonem; pierwsi nie chcieli sprzętu od nowego wejścia, a drudzy nie mieli możliwości odlewni, która nie tylko pracowała na niskich marżach, ale także w ramach świadomości kosztów chciała nauczyć się samodzielnego serwisu maszyn (japońskie firmy wolały dostarczać czarne skrzynki, które obsługiwaliby ich własni technicy).

Jednak 300-nanometrowy proces ASML wymagał przeróbki również po stronie fabrycznej. Teraz TSMC i ASML nie byli po prostu sklejeni jak dwójka dzieciaków wybrana jako ostatnia podczas przerwy: byli głęboko uwikłani w proces pracy nad błędami nowego procesu, projektowania nowych fabryk, które go wspierają, i maksymalizowania wydajności, gdy wszystko działa. Ten wzrost produkcji miał jeszcze jeden efekt uboczny: TSMC zaczęło zarabiać nieco więcej pieniędzy, które zaczęło przeznaczać na własne badania i rozwój. To właśnie TSMC popchnęło ASML w kierunku litografii immersyjnej, w której przestrzeń między soczewką a płytką wypełniona była cieczą o wyższym współczynniku załamania światła niż powietrze. Nikon w końcu byłby zmuszony odpowiedzieć własnymi maszynami litograficznymi, ale nigdy nie były one tak dobre jak ASML, co oznaczało, że nawet Intel musiał przyjść jako klient.

W międzyczasie ASML od lat pracowało nad prawdziwym strzałem w księżyc: litografią w ekstremalnym ultrafiolecie. Oto opis procesu Brookings Institution :

Generator wyrzuca 50 000 maleńkich kropelek stopionej cyny na sekundę. Laser o dużej mocy wystrzeliwuje dwukrotnie każdą kroplę. Pierwszy kształtuje maleńką puszkę, aby drugi mógł ją odparować w plazmę. Plazma emituje ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe (EUV), które jest skupiane w wiązkę i odbijane przez szereg luster. Lustra są tak gładkie, że po powiększeniu do rozmiarów Niemiec nie miałyby wybrzuszenia większego niż milimetr. Wreszcie wiązka EUV uderza w płytkę krzemową — samo w sobie cud materiałoznawstwa — z precyzją równoważną wystrzeleniu strzały z Ziemi w celu trafienia jabłka umieszczonego na Księżycu. Pozwala to maszynie EUV na wciągnięcie tranzystorów do płytki z cechami mierzącymi zaledwie pięć nanometrów – mniej więcej tyle, ile paznokieć rośnie w ciągu pięciu sekund. Ten wafel z miliardami lub bilionami tranzystorów jest ostatecznie przetwarzany na chipy komputerowe.

Maszyna EUV składa się z ponad 100 000 części, kosztuje około 120 milionów dolarów i jest wysyłana w 40 kontenerach towarowych. Na Ziemi jest ich zaledwie kilkadziesiąt, a zamówienia na więcej są zaległe od mniej więcej dwóch lat. Może wydawać się nieintuicyjne, że popyt na narzędzie o wartości 120 milionów dolarów znacznie przewyższa podaż, ale tylko jedna firma może je wyprodukować. To holenderska firma ASML, która produkuje prawie wyłącznie maszyny litograficzne do produkcji chipów.

Ale to nie tylko ASML: to lustro jest produkowane przez firmę Zeiss, a laser przez TRUMPF przy użyciu źródeł dwutlenku węgla, których pionierem była firma Access Laser (amerykańska firma przejęta później przez TRUMPF ). Są to dwaj najważniejsi spośród ponad 800 dostawców EUV, ale równie ważni są użytkownicy końcowi.

Kiedy TSMC wyprzedziło Intela

W 2012 roku Intel, TSMC i Samsung zainwestowali w ASML, aby pomóc firmie zakończyć projekt EUV, który rozpoczął się 11 lat wcześniej: pojawiły się bardzo realne pytania o to, czy ASML kiedykolwiek zostanie wysłany, czy umrze próbując, podczas gdy było jasne, że litografia immersyjna sięgała granic możliwości. Kwoty inwestycji są interesujące z perspektywy czasu:

Firma Intel TSMC SAMSUNG
Inwestycja w akcje 15% za 3,1 miliarda dolarów 5% za 1,03 miliarda dolarów 3% za 630 milionów dolarów
Inwestycje w badania i rozwój 1 miliard dolarów 345 milionów dolarów 345 milionów dolarów

