Большой гигант с маленького острова. Почему TSMC рулит миром?
На северо-западном побережье небольшого острова Тайвань, сопоставимого по размерам с Брестской областью, находится одна из самых важных в мире компаний, о которой многие слышали лишь вскользь. Она является крупнейшим контрактным производителем полупроводниковых чипов (или интегральных схем, или просто чипов), благодаря которым работают наши телефоны, ноутбуки, автомобили, часы, холодильники и многое другое. Делая чипы для Apple, Intel, Qualcomm, AMD, Nvidia и многих других важных для современного технологического уклада компаний, эта фирма является геостратегической мигренью для крупнейших экономик мира и технологической жемчужиной Тайваня.
Рыночная капитализация TSMC оценивается в почти полтриллиона долларов, она контролирует половину рынка заказных чипов. И, что важнее, по оценкам некоторых экспертов, имеет еще более жесткий контроль над самыми передовыми процессорами — более чем 90% доли на рынке. Пандемия и дефицит чипов сделали из этой в основном анонимной сервисной компании центр глобальной борьбы за будущее технологий. Американцы называют ее продукцию критической, а правительства Японии и Южной Кореи по важности сравнивают с рисом.
Почему Тайвань?
Остров Тайвань от материкового Китая отделяет Тайваньский пролив. Между частично признанной Китайской республикой, под чьим контролем находится остров, и Китайской народной республикой, которая правит материковым Китаем, в разных местах по прямой всего 130—170 км соленой воды. Но в политике и идеологии расстояние между ними куда больше.
Оба этих государства делят общую историю, которая разошлась по итогам гражданской войны в середине прошлого века. Проигравшие бежали на Тайвань, победители остались на материке. С некоторыми особенностями, но и те, и другие смогли построить ведущие экономики мира, сохраняя при этом напряженные отношения друг с другом. Материковый коммунистический Китай получил мировое признание и по итогу занял место Тайваня в ООН, а тот в свою очередь, несмотря на крайне ограниченное дипломатическое признание, обзавелся многочисленными партнерами по всему миру.
Эти непростые и комплексные отношения оставим на откуп историкам и политикам. Минимально необходимого бэкграунда достаточно, чтобы оценить уникальность компании TSMC, ее удивительную историю становления и еще более поразительное положение в настоящем.
В период зарождения современной компьютерной индустрии такие пионеры, как Intel, разработали и построили чипы собственными силами. Но в 1980-х годах американским фирмам пришлось вступить в борьбу с японскими конкурентами.
Чтобы сохранять конкурентоспособность, многие передали производственные стороны своего бизнеса на аутсорсинг. А вместо этого сосредоточились на более прибыльных аспектах — в частности, на разработке и дизайне чипов. Производственные фабрики дорогие, наемная сила в Штатах недешевая, маржа низкая. С экономической точки зрения все было логично.
Этот тренд уловил Моррис Чан. Он родился в Китае, а во времена Второй мировой войны и последовавшего гражданского противостояния успел пожить в Гонконге, который тогда еще был британской колонией. Оттуда он перебрался в США, где поучился в Гарварде и получил степени бакалавра и магистра в области машиностроения в Массачусетском технологическом институте.
В 1958-м Чан устроился на работу в Texas Instruments. Именно в этом году в центральной исследовательской лаборатории компании сделали первую рабочую интегральную схему. Так что у Морриса были все шансы застать этот ключевой исторический момент, который заложил новое направление в компьютерной индустрии.
В Texas Instruments Чан провел 25 лет, дослужившись до позиции вице-президента группы, ответственной за мировой полупроводниковый бизнес компании. За это время он успел поработать над одним из первых контрактных проектов в этой сфере: производство одного из чипов было отдано на аутсорс американской IBM. К тому же Моррис был пионером в тактике первоначального ценообразования на чипы в убыток, ожидая, что получение ранней доли рынка позже увеличит масштаб до такой степени, что снижение затрат принесет прибыль.
Чем же в эти годы занимались на Тайване? Как и в большинстве южно-азиатских экономик, основным занятием для местных жителей было сельское хозяйство. Где-то с 1960-х начинается закладка фундамента будущего тайваньского чуда. Одного из четырех экономических чудес в Юго-Восточной Азии, которые больше известны как «азиатские тигры». Правительство приняло много новых законов, провело земельную реформу, на зарубежные кредиты начало индустриализацию, ослабило контроль за рынком и финансами, открылось зарубежным капиталам.
Краткая история экспансии:
В 1973 году в стране основали Научно-исследовательский институт промышленных технологий. Один из главных архитекторов тайваньского «экономического чуда» Сунь Юнь-суань во второй половине 1980-х захантил Морриса Чана на место председателя и президента этого института. Тот переехал на Тайвань и в 1987-м в сотрудничестве с правительством, технологическим гигантом Phillips и частными инвесторами основал TSMC. Это было время, когда западные фирмы все чаще видели ценность в аутсорсинге своих производственных мощностей в Азии.
В стране открывались технопарки, а местные компании становились важными поставщиками микроэлектроники, периферии, персональных компьютеров для всемирно известных брендов, таких как DEC или IBM. И TSMC не стала исключением. Эта компания была как тот парень в классе, который делает домашку для всех остальных.
Все началось с Fab 1 — первой лаборатории, которую превратили в фабрику по производству чипов. Компания TSMC арендовала ее у государства на протяжении 14 лет. На этой фабрике долгие годы выпускали 6- и 8-дюймовые кремниевые пластины с использованием техпроцесса 0,5 мкм (500 нм) или выше. Начинали вообще с двух микронов, но быстро сократили разрыв с современными на тот момент стандартами индустрии.
