導(dǎo)語:在地緣政治的角力戰(zhàn)下,芯片就是新時(shí)代的石油,也是國家控制的稀缺資源,牽動(dòng)了全球國際政治經(jīng)濟(jì)局勢。
2023年3月16號(hào),臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀將對(duì)話《芯片戰(zhàn)爭》的作者,美國塔弗茨大學(xué)國際歷史副教授米勒Chris Miller。一名歷史系的副教授寫的書,為何得到芯片教父張忠謀的青睞,并相約共同舉行世紀(jì)對(duì)話呢?
這本書被評(píng)為去年經(jīng)濟(jì)學(xué)人年度最佳書籍。2022年10月4日在美國上架銷售。3天后,美國政府對(duì)中國公布史上最嚴(yán)厲的半導(dǎo)體禁令,包括限制Nvidia、AMD的高端AI芯片出售給中國,同時(shí)禁止對(duì)中國輸出14nm以下半導(dǎo)體制造設(shè)備,以及限制美國籍半導(dǎo)體人才在中國工作。此外,2022年美國還通過了《芯片與科學(xué)法案》,向在美國生產(chǎn)半導(dǎo)體的公司提供530 億美元的援助和補(bǔ)貼。
臺(tái)積電如何成為世界最大半導(dǎo)體企業(yè)?
“張忠謀在半導(dǎo)體發(fā)展史的地位太重要了,如果只選一個(gè)人代表半導(dǎo)體,那就是張忠謀?!薄狢hris Miller
早在1970年代中期,張忠謀還在德州儀器工作時(shí)就思考過一個(gè)概念,創(chuàng)立一家半導(dǎo)體公司,生產(chǎn)客戶設(shè)計(jì)的芯片。這種Fabless模式是史無前例的,當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)流行的是TI、英特爾、摩托羅拉等芯片公司生產(chǎn)自己設(shè)計(jì)的芯片。
1976年3月,張忠謀向德州儀器的其他高層建議這種新的商業(yè)模式。他向德州儀器的同事解釋:“低成本的算力,將打開許多新的應(yīng)用,是目前的半導(dǎo)體所無法支持的,為芯片創(chuàng)造出新的需求來源。芯片很快就會(huì)運(yùn)用到所有領(lǐng)域,從手機(jī)到汽車再到洗碗機(jī),無一不包?!?/p>
他認(rèn)為,生產(chǎn)這些產(chǎn)品的公司缺乏生產(chǎn)半導(dǎo)體的專業(yè)知識(shí),所以他們比較希望把芯片制造外包給專業(yè)廠商。此外,隨著技術(shù)的進(jìn)步與芯片的縮小,制造設(shè)備與研發(fā)的成本將會(huì)提高。只有生產(chǎn)大量芯片的公司才具有成本競爭力。
然而,德州儀器的其它高級(jí)主管并未被他的概念說服。當(dāng)時(shí)是1976年,每家設(shè)計(jì)芯片的公司都有FAB,但張忠謀預(yù)測Fabless的公司很快就會(huì)出現(xiàn)。那時(shí)德州儀器的利潤很好,所以押注在還不存在的市場是很冒險(xiǎn)的做法,所以那個(gè)概念后來不了了之。
但張忠謀從未忘記晶圓代工的概念。他認(rèn)為,隨著時(shí)間的推移,這種概念正逐漸成熟,尤其是在康維與米德的芯片設(shè)計(jì)革命,讓芯片設(shè)計(jì)與制造的分離變得更加容易(他們認(rèn)為將為半導(dǎo)體業(yè)創(chuàng)造出一個(gè)古登堡時(shí)刻),這不亞于古登堡發(fā)明活字印刷機(jī)。
中國臺(tái)灣也有一些電子工程師持有類似概念。1980年代中期,協(xié)助管理中國臺(tái)灣工研院的史欽泰曾邀請(qǐng)米德來中國臺(tái)灣分享他對(duì)半導(dǎo)體業(yè)的古登堡構(gòu)想。因此,芯片設(shè)計(jì)與芯片制造分離的概念,在李國鼎開出空白支票邀請(qǐng)張忠謀來打造中國臺(tái)灣的芯片業(yè)之前,已經(jīng)在中國臺(tái)灣醞釀好幾年了。