Intel, mimo że zainwestował najwięcej (i wniósł duży wkład w podstawową technologię), był przekonany, że może pozostać przy litografii zanurzeniowej, przechodząc najpierw na układy 10-nanometrowe, a następnie 7-nanometrowe. Tak, to były strasznie małe linie jak na źródło światła o szerokości 193 nanometrów, ale nie było jasne, czy wydajność EUV będzie wystarczająco wysoka, a poza tym Intel miał dużo sprzętu litograficznego, który, gdyby był używany przez jedno lub dwa pokolenia więcej, dałby bardzo duże marginesy. To było dla Intela bardziej priorytetowe niż przywództwo technologiczne, nawet jeśli dekady wspomnianego przywództwa stworzyły arogancję, by wierzyć, że Intel może użyć poczwórnego wzorca — tj. zrobić cztery ekspozycje na jednej płytce — do tworzenia coraz cieńszych linii.

Z drugiej strony TSMC miało trzy powody, by zaangażować się w EUV:

  • Po pierwsze, TSMC miał wieloletnią współpracę z ASML, która obejmowała dwie znaczące zmiany procesowe (do płytek 300-milimetrowych i litografii zanurzeniowej).
  • Po drugie, ponieważ TSMC była odlewnią, musiała produkować mniejsze partie o znacznie większej różnorodności; oznaczało to, że skomplikowane podejście oparte na wielu wzorach, które wymagało wielu przebiegów w celu poprawy plonów, nie miało sensu. Światło 13,5 nanometra EUV oferowało potencjał znacznie prostszych projektów, które pasują do modelu biznesowego TSMC.
  • Po trzecie, Apple było skłonne zapłacić, aby mieć najszybsze chipy na świecie, co oznaczało, że TSMC miało gwarantowanego pierwszego klienta z ogromną liczbą klientów, ilekroć mogło uruchomić EUV.

Ostatecznie TSMC zaczęło używać EUV dla warstw niekrytycznych przy 7 nanometrach, a dla warstw krytycznych przy 5 nanometrach (w 2020 r.); W międzyczasie Intel przez lata nie dostarczał 10-nanometrowych chipów (które są bliższe 7-nanometrowym chipom TSMC) i musiał całkowicie przerobić swój 7-nanometrowy proces, aby uwzględnić EUV. Chipy te rozpoczną masową produkcję dopiero tej jesieni – w tym samym okresie, w którym TSMC dostarcza nowe chipy 3 nanometrów. Nawiasem mówiąc, Intel jest klientem procesu 3 nm TSMC : wydajność firmy była zbyt daleko w tyle za AMD, które porzuciło własne fabryki w 2009 roku i od pięciu lat korzysta z ulepszeń TSMC (wraz z własnymi nowymi projektami) .

Zintegrowana Ścieżka Chin

Dopiero teraz, po 3500 słowach, zwracam się do Chin i drogi tego kraju do budowy zaawansowanych układów scalonych, do których Stany Zjednoczone właśnie odcięły dostęp. O to jednak chodzi: droga przemysłu chipowego do dnia dzisiejszego jest drogą Chin do przyszłości.

To zniechęcające wyzwanie: nie chodzi tylko o to, że Chiny muszą odtworzyć TSMC, ale także ASML, Lam Research, Applied Materials, Tokyo Electronic i wszystkie inne elementy łańcucha dostaw odlewni. Aby przejść o jedną warstwę głębiej, Chiny muszą nie tylko odtworzyć ASML, ale także Zeissa, TRUMPF i Access Laser oraz wszystkie inne elementy globalnego łańcucha dostaw, z których większość nie znajduje się w Chinach. . Zdolności produkcyjne Chin koncentrują się na komponentach tradycyjnie zorientowanych na siłę roboczą; chociaż chińska siła robocza jest teraz znacznie droższa niż kiedyś, a automatyzacja znacznie bardziej powszechna, zależność od ścieżki ma znaczenie, a możliwości Chin są ogromne, ale pod pewnymi względami ograniczone.

Globalizacja uczyniła wszystkie te chińskie fabryki niezwykle cennymi, ponieważ świat był chińskim rynkiem. Jednocześnie globalizacja oznaczała również, że Chiny mogły kupować za granicą wysoce precyzyjne i kapitałochłonne towary: nie musiały ich same budować, aby natychmiast uzyskać korzyści. Z tego samego powodu kapitałochłonne towary o wysokiej precyzji są dokładnie tym, w co inwestowały kraje zachodnie, takie jak Stany Zjednoczone, Niemcy, Holandia, Japonia i Tajwan, po części dlatego, że nie mogły konkurować z Chinami pod względem siły roboczej. Innymi słowy, zasady przewagi komparatywnej rządziły nieskończoną liczbą decyzji dotyczących marginesów, które doprowadziły rząd USA do możliwości nałożenia tych sankcji na Chiny; realia produkcji półprzewodników, gdzie każda zmiana paradygmatu kosztuje ogromne pieniądze, lata prac badawczo-rozwojowych oraz gotowość partnerów do pójścia razem z tobą, to kolejny przejaw przewagi komparatywnej: po prostu najbardziej sensowne jest, aby jedna firma zajmuje się litografią, a drugi prowadzi świat w fabrykacji.