Для сравнения, сегодня самые продвинутые технологии позволяют «распаивать» транзисторы на кремниевых пластинах по техпроцессу 5 нм. Опять же для сравнения, большинство изученных сегодня вирусов имеют диаметр в пределах 20—300 нм. Разница колоссальная с учетом того, что транзисторы делает человек, а не природа. Подробнее о процессах производства чипов в посте про ASML.
Компания быстро росла, открывая новую фабрику примерно каждые три года и внедряя новые технологии, такие как тестирование сортировки пластин, изготовление масок для литья, проектирование микросхем. К 1992 году TSMC признавалась ведущим контрактным производителем чипов.
Середина 1990-х — это настоящий бум в сфере персональных компьютеров. Компания TSMC строит третью фабрику, договаривается с AMD на выпуск ее процессоров, размещает акции на Тайваньской бирже и продолжает инвестировать деньги в технологии и новые мощности — миллиарды долларов в год.
Сложный гигант:
На сегодня TSMC — это 17 действующих фабрик по производству чипов. И этого все еще мало. Если на границе 2000-х компания вкладывала в развитие около миллиарда долларов в год, то в ближайшие три года собирается инвестировать $100 млрд. Дело в том, что фабрики, на которых делают чипы, экстремально дорогие. Они наполнены экстремально точными инструментами и передовыми технологиями, а потому и стоят бешеных денег — одна запросто потянет на $15 млрд.
В частности, так дорого обходятся чистые комнаты. Для того чтобы делать супермегамаленькие транзисторы на кремниевых пластинах, нельзя допустить попадания на эти пластины ни единой пылинки, так как гигантский объем работы просто пойдет насмарку.
А пыль повсюду: частички человеческой кожи и тканей, грязь с улицы и ботинок. Именно поэтому на таких производствах сотрудники всегда одеты в защитные костюмы и маски. Не потому, что им нечто угрожает, а потому, что они сами являются опасностью для технологических процессов и могут неосознанно стать причиной брака на производстве. С этим справляются специальные костюмы и система шлюзов для очистки сотрудников от всяческой пыли, которую они принесли на себе с улицы.
Но этого, конечно, недостаточно. Чтобы снизить количество частиц пыли в воздухе до минимально возможного в теории уровня, строится сложнейшая система вентиляции и фильтрации воздуха. Все комнаты изолированы, а пол в самых дорогих и важных может быть перфорированным приемником воздуха. Естественно, и климатические нормы в таких комнатах строго стандартизированы: влажность и температура поддерживаются в рамках заданных значений, вибрация и даже электромагнитные поля находятся под строгим контролем.
Все эти комнаты, материалы, оборудование, экипировка, расходники делаются из специальных материалов, которые не генерируют пыль в опасных для производства масштабах. Именно поэтому нужна астрономическая сумма на создание одной такой фабрики, не говоря уже об оборудовании для непосредственного производства чипов.
Последняя новейшая фабрика TSMC — это чистые комнаты площадью с два десятка футбольных полей, с уровнем чистоты не больше 10 частиц на кубический метр воздуха, со специальными роботами под потолком, перевозящими материалы, и уникальными машинами фотолитографии.
TSMC — фаворит в гонке по уменьшению техпроцесса. Компания способна выпускать чипы с невероятной плотностью транзисторов. Только Samsung еще кое-как конкурирует в этой сфере, но тайваньцы уже готовы обойти их на одно поколение. Упомянутая выше фабрика будет производить чипы по 3-нанометровому техпроцессу. Транзисторы будут еще меньше, производительность чипов станет выше, а их энергопотребление снова уменьшится. С этим техпроцессом TSMC оставит такого гиганта, как Intel, на два поколения позади.
Intel уже заметно отстает от своего конкурента:
Последние успехи тайваньцев многие связывают с одним важным клиентом — американской Apple. Когда-то чипы для смартфонов этой компании делала Samsung. Но из-за растущей конкуренции Apple решила сменить подрядчика — TSMC никогда не будет конкурировать со своим клиентом в сфере производства смартфонов.
Сейчас это крупнейшее сотрудничество: Apple резервирует за собой передовые мощности TSMC, а та переходит на все более совершенные техпроцессы, так как клиенту каждый год нужны еще более совершенные процессоры для смартфонов и ноутбуков.
Из-за этой гонки самые передовые технологии в процессоростроении сосредоточились на маленьком острове. Пандемия и дефицит чипов продемонстрировали, что весь технологический мир очень сильно от него зависим. А потому конкуренты у TSMC появляются в основном со стороны государств. Создать столь же масштабный и совершенный технологический бизнес одной компании уже не под силу.
В Европе собираются создать государственно-частный полупроводниковый альянс, чтобы к 2030 году захватить хотя бы 20% глобального рынка производства чипов. Южная Корея собирается вложить $450 млрд в развитие этой отрасли. Китай и США движутся в этом же направлении. Но быстрого успеха никому достичь не удастся: закачка денег в столь комплексное и сложное производство не гарантирует победы.
Взято отсюда
Спасибо за внимание!
P.S. Вы найдете еще много интересных постов у меня в профиле о науке, истории и географии.
UPD. Сделал пост про ASML:
Эта компания делает машины, которые делают процессоры. Без нее невозможно будущее