Произведено в странах Балтийского моря Тайвань . Мы устали видеть эту фразу почти во всех продуктах, особенно в электронике, которые проходят через наши руки. Вероятно, это место, о котором вы услышите очень мало, или, возможно, вы перепутаете его с соседним Таиландом, и на самом деле есть люди, которые думают, что это часть Китая, но на самом деле оно имеет огромное значение и заключается в том, что настоящее и будущее инновации В мире они зависят от одного места, нравится нам это или нет: Тайваня.
Мы живем в век технологий, когда микросхемы и процессоры буквально присутствуют даже в холодильниках. И полупроводниковая промышленность, в которой производятся эти микросхемы, - это то, от чего зависят все инновации в этом отношении. Конечно, если мы поговорим с вами о TSMC, это имя, по крайней мере, звучит для вас знакомо, а если нет, оно начнет звучать правдоподобно, поскольку в этом отношении все зависят от TSMC и будут продолжать делать это по крайней мере в течение следующее десятилетие.
Мир хочет (и нуждается) в улучшенных полупроводниках
Полупроводники оказали и оказали значительное влияние на наше общество. Они повсюду и являются основной частью любого электрического объекта, от простого светодиода до шаттла, который может отправить человечество на Марс. Без них вы не смогли бы читать эту статью, мы не могли бы водить машины, и вы не могли бы позвонить своей семье по телефону. Они необходимы для создания любого электронного устройства, от телевизоров и компьютеров до медицинского оборудования, через все, что вы можете придумать.
Мы можем проиллюстрировать этот факт на вакцине от COVID-19, созданной менее чем за шесть месяцев с начала исследования до ее массового производства. Десять лет назад это было невозможно, поскольку видеоконференции теперь можно проводить для связи исследователей со всего мира, а вся индивидуальная работа каждой группы мгновенно становится доступной для всех остальных. Машинное обучение использовалось для секвенирования ДНК вируса, современные машины использовались для создания прототипов потенциальных новых вакцин, с тысячами добровольцев немедленно связались для тестирования вакцин, а затем были произведены миллионы доз в больших масштабах. , и все это за шесть месяцев. Этот процесс длился бы лет десять назад.
Выполнение этих мелочей может показаться простым, но сделать их лучше, эффективнее и меньше - это настоящая проблема. Без прогресса, которого добилась полупроводниковая промышленность, мы не были бы там, где находится мир сегодня, и даже если программное обеспечение или более крупное оборудование является последним средством, полупроводники сделают последнюю работу, чтобы заставить их работать. .
Таким образом, очевидно, что в будущем нам понадобятся более качественные полупроводники. Мы хотим, чтобы электронные устройства потребляли меньше электроэнергии, чтобы спасти планету, мы хотим, чтобы чистая энергия заменяла ископаемую энергию, мы хотим неограниченное время автономной работы для нашего смартфона или ноутбука, мы хотим меньшую камеру, но с более высоким разрешением, и, конечно, мы хотим лучшего компьютеры для запуска ИИ, мы хотим путешествовать в космос, мы хотим… все. Больше, лучше и быстрее.
TSMC и Тайвань необходимы и жизненно важны для прогресса
Чтобы понять, почему TSMC и ее однофамильцы так важны, мы должны сначала понять цепочку поставок любого электронного устройства, используемого конечным пользователем.
Исторически сложилось так, что все проданное электронное оборудование проходит через небольшое бизнес-подразделение, которое производит интегральные схемы (ИС или микросхемы). На их создание нужно время и деньги, и все же эти компании не хотели тратить время на производство этих чипов, поэтому они обращаются к крупным компаниям, таким как Texas Instruments или Samsung чтобы помочь им в этом. Но у них не обязательно есть способность или желание делать фишки для соревнований, и в таком случае они часто просят много денег, чтобы сделать их.
Именно тогда мы начинаем видеть рождение компании, специализирующейся только на полупроводниках, такой как TSMC, которая занимается исключительно их проектированием и производством. Некоторые из этих компаний только разрабатывают их, и они известны как компании Fabless (без заводов), которым нужно только делать заказы производителям, говоря то, что они хотят. TSMC немного отличается в том, что они производят только эти чипы, но это другая компания, которая должна предоставить им желаемый дизайн, и это известно под термином «Pure Play Foundry».