Innymi słowy, Chiny będą musiały zbudować te zdolności od podstaw, a będzie to długa i trudna droga. Co więcej, Chiny nie odniosą korzyści z partnerstwa i rozproszonej wiedzy, które napędzały innowacje w ostatniej dekadzie: pod pewnymi względami Chiny będą musiały być Intelem, robiąc zbyt wiele samodzielnie.

To powiedziawszy, kraj ten ma trzy duże zalety:

  • Po pierwsze, o wiele łatwiej jest podążać ścieżką niż wykuwać nową. Chiny mogą nie być w stanie wyprodukować maszyn EUV, ale przynajmniej wiedzą, że można je wyprodukować.
  • Po drugie, Chiny odniosły korzyści z całego dotychczasowego udostępniania technologii: Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) z powodzeniem wyprodukowała chipy 7 nm (przy użyciu maszyn do litografii zanurzeniowej ASML), a firma Shanghai Micro Electronics Equipment (SMEE) zbudowała własne maszyny do litografii zanurzeniowej . To prawda, że te chipy 7 nm prawie na pewno miały słabą wydajność, a sztuczka polega na tym, że SMIC używa SMEE na krawędzi tnącej, ale to prowadzi do trzeciego punktu:
  • Chiny mają nieograniczone pieniądze i nieskończoną motywację, aby to rozgryźć.

Pieniądze nie są panaceum: nie możesz po prostu wydać swojej drogi na szybsze żetony, ale zamiast tego musisz przejść krzywą uczenia się zarówno na poziomie odlewni, jak i sprzętu. Pieniądze jednak płacą za procesy, które nie dają wielkich wydajności: na przykład problem Intela przy 7 nanometrach nie polegał na tym, że nie mogli wytwarzać chipów, ale na tym, że nie byli w stanie uzyskać wystarczająco wysokich wydajności, aby ich ekonomicznie. To nie będzie problemem dla Chin, jeśli chodzi o chipy do zastosowań wojskowych.

Bardziej znaczące będzie jednak dostosowanie chińskiego sektora prywatnego do chińskich firm chipowych: TSMC nie tylko potrzebował ASML, potrzebował także Apple, AMD i Nvidia, użytkowników końcowych, którzy byli gotowi zapłacić za wydajność, a także pracować głęboko z TSMC, aby dowiedzieć się, generacja po generacji szybszych chipów. Tencent, Alibaba i Baidu dołączą teraz do Huawei, będąc najbardziej wymagającymi klientami chińskiego przemysłu chipowego, w najlepszym możliwym tego słowa znaczeniu.

Chińska krawędź spływu

Jest jeszcze jedna zaleta Chin: pamiętasz te wszystkie stare fabryki, w których TSMC wciąż działa? Okazuje się, że w miarę jak coraz więcej produktów zawiera mikroprocesory, zapotrzebowanie na chipy typu „tailing edge” gwałtownie rośnie. Najwyraźniej było to widoczne podczas pandemii, kiedy amerykańscy producenci samochodów, którzy głupio anulowali zamówienia na chipy, gdy wybuchła pandemia , nagle znaleźli się na końcu kolejki, gdy popyt na podstawowe chipy gwałtownie wzrósł.

W końcu to Chiny miały dużo luzu: zaangażowanie firmy w budowanie własnego przemysłu półprzewodnikowego nie jest nowe (po prostu znacznie pilniejsze), a częścią procesu kroczenia ścieżką, którą opisałem powyżej, jest budowanie bardziej podstawowe chipy wykorzystujące starsze technologie. Udział Chin w chipach >45 nanometrów wyniósł 23% w 2019 r. i prawdopodobnie ponad 35% obecnie; jego udział chipów 28-45 nanometrów wynosił 19% w 2019 r. i prawdopodobnie zbliża się do 30% obecnie. Co więcej, te chipy nadal stanowią większość wolumenu dla całej branży: kiedy widzisz takie wykresy , które mierzą udział w rynku według przychodów, pamiętaj, że Chiny osiągnęły 9% udziału w rynku dzięki tanim chipom:

