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台积电,没那么特殊

据日本媒体此前报道,全球最大的芯片生产厂商台积电正考虑在日本建立芯片工厂,熊本县凭借丰富的水资源以及较为完善的芯片相关产业,成为热门的候选地。

不仅在日本,今年初,有消息称台积电将扩大在美国的建厂规模,至少在美国建设6座芯片厂,其中还包括最先进的3nm工厂。

2018年,台积电创始人张忠谋曾狂言, “在制程方面的竞争,也不是只是花很多钱,举国之力就可以做成的。”

作为全球技术最先进的代工厂商,台积电几乎拿下了全球芯片市场一半以上的订单,苹果、华为以及联发科等,都是台积电的客户。2020年,台积电停止为华为代工,直接导致华为的高端麒麟芯片只能靠库存艰难维持出货。

台积电,是否真的如此特殊?当有人想用台积电利诱或威胁我们时,又该怎么办?

1

远不如华罗庚

在创办台积电之前,张忠谋在美国半导体企业、至今仍是全球高端DSP主要供应商之一的德州仪器干了25年。这导致很多传记作者,不假思索地就把钱学森、邓稼先等人的经历硬套到张忠谋身上,认为他通过德仪高管的经历,掌握了半导体生产的关键技术和核心竞争力,因此在半导体生产“约等于一片白地”的中国台湾,经过十几年的打拼,把台积电做到了世界领先。

这是不可能的。

以钱学森、邓稼先、华罗庚为代表的海外归国功勋科学家,之所以能把所学带回国,关键在于打了一个时间差。

这些中国科学家了解和研究高速流体力学、核技术以及电子管信息技术时,国外的管理机构尚未认识到这些学科蕴含着巨大的经济价值和国防价值。

以计算机学科为例,目前几乎所有计算机的结构都是冯·诺伊曼结构。1946 年9 月,华罗庚应普林斯顿大学邀请讲学,被伊利诺伊大学聘为终身教授。他在普林斯顿研究院和冯·诺依曼、戈尔德斯坦等人交往甚密。当时,诺依曼正在设计第一台存储程序的通用电子数字计算机,华罗庚也得以目睹第一台冯·诺伊曼结构电子计算机的整个过程。回国后,华罗庚拿着国外收集到的计算机资料,指出“计算技术是科学发展的新的生长点”。

华罗庚首先说服了清华大学的领导,于1952年从清华大学电机系物色了三个人去研究电子计算机。在华罗庚的不懈倡导和宣传下,1956年春,国家制定发展科学的十二年远景规划,计算技术是重要组成部分。华罗庚担任计算技术规划组组长,制定了“先集中,后分散”的正确发展路线。中国也就成了较早开展计算机研究的国家,并在整个60年代中始终处于世界计算机的第一梯队。

在华罗庚从清华大学电机系挑选的三名同学中,有一位后来得以始终研究计算机技术,这就是被称为“中国计算机之母”的夏培肃院士。夏培肃曾说:“一个人在一生中,常常会有一些改变命运的重要转折点;对于我来说,这个重要的转折点出现在1952年秋天的一个晚上,当我第一次谒见华罗庚教授时。”

她的晚年有一个得意弟子胡伟武,开发了中国第一款自主高端通用CPU——龙芯一号。今天的龙芯CPU,已成长为中国自主信息化产业的中坚力量。

而创办台积电之前,张忠谋虽然出任了德仪全球半导体业务副总裁,是当时美国商界职位最高的华人,但获得核心技术的机会,远不能和华罗庚相比。更重要的是,当时美国并不是半导体制造技术最先进的国家,德州仪器也不是美国最先进的半导体制造企业。

2

“打败”日本

上世纪70年代,日本企业致力于引进美国等国的半导体研发及制造技术,日本半导体产业崛起。当时计算机中最主要的半导体产品是存储器,也就是今天内存和半导体存储芯片的前身。在这个领域,日本企业最高拥有全球接近80%的市场占比。