Чтобы лучше представить себе и понять, кто есть кто в этой цепочке поставок, назовем участников:
- Конечный продукт компании: Amazon (облачные серверы), SONY (консоли), Apple (смартфоны), Tesla (автомобили) и т. Д.
- IDMS (которые разрабатывают, а иногда и производят чипы): Samsung, Intel и т. Д.
- Fabless (которые только проектируют чипы): NVIDIA, AMD, Qualcomm, Broadcom и т. Д.
- Pure Play Foundry (производит только чипы): TSMC, GlobalFoundries и т. Д.
Разработка микросхемы имеет свои особенности и стоимость, и на следующем рисунке вы можете увидеть, что только одна разработка может стоить более 500 миллионов долларов.
Как мы уже говорили, TSMC производит только микросхемы и избегает затрат на дизайн, поэтому производство должно быть простым, потому что оно соответствует только дизайну, верно? На самом деле, самая сложная часть - это возможность превратить конструкцию в материальный чип, и на самом деле сегодня это делают только две компании в мире: TSMC и Samsung.
Почему так сложно сделать микросхему?
Чтобы изготавливать микросхемы все меньшего и меньшего размера, TSMC использует чрезвычайно сложный процесс, называемый литографией в крайнем ультрафиолете или EUV. Машина, которая обеспечивает этот процесс литографии, предоставлена компанией под названием ASML, и то, что делает эта машина, по сути, является новым способом получения света. Процесс включает в себя капание расплавленного олова в камеру и попадание в нее лазера для создания светящегося света / плазмы, которая может проходить через серию зеркал и масок к пластинам, на которых изготавливаются чипы, и это происходит примерно 50,000 XNUMX раз в минуту.
Некоторые согласны с тем, что эта машина может быть, вероятно, самой сложной из когда-либо созданных человечеством, даже более сложной, чем отправить человека на Луну. Один только этот тип машины стоит около 120 миллионов долларов, весит 180 тонн и размером с двухэтажный автобус. Любопытен тот факт, что ASML нуждается в колоссальных 5,000 поставщиков, чтобы произвести хотя бы одну из этих машин.
Кто-то из вас подумает, что было бы недостаточно купить машину у ASML, чтобы каждый мог делать свои собственные чипы? На самом деле это так просто, поскольку для производства чипов достаточно не только этого станка, но и другого оборудования, которое может пригодиться, и, фактически, станок выполняет только около 10% всего процесса. TSMC необходимо научиться управлять каждой единицей оборудования вместе, и каждая единица оборудования имеет свои особенности, неисправности и допуски. Необходимость связывать все оборудование вместе в крупносерийном производственном процессе уже сама по себе является проблемой.
Итог: ASML продает кастрюлю, а TSMC продает плиту в сборе. Готовить очень сложно, так как каждый на протяжении всей жизни специализируется на своих любимых блюдах, и трудно быть действительно хорошим. Для большего количества INRI вся работа выполняется не одним оператором, а целой армией людей, которые должны работать вместе. Кроме того, люди, которые делают поварские ножи, не обязательно хорошие повара, верно? Машины, которые создает ASML, - это просто инструмент для решения проблемы, а хороший молоток требует хорошего мастера, чтобы справиться с этим.
Минимизируйте сбои, исследуйте и развивайте
Получение как можно меньшего количества дефектов - самая большая проблема для любого производителя. Это, вероятно, основная цель производителей микросхем, и в чем TSMC выделяется среди остальных на своих тайваньских заводах. Процент чипов, которые работают правильно, называется доходностью; Если вы производите микросхемы, но более 60% неисправны, вы не будете очень прибыльными, и именно тогда вам придется искать причины сбоев, чтобы их устранить или уменьшить.
Производительность - вот почему производители тратят так много денег на исследования и разработки. Они всегда хотят получить максимально возможную производительность, иметь возможность масштабироваться до миллиардов микросхем, чтобы удовлетворить своих клиентов и получить более высокую прибыль. Каждый год клиенты TSMC просят чипы лучшего и меньшего размера (особенно Apple), и процесс их изготовления необходимо усовершенствовать, и им постоянно требуется новое оборудование для поддержки этих процессов. Только в 2019 году TSMC инвестировала более 3 миллиардов долларов в исследования и разработки. У какой еще компании есть бюджет для этого?