Rosnący udział Chin w chipsach pod względem przychodów

Sankcje nałożone przez administrację Bidena mają na celu nie dotykać tej części przemysłu: ograniczenia dotyczą fabryk z najwyższej półki oraz sprzętu i ludzi, którzy do nich wchodzą, a nie fabryk na krawędzi spływu, które stanowią większość tego wolumenu. Jest ku temu dobry powód: te fabryki na krawędzi spływu nadal używają wielu urządzeń amerykańskich; w przypadku większości producentów sprzętu Chiny odpowiadają za około jedną trzecią ich przychodów. Oznacza to, że odcięcie fabryk krawędzi spływu miałoby dwa szkodliwe skutki dla Stanów Zjednoczonych: ogromna liczba produktów kupowanych przez konsumentów w USA zawahałaby się z powodu braku chipów, nawet jeśli te same firmy amerykańskie, które zbudowały przewagę, którą chce wykorzystać administracja, ich dochody (i przyszłe możliwości inwestowania w badania i rozwój) są ograniczone.

Warto jednak zauważyć, że stwarza to nowy rodzaj odpowiedzialności dla USA i potencjalnie większe zagrożenie dla Tajwanu.

Wróć do strategii Intela polegającej na sprzedaży i/lub ponownym wykorzystaniu swoich starych fabryk, co znowu miało sens, biorąc pod uwagę ścieżkę, którą Intel rozpoczął dziesiątki lat temu: oznacza to, że Intel, w przeciwieństwie do TSMC, nie ma żadnej przepustowości krawędzi spływu (poza tym, co nabył w transakcji Tower Semiconductor ). Global Foundries, inna odlewnia w USA, miała ten sam model co Intel, podczas gdy była produkcyjnym ramieniem AMD; Firma Global Foundries nabyła moce produkcyjne na krawędzi spływu wraz z przejęciem Chartered Semiconductor, ale istnieje powód, dla którego udział w rynku USA >45 nanometrów wynosił zaledwie 9% w 2019 r. % (i znowu prawdopodobnie niższy dzisiaj).

Ponownie, nie są to trudne chipy do wykonania, ale właśnie dlatego budowanie nowych odlewni krawędzi spływu w USA nie ma większego sensu: Tajwan już to zrobił (z największym udziałem w rynku w obu kategoriach), a Chiny mają motywację zbudować więcej, aby mógł się uczyć.

Co by jednak było, gdyby TSMC zostało zdjęte z planszy?

Duża część dyskusji na temat potencjalnej inwazji na Tajwan – która zniszczyłaby TSMC (odlewnie nie radzą sobie dobrze w wojnach) – koncentruje się wokół przewagi TSMC w czipach high-end. Ta przewaga jest rzeczywista, ale Intel, mimo wszystkich swoich zmagań, jest tylko 3-5 lat do tyłu. To znacząca różnica pod względem procesorów używanych w smartfonach, wysokowydajnych komputerach i sztucznej inteligencji, ale Stany Zjednoczone nadal są w grze. To, co byłoby znacznie trudniejsze do zastąpienia, to paradoksalnie układy typu trailing node, wykonane w fabrykach, które Intel już dawno porzucił.

W międzyczasie Chiny miały dobry powód, aby zatrzymać TSMC, nawet jeśli zbudowały własne fabryki spływu: kraj potrzebuje najnowocześniejszych chipów, a TSMC je produkuje. Jeśli jednak te żetony zostaną odcięte, jaki jest pożytek z TSMC w Chinach? Nawiasem mówiąc, nie jest to nowy problem; Napisałem po tym, jak USA nałożyły sankcje na Huawei :

Nie muszę dodawać, że nie zamierzam wchodzić w szczegóły stosunków między Chinami a Tajwanem (oraz Stanami Zjednoczonymi, które odgrywają znaczącą rolę); mniej chodzi o to, że rozsądni ludzie mogą się nie zgadzać, a bardziej o to, że oczekiwanie rozsądku jest prawdopodobnie naiwne. Wystarczy zauważyć, że jeśli Stany Zjednoczone i Chiny kiedykolwiek rzeczywiście pójdą na wojnę, to prawdopodobnie z powodu Tajwanu.

W szczególności w przypadku tego TSMC i ogólnie bazy produkcyjnej na Tajwanie są znaczącym czynnikiem odstraszającym: zarówno Chiny, jak i Stany Zjednoczone potrzebują dostępu do najlepszego producenta chipów na świecie, a także wielu innych precyzyjnych elementów globalnego łańcucha dostaw elektroniki. Oznacza to, że gorąca wojna, która prawie na pewno doprowadziłaby do zniszczenia tych zdolności, byłaby katastrofalna… jednym z zagrożeń związanych z odcięciem Chin od TSMC jest zmniejszenie odstraszającej wartości operacji TSMC.