根据IC Insights的数据,1990年日本半导体供应商的市场占有率接近50%,来自日本企业的竞争压力,一度导致今天声名显赫的英特尔将主营业务由存储器改为了CPU。可想而知,1987年才成立的台积电,所面临的环境并不乐观。

1988年,张忠谋通过私人交情,拿到英特尔资质认证和产品代工订单,自此台积电才算有了立身之地。

然而日本半导体的发展曲线却出现了转折,从1990年开始,日本半导体的市场份额一路走低,到2020年已至6%。对于这一结果不能解释为台积电太强了,因为1990年台积电的产量还很小,不足以产生这么大的效应。除了以中国台湾为代表的亚太地区,北美地区的市场份额也在同步攀升。

日本半导体产业到底发生了什么?这背后当然少不了美国。

1985年,美日德英法签订“广场协议”,强迫日元升值。“糖衣炮弹”让日本民众的购买力在短时间内增强了,过上了高消费的日子,这样的状况下,当时从民间到基层官员都未能察觉到危险。然而长期来看,日元的升值沉重打击了日本产业的竞争能力。

1986年,日美签订《日美半导体协定》(也被称之为“日美第一次半导体协议”)。1989年,日美签订《日美半导体保障协定》。1991年日本再次妥协,签订《日美第二次半导体协议》。

三次协议都是美国在驻军日本的情况下,以不光彩的手段迫使日本签订的城下之盟。伴随着协议开展的,还有美国的制裁和舆论战。这些行动极大地打击了日本的半导体产业,更重要的是摧毁了日本普通民众奋斗的动力。

伴随着对改变现状的绝望,“宽松教育”“草食男”“森女”迅速被广泛认可,日本开始走向与近代以来完全不同的道路。在这条道路上,我们看到了大国崛起与小民尊严的关系。

3

看不上“集中力量办大事”?

美国一通操作“猛如虎”,日本倒下了,为半导体“新玩家”腾出了生长空间。然而从这一片荒芜中长起来的未必是台积电,当时的人们更看好韩国。美国的半导体企业也瞅准这个时机迅猛发展,尤其是英特尔,一直是先进制程的代表。

面对韩国财阀的雄厚资本和美国的技术优势,只靠张忠谋的话根本没有翻身的余地。

尽管张忠谋在接受采访时不太看得上集中力量办大事,但纵观世界半导体产业发展,从来就离不开行政力量的支持。

以日本为例,1976年3月经通产省、自民党、大藏省多次协商,日本政府启动了“DRAM制法革新”国家项目。DRAM是今天最主流的内存形式,该项目直接奠定了日本在内存上的强势地位。

1969年,时任伪台湾省经济部长的孙运璇访问韩国,发现韩国搞了韩国科学技术研究院,集全国之力推动工业发展,这才模仿着建立了台湾工业技术研究院。

孙运璇在韩国参观时,感到韩国科学技术研究院发展得很好,一个重要原因是引进韩裔美国人进行领导。因此把张忠谋这样的华裔美国人引进来做半导体,是早有谋划,精心运作的结果。

1975年,台湾出资推动“积体电路(即集成电路)示范工厂设置计划”,随后更派出40多位留学人员,到美国无线电公司(RCA)进行培训。这次人才交流计划规格高、层次深、范围广,为后来台湾地区发展半导体产业培养了第一批关键人才。

美国RCA公司今天已经默默无闻了,但当时是绝对的技术标杆,电子显微镜、彩色显像管、CMOS技术、光电子发射器、LCD和卫星直播系统等重要科技成果都是它首先发明或产业化的。同时RCA还掌握了不错的集成电路制造技术,更为重要的是RCA当时是美国政府下属企业,与RCA合作具有示范效应。