Вот почему мы часто говорим о «зрелых узлах», поскольку они находятся в эксплуатации долгое время, и опыт позволяет им исправлять ошибки, вкладывать средства в развитие и значительно улучшать производительность. Текущая монополия TSMC, вероятно, является результатом 40-летнего опыта в этой сфере.
Вывод: почему Тайвань будет доминировать во всех инновациях?
Всю эту статью мы говорили о TSMC, компании, штаб-квартира которой находится в Синьчжу, Тайвань, а в 2013 году в ней уже работало более 30,000 XNUMX сотрудников. Это очень капиталоемкая компания и одна из немногих, кто может позволить себе инвестировать миллиарды в разработку каждый год, поэтому неудивительно, что большинство компаний Fabless решают заказать TSMC для создания своих чипов, несмотря на то, что при смене узлы производительность обычно невысока, но в действительности инвестиции в исследования и разработки позволяют им быстро повысить производительность.
Прямо сейчас, и как мы объясняли в начале, практически все, что с нами происходит, связанное с разработкой и инновациями, связано с микросхемами и процессорами, микросхемами и процессорами, которые чаще всего проходят через наши руки в то или иное время. от TSMC, компании из Тайваня. И именно на Тайване происходит все это развитие, и поэтому мы зависим от Тайваня в этом. Нравится вам это или нет, Тайвань - это место, которое доминирует и будет доминировать над всеми технологическими инновациями во всем мире.
А почему бы не сделать «еще один TSMC»?
Потому что, если бы это было просто, они бы уже сделали это, потому что никто не любит зависеть от монополии, даже если бы это получилось так, а они не искали этого как такового. Ежегодно миллиарды долларов инвестируются в НИОКР, чтобы сохранить свои преимущества, и просто строительство завода, подобного тем, что есть у TSMC на Тайване, обойдется именно в миллиарды:
- Последний завод TSMC (Fab18) по производству 5-нм чипов с использованием новой технологии обошелся в 17 миллиардов долларов без учета НИОКР.
- Стоимость следующего завода TSMC по производству 3-нм чипов составит 19.6 млрд долларов.
И в последнем случае, по их оценкам, для начала получения пособий потребуется около 5 лет, и это в лучшем случае. Компании должны тщательно изучить спрос на продукцию, в том числе возможные долгосрочные изменения, прежде чем начинать строительство завода (и это, с учетом имеющихся у них контрактов, не является проблемой для TSMC, поскольку у них больше спроса, чем предложения).
Самым серьезным конкурентом TSMC в настоящее время, вероятно, является Samsung, но, как мы объясняли в других случаях, существует немало проблем как из-за проблем с юридической или интеллектуальной собственностью, так и из-за производственных мощностей, что мы уже видели с NVIDIA Чипы Ampere корейцы.
Но не все дело в деньгах или патентах, когда мы говорим о полупроводниках, мы должны также говорить о физике. Например, Intel не имеет проблем с их узлами из-за нехватки времени или денег, им просто не хватает экспертов, которые есть в штате TSMC. Число инженеров, знающих, как собирать микросхемы, очень мало, фактически ничтожно мало по сравнению с мировыми инженерами по программному или аппаратному обеспечению. Проблема в том, что все великие компании хотят самого лучшего, но выпускников на этом типе работы не так много, и даже в этом случае им нужно много лет обучения в самой компании. Когда дело доходит до производства чипов, барьеры для входа на рынок чрезвычайно высоки. Можно утверждать, что не так много отраслей, в которых действительно требуется столько инвестиций и опыта, как производство полупроводников.
Пример можно найти в Apple, которая хорошо осведомлена об этой проблеме и, безусловно, уже рассматривала возможность создания собственных производственных мощностей. Легко думать об этом, имея 200,000 XNUMX миллионов долларов в банке, но в конце концов все закончилось ничем, потому что они никогда не были уверены, что смогут производить чипы с качеством и эффективностью, которые TSMC имеет на Тайване. Некоторые китайские производители пытаются, но пока они находятся на расстоянии световых лет. При этом, нравится нам это или нет, мы зависим от Тайваня в плане развития и инноваций.