Martwię się, że ten fragment nie poszedł wystarczająco daleko: im bardziej Chiny budują swoje możliwości chipowe – nawet jeśli dotyczy to tylko węzłowych węzłów – tym większa jest motywacja do uczynienia TSMC celem, a nie tylko do odmówienia USA jego zaawansowane możliwości, ale także podstawowe chipy, które są bardziej integralne z codziennym życiem, niż kiedykolwiek przypuszczaliśmy.

Chipsy MAD

Czy zatem zakaz żetonów jest właściwym posunięciem?

W perspektywie średnioterminowej skutki będą znaczące, w szczególności w odniesieniu do określonego celu tych sankcji – AI. Dopiero teraz możliwe staje się wytwarzanie inteligencji, a środki do tego są niezwykle wymagające procesorowo, zarówno pod względem jakości, jak i ilości. Co więcej, sztuczna inteligencja nie tylko ma duże znaczenie w zastosowaniach wojskowych, ale prawdopodobnie sama w sobie pobudzi innowacje, być może nawet w zakresie zastanawiania się, jak przesuwać granice projektowania chipów.

Tymczasem na dłuższą metę Stany Zjednoczone mogły zrezygnować z tego, co dzięki ogromnym kosztom i odległości krzywej uczenia się byłoby trwałą korzyścią ekonomiczną. Bez polityki po prostu nie ma powodu, aby konkurować z TSMC, ASML lub jakąkolwiek inną wyspecjalizowaną częścią łańcucha dostaw; po prostu łatwiej byłoby kupić zamiast budować. Teraz jednak można sobie wyobrazić przyszłość, w której Chiny będą konkurować z amerykańskimi firmami w zakresie chipów, tak jak kiedyś w bardziej pracochłonnych branżach, nawet gdy ich własne zdolności w zakresie sztucznej inteligencji nadrobią zaległości i, biorąc pod uwagę wykazaną przez Chiny chęć wykorzystania technologii w głęboko inwazyjnych sposobów, potencjalnie przewyższają Zachód swoimi obawami o prywatność i prawa własności.

Najważniejsze pytanie, które zadaję w tym artykule, dotyczy krótkiej perspektywie: chociaż spędziłem większość ostatnich dwóch lat, ostrzegając Amerykanów, którzy myśleli, że Tajwan to Tajlandia, aby nie przechodzili od 0 do 100 pod względem zagrożenia ze strony Chin, to posunięcie to w fakt znacznie podniósł mój poziom niepokoju. Ogólnie rzecz biorąc, nadal jestem sceptycznie nastawiony do konfliktu, w dużej mierze dzięki powiązaniom gospodarek Stanów Zjednoczonych i Chin: każdy konflikt oznaczałby obustronną destrukcję gospodarczą.

Chipsy jeszcze trzy tygodnie temu podlegały temu samemu paradygmatowi; Napisałem wcześniej w tym roku w Tech and War :

Ten punkt odnosi się do półprzewodników w szerokim zakresie: dopóki Chiny potrzebują amerykańskiej technologii lub produkcji TSMC, są silnie motywowane do niepodejmowania działań przeciwko Tajwanowi; kiedy i jeśli Chiny opracują własną technologię, czy to teraz, czy za wiele lat, to odstraszanie nie jest już czynnikiem. Innymi słowy, krótkoterminowe i długoterminowe są w opozycji do średnioterminowych…

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi i warto zauważyć, że historyczny wzorzec — tj. zimna wojna — polega na całkowitym oddzieleniu handlu od technologii. To jedna z możliwych ścieżek, w którą możemy wpaść domyślnie. Warto jednak pamiętać, że uliczne podziały nie są sposobem na życie i chociaż większość amerykańskich firm technologicznych wykorzystała swoje możliwości, najbardziej imponująca technologia jest na tyle atrakcyjna i niezastąpiona, że nadal może tworzyć zależności prowadzące do kłótni ale nie kolejna wojna.

Te zależności są zrywane; miejmy nadzieję, że wciąż znajdujemy wystarczający powód, aby nie iść dalej niż sprzeczki.


  1. Pierwsze chipy Nvidia zostały wyprodukowane przez SGS-Thomson Microelectronics, ale zostały wyprodukowane głównie przez TSMC z oryginalnego GeForce w dniu