与RCA相匹配,台湾派遣的留学人员也绝非泛泛之辈,而多数是当时台湾“中央研究院”电子所的技术中坚,其中就包括后来创办联发科的蔡明介,其他青年骨干也是一时之选。

通过一系列类似的运作,台湾从美国得到的技术转移要比韩国快一些。对于半导体来说,投产时间早代表拥有很大的竞争优势,台湾地区拿下了美国技术转移的开门红。

而此次台湾人才到美国学习的两位计划人之一就是张忠谋。张忠谋后来创业回到台湾,与此次高规格的人才培训计划息息相关。

张忠谋回到台湾时,台湾在八年前就拥有半导体产能了,台湾地区启动发展超大规模集成电路的“电子工业研究发展第3期计划”也已经有两年了。

初生的台积电,使用的是台湾八年前引进投产的台湾第一条3英寸实验线。资金原则上由台湾地区官方基金出资一半,剩下的一半则由民间资金和外资共同解决。然而由于民间资金害怕风险,实际上来自台官方的资金完全占据了主导。

直到台积电上市之后,台湾当局所谓的“开发基金”才逐步退出,到2001年持股12.1%,依然是第二大股东。耐心的扶持与帮助,最后大度地退出,也只有在政府意志决定扶持地区支柱型企业中才可能出现。

事实证明,只有台湾当局所谓的“开发基金”一直关心台积电的健康发展,哪怕是早期投资台积电的民营企业,上市后也是纷纷套现走人。今天的台积电以外资和民间投资为主,但民营和外资的股东已经换了好几批了。

来自于行政力量的支持,是台积电崛起最重要的因素。事实上,也是所有半导体产业发展中最重要的因素。

2006年,张忠谋说:“没有孙运璇(1985年时为台湾伪“行政院”院长),1985不回台”。但2016年以后,张忠谋开始刻意回避创业初期来自于台湾当局的帮助,否认半导体产业能够集中力量办大事。

作为一个企业家,其实这种心态并不难理解。对大陆,强调台湾当局的帮助容易被理解为心怀怨愤。对台湾,强调当局的主导和帮助则会遭到“台独”分子的阴险揣测。

4

夹缝生存

尽管台湾当局提供了很大的支持,台积电在与美韩的竞争中还是处于弱势地位。张忠谋发明的Fabless+ Foundry模式,对台积电能在美韩夹缝中发展壮大起到了至关重要的作用。

在台积电未成立之前,世界上只有一种IDM(整合制造)模式,以英特尔为例,它自己设计芯片后,在自有的晶圆厂生产,并且自己完成芯片测试与封装。但张忠谋开创的晶圆代工(foundry)模式对于原先的IDM是一种颠覆。

在Fabless+ Foundry模式中,芯片供应被分为设计、生产、测试、销售等环节,由2-4家企业分别掌握。这种模式的好处在于能“把朋友搞得多多的,敌人搞得少少的”。

先说“敌人”。在很长的时间内,三星和英特尔在制程的先进程度上都不比台积电差,但从未和台积电有直接的竞争。这是因为三星和英特尔的产能只能为自己设计的芯片服务,做不了台积电客户们的生意。

为何像华为这样的Fabless客户在设计好芯片后,只找台积电这样的 Foundry企业,而不找三星生产呢?不找三星,因为两者直接有竞争关系,搭载三星Exynos的智能手机,曾经是华为最有力的竞争对手。三星代工华为,将随时掌握作为竞品的麒麟芯片的参数和研发情况,甚至可以直接用小动作拖慢麒麟芯片的上市,使得三星手机获得竞争优势。

同样地,华为也不会找没有竞争关系的英特尔。当英特尔的市场需求激增时,谁能保证华为的需求不会被牺牲?因此一旦选择了做IDM,一家企业便很难同时为Foundry,反之亦然。

哪些人是这种模式的朋友呢?