中國臺(tái)灣政府為臺(tái)積電提供了48%的創(chuàng)業(yè)資金,唯一要求的條件是張忠謀必須找一家國外芯片公司提供先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。德州儀器與英特爾的前同事都拒絕了張忠謀,摩爾告訴他:“你提過很多好主意,但這個(gè)概念不算?!辈贿^,張忠謀說服了荷蘭的半導(dǎo)體公司飛利浦出資5800萬美元,并轉(zhuǎn)移生產(chǎn)技術(shù)及授予IP,以換取臺(tái)積電27.5%的股份。其余的資金是向中國臺(tái)灣富豪募集,他們是被中國臺(tái)灣政府要求投資的。這些中國臺(tái)灣富豪家族擁有專門從事塑膠、紡織、化工的公司。一位企業(yè)家與張忠謀會(huì)面三次后,拒絕投資,中國臺(tái)灣行政院長直接打電話給那位企業(yè)家,提醒他:“過去20年,政府一直對(duì)你很好,你最好現(xiàn)在就為政府做點(diǎn)什么。
臺(tái)積電早期成功的一個(gè)關(guān)鍵因素,是與美國芯片業(yè)的緊密關(guān)聯(lián):該公司的多數(shù)客戶是美國的芯片設(shè)計(jì)公司,許多高層員工曾在硅谷工作。1990年代的大部分時(shí)間,臺(tái)積電有一般的業(yè)績是來自美國公司。與此同時(shí),臺(tái)積電的多數(shù)高階主管都在美國的大學(xué)拿過博士學(xué)位。這種共生關(guān)系讓中國臺(tái)灣與硅谷雙雙受惠。在臺(tái)積電出現(xiàn)以前,幾家主要位于硅谷的小公司曾經(jīng)嘗試在芯片設(shè)計(jì)方面創(chuàng)業(yè),它們把芯片制造外包,避免自己建造晶圓廠的成本。
做FAB為何能做到這么值錢?
芯片制造是一個(gè)門檻高、周期長、投資大的產(chǎn)業(yè)。建一座晶圓廠,動(dòng)不動(dòng)就是數(shù)十億美元,甚至上百億美元,民間資本投入越來越吃力,目前全球的半導(dǎo)體制造投資都在向政府投資集中。
按照2022年一季度的數(shù)據(jù),臺(tái)積電營收約為新臺(tái)幣4910億元,稅后凈利潤約新臺(tái)幣2027億元,利潤率高達(dá)41.3%,這在所有的芯片企業(yè)中,是全球第一的。甚至不僅僅是芯片企業(yè),在高科技企業(yè)中,也是排名第一的,比如和微軟、蘋果、亞馬遜、谷歌、華為、阿里、騰訊等相比,臺(tái)積電也是排第一的。目前臺(tái)積電的市值高達(dá)4452億美元,在所有的芯片企業(yè)中,排名第一,超過了intel、三星、nvidia等等企業(yè)。
為何臺(tái)積電僅憑做工廠就能做到如此成功?事實(shí)上,所謂的古登堡時(shí)刻,是指德國印刷商曾經(jīng)試圖壟斷印刷業(yè),但失敗了。他們無法組織活字印刷技術(shù)在歐洲迅速傳播,讓作家與印刷店都受益。在芯片業(yè),張忠謀的代工模式藉由降低創(chuàng)業(yè)成本,促成了數(shù)十家芯的Fabless公司出現(xiàn),這些公司把芯片算力應(yīng)用到各種終端,從而改變了科技行業(yè)。
臺(tái)積電做對(duì)了一件事情,因?yàn)樗鉀Q了Fabless的痛點(diǎn)。Fabless有時(shí)能說服IDM公司來生產(chǎn)它們的芯片,但是IDM有自己的生產(chǎn)計(jì)劃,這些小公司的訂單一直處于次要地位。而且這些Fabless一直面臨一種風(fēng)險(xiǎn):IDM可能竊取它們的設(shè)計(jì)概念。而且各大IDM的工藝略有不同,它們也必須掌握這些差異。
不建造Fab可以大幅降低創(chuàng)業(yè)成本,但以來競爭對(duì)手制造芯片始終是一種有風(fēng)險(xiǎn)的商業(yè)模式。
臺(tái)積電的成立,讓所有的芯片設(shè)計(jì)公司有一個(gè)可靠的合作伙伴。張忠謀承諾臺(tái)積電永遠(yuǎn)不會(huì)設(shè)計(jì)芯片,只專注于制造芯片。臺(tái)積電不與客戶競爭,只要客戶成功,臺(tái)積電就會(huì)成功。芯片制造的規(guī)模經(jīng)濟(jì)需要不斷的產(chǎn)業(yè)整合。哪家公司生產(chǎn)的芯片量最多,它就有內(nèi)在的優(yōu)勢,可提升良率,并把資本投資的成本分?jǐn)偨o更多的客戶。
最終,新的壟斷出現(xiàn)了。臺(tái)積電的事業(yè)在1990年代蓬勃發(fā)展,其制程不斷改進(jìn)。張忠謀想成為數(shù)字時(shí)代的古登堡,最后他的影響力是更加強(qiáng)大深遠(yuǎn)。當(dāng)時(shí)幾乎沒有人意識(shí)到,張忠謀、臺(tái)積電,以及中國臺(tái)灣正在逐漸主導(dǎo)世界最先進(jìn)芯片的生產(chǎn)。
《芯片戰(zhàn)爭》是如何誕生的?