财力有限的芯片设计厂商算一个。

前面说到过设计企业同时维护晶圆生产线,在相同制程的情况下,有利于提高性能。然而随着先进制程越来越逼近物理极限,这一成本越来越高,绝大多数企业根本维护不起。

事实上,哪怕是相对财大气粗的AMD,也是在以低价售出格罗方德半导体工厂,转型为Fabless+ Foundry模式后,才最终推出了Zen系列芯片,在与英特尔的竞争中重新获得优势。正是靠着Fabless+ Foundry模式,台积电才能从主打IDM的美韩的夹缝中成长起来。

消费类电子产品的营销部门和消费者算第二个。

有一段时间,此类产品的营销和普通消费品别无二致,消费者只能选择品牌,然后根据心理价格买下相应的产品。近年来,有人怀念当时诺基亚品牌的人性化营销,其实正是消费类电子产品发展水平较低的写照。

现在营销部门就轻松多了,Fabless+ Foundry模式下这些产品的参数日新月异,每一代产品都不愁文案,人均产值比以前高多了。基于同样的原因,喜欢Fabless+ Foundry模式的还有此类产品配件厂商。

光刻机等设备生产企业也喜欢这种模式,在没有Fabless+ Foundry模式之前,大部分芯片生产厂商的制程更新并不快。尤其是日本厂商主打的存储器,优化空间很大,对更小的制程依赖程度不深,因此更换先进光刻机的动力相对不足。

而像台积电这样的Foundry,先进的制程是其主要的竞争力,因此更愿意高价购买先进的生产设备。2010年以后,Foundry企业的制程之所以发展这么快,超过IDM的标杆英特尔,与这种心态和设备企业的大力支持是分不开的。

台积电的路线难以复制,就在于Fabless+ Foundry模式的窗口期已经过去,而下一个风口还没有露面的迹象。

5

没这么特殊

台积电的发展历程,恰恰告诉我们它没有那么特殊。

其发展也绝非一帆风顺,台积电成立于1987年,到1997年纽交所挂牌交易,这中间整整十年,几乎都是惨淡经营,很大程度上依赖台湾当局的支持。甚至到了2009年,面对金融危机的冲击,仅仅一个季度濒临亏损,就让已经退休的张忠谋不得不回到台积电,以稳定市场的信心。

台积电既然没有那么特殊,为何中国大陆没能发展出能够比肩的半导体代工厂?这主要是西方的技术封锁、过去缺乏发展半导体的海量资金、技术积累不足造成的。

以技术封锁为例,1973年,我方计划拿出1亿美元宝贵的外汇,从欧美国家引进七条当时世界最先进的3英寸晶圆生产线。这一设想比台湾工研院要早2年,比韩国早4年。但由于国际关系发生变化,中美“蜜月期”不再,我们建成第一条3英寸线的时间反而比台湾地区晚了很多年。

这些原因虽然是造成中国半导体生产落后最主要的原因,但都是我们无法改变的。可以改变的部分,唯有下定决心、保持耐心,充分发挥半导体从业人员的智慧。

在中美“蜜月期”的时候,我们尚且引进不了最先进的生产线。目前中美博弈波诡云谲,对外来的技术引进不能抱一点点幻想。过去有一种观点,认为不需要引进太先进的,足以提高成功率,再依托中国的人力成本弯道超车。

面对西方的严防死守,哪怕引进不太先进的生产线仍然很不容易,而且还给黑心商人和掮客很大的活动空间。贵州搞华芯通、武汉搞弘芯都是血淋淋的例子。哪怕真的引进了,先进半导体技术是下金蛋的鸡,外方真的会毫无保留地教给我们吗?

“核心技术是买不来的”。半导体生产线引进一代落后一代的现状为这句话提供了深刻的注脚。惨淡的现实告诉我们,必须下决心走出一条自主研发的康庄大道。

自主研发不好走,有更大的概率失败,而且短期内看不到成果。从追求政绩的角度讲,在一任任期内很难见到成效,但这么干成果最光明。如果台湾发展半导体,没有耐心等到小有气候,证明诚意后再引进张忠谋,或者没有耐心等过盈亏不定的十年,都不可能有今天的台积电。

我们实现半导体自主替代,既对人民有益,也是产业和国家安全提出的必然要求。这一路必然既有壮美的风光,又有豺狼和虎豹,但只要拿出了决心和耐心,先进半导体制造也没有那么特殊,终将成为产业升级的一部分。

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