戰(zhàn)爭最重要的是武器,為什么這本書叫《芯片戰(zhàn)爭》?
因?yàn)樽钤邕@本書的作者要寫的并不是半導(dǎo)體,而是研究美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期如何發(fā)展各自的武器。
在研究冷戰(zhàn)歷史的過程中,他發(fā)現(xiàn)其中其它關(guān)鍵核心作用的是半導(dǎo)體的運(yùn)用。因?yàn)樘K聯(lián)在半導(dǎo)體競爭中輸給了美國,美國的半導(dǎo)體使得自己的遠(yuǎn)程導(dǎo)彈越來越精確。因此作者轉(zhuǎn)而開始研究半導(dǎo)體的發(fā)展歷史。
在Chris心目中,半導(dǎo)體并不是用來改善人類生活的工具,跟我們現(xiàn)在常見的消費(fèi)電子無關(guān),它從誕生開始就是一種武器。張忠謀在自傳中就提到過當(dāng)時(shí)德州儀器的同事發(fā)明了集成電路,但剛發(fā)明出來找不到用途。于是德州儀器就將這個(gè)技術(shù)推銷給國防部,因?yàn)楫?dāng)時(shí)美國軍方可以用集成電路使得導(dǎo)彈的體積大為縮小,使得導(dǎo)彈的續(xù)航里程大為提升。只要一半的重量,提供兩倍的算力。
從這本書中我們也可以感覺出作者對(duì)中國發(fā)展半導(dǎo)體業(yè)的一種警惕,他們始終認(rèn)為半導(dǎo)體技術(shù)是一種武器技術(shù)。就在這本書出版不久,美國就針對(duì)中國出臺(tái)史無前例的大規(guī)模半導(dǎo)體禁令,限制中國自主研發(fā)14nm以下的工藝,禁止Nvidia的高端GPU出售給中國企業(yè)。因?yàn)槊绹簧偃苏J(rèn)為,下一場大規(guī)模的戰(zhàn)爭是AI控制的無人機(jī)戰(zhàn)爭,其中半導(dǎo)體對(duì)于武器的精確度起到至關(guān)重要的作用??梢哉f美國政府出臺(tái)的禁令也給這本書做了宣傳。
這本書還提到了另一個(gè)觀點(diǎn):那就是在美國限制下,中國大陸有沒有可能依靠自己實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的突破?實(shí)現(xiàn)彎道超車?他在其中舉了美蘇科技競爭的例子,認(rèn)為如果中國走蘇聯(lián)的老路,不進(jìn)入全球半導(dǎo)體的生態(tài)鏈,什么都自己來研發(fā)的話,最終一定會(huì)在這場科技競爭中落后。當(dāng)然,筆者認(rèn)為,這只是作者的一家之言,中國和蘇聯(lián)的發(fā)展道路其實(shí)有很大的區(qū)別,中國目前其實(shí)非常深入的融入了全球科技產(chǎn)業(yè)鏈,變成了“你中有我,我中有你”的局面,直接下結(jié)論還為時(shí)過早。
張忠謀為何愿意“世紀(jì)會(huì)談”?
Chris Millar表示:我在研究的過程中,逐漸成為了張忠謀的粉絲。我發(fā)現(xiàn)中國臺(tái)灣充分認(rèn)識(shí)到張忠謀的重要性,但是在其他國家,多數(shù)人沒有聽過張忠謀。對(duì)我來講這是很驚人的,因?yàn)閺堉抑\的人生故事,反映了整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
這本書其實(shí)可以大致分為兩部分,前半部分主要將半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展史,其中大篇幅在介紹張忠謀的成長歷程。作者在文章開頭有一個(gè)人物出場表,其中第一個(gè)就是張忠謀。一下子將張忠謀在半導(dǎo)體業(yè)的歷史地位提到了半導(dǎo)體業(yè)傳奇人物Andi growth,、德州儀器的Hogarty還要重要。這讓張忠謀非常高興,這也許是他愿意跟作者進(jìn)行世紀(jì)對(duì)談的一個(gè)原因。
《芯片戰(zhàn)爭》一書花了非常多的篇幅講述張忠謀。Chris Miller解釋張忠謀早在德州儀器時(shí)期就知道半導(dǎo)體的商業(yè)潛力,也只有他當(dāng)全球都還不知道半導(dǎo)體商業(yè)模式該怎么確立時(shí),有先見的創(chuàng)立了半導(dǎo)體專業(yè)代工模式。
另一方面,作者認(rèn)為張忠謀愿意跟Chris對(duì)談的一個(gè)目的,是為了解釋自己為何要將臺(tái)積電搬遷到日本、美國去。因?yàn)楝F(xiàn)在中國臺(tái)灣島內(nèi)對(duì)于臺(tái)積電搬遷美國工廠這個(gè)事反對(duì)聲音很大,認(rèn)為是掏空中國臺(tái)灣。
Chris認(rèn)為,全球現(xiàn)在有9成以上的先進(jìn)制程集中在中國臺(tái)灣,這種過度集中帶來很大的威脅和不確定性。如果芯片分散到全球各地生產(chǎn),對(duì)半導(dǎo)體制造是有益的。他同時(shí)提出了兩點(diǎn)建議:1.他認(rèn)為中國臺(tái)灣和韓國占有全球半導(dǎo)體制造的比例太多,所以他建議以后中國臺(tái)灣跟韓國擴(kuò)產(chǎn),在本土每投資一元錢,在海外要投資一元錢;2、他特別針對(duì)臺(tái)積電提出,以后臺(tái)積電和海外(主要是美國)要同時(shí)擴(kuò)充最先進(jìn)的制程,保證中國臺(tái)灣和海外(主要是美國)的工藝同步。
當(dāng)然,這種想法可能也是作者的一廂情愿。涉及到幾十億、數(shù)百億美元的投資,要保證兩地工藝的完全同步幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上,目前臺(tái)積電在美國亞利桑那州的5nm廠,等到真正量產(chǎn)的時(shí)候已經(jīng)不是最先進(jìn)工藝了。
目前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的資本投入逐年上升,但資本投入回報(bào)比卻在逐年下降。在這種情況下,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投入正變?yōu)橛烧Y金主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體業(yè)不再僅僅是一項(xiàng)普通的生意,而是關(guān)系到國家命運(yùn)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。這本書的作者可能對(duì)半導(dǎo)體業(yè)的了解還有局限,事實(shí)上他提到的一些方案在現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn),筆者也并不同意作者的不少觀點(diǎn)。但這種思考問題的思路至少代表了目前美國的一種普遍情緒,值得我們重視和警覺。
寫在最后的思考:張忠謀的關(guān)鍵決定會(huì)是什么?
1986年,荷蘭飛利浦與中國臺(tái)灣工研院簽署文件,共同投資成立中國臺(tái)灣積體電路公司(臺(tái)積電)。
聞名天下的荷蘭皇家飛利浦電子公司(Koninklijke Philips Electronics N.V.),成立超過120年,是當(dāng)今世界上最大的電子公司之一。在過去,與美國的通用電氣(GE)、德國的西門子(Siemens)、日本的東芝(Toshiba)并稱全球四大電子集團(tuán)。
四大集團(tuán)共同的特色都是從電燈泡這個(gè)改變?nèi)祟悮v史的科技產(chǎn)品開始發(fā)跡,進(jìn)而拓展了真空管技術(shù),開發(fā)出了醫(yī)療用的X光管、收音機(jī)與電視的真空管,最后投入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),成為全方位的電子王國;不同的是,飛利浦的競爭者們,得天獨(dú)厚地?fù)碛心竾嫶蟮膬?nèi)需市場,而飛利浦的母國荷蘭,人口僅1753.3萬人。這就讓飛利浦的發(fā)展模式與競爭對(duì)手都不相同,必須全方位的融入全球市場。
飛利浦的一百年里,赫拉德與安東做出了許多關(guān)鍵決定,設(shè)立NatLab、參與卡特爾;第三任總裁法蘭斯在大蕭條中持續(xù)著NatLab的研發(fā)投資;第四任總裁弗里茨留在安荷芬為飛利浦留下了根,并拯救了猶太人。這些決定,決定了飛利浦成為了什么樣的企業(yè)。
接下來將輪到臺(tái)積電和張忠謀來做關(guān)鍵決定了,而這一決定不但將改變半導(dǎo)體業(yè)未來的走勢,也將深遠(yuǎn)的影響國際局勢。