世界上最大的半导体代工厂正在向台湾以外的地区扩张，在美国亚利桑那州的工厂投资了400亿美元，这是一个具有巨大政治和商业影响的举措。
     目录
     1. 难如登天的半导体制造
     2. 生产半导体的步骤
     3. 张忠谋的成功策略
     4. 下一波浪潮
     在台积电亚利桑那州新厂房典礼上，张忠谋(Morris Chang)声称"全球化几乎已经死了”、"自由贸易几乎已经死亡。"
     张忠谋是半导体制造公司——台积电的创始人和两任首席执行官，利用地域套利，即台北廉价劳动力，建立了这一世界上最大的企业之一，台积电的市值一度达到4170亿美元。
     这家总部设在台湾的半导体公司正在积极投资美国的制造业。近期，在乔-拜登和蒂姆-库克的陪同下，张忠谋宣布台积电计划在亚利桑那州投资400亿美元，建立两个新工厂，这不仅是台积电最初承诺的2020年计划的三倍，而且是美国历史上最大的直接投资之一，大大超过了三星在德克萨斯州建设芯片工厂的170亿美元计划。
     比台积电在美投资规模更重要的是其影响。半导体对现代生存至关重要，为我们的安全、工业和生活质量提供保障，晶体管仅有几纳米宽的微小芯片，为我们用来工作的电脑、我们需要的通信电话、运送人员和货物的汽车和卡车以及乌克兰等国家战争武器提供动力。即使是半导体供应链上的任一产业，如开发用于芯片设计的软件公司和制造设备的制造商，都是不可替代的，更不用说像台积电这样的公司，一旦倒闭，对人类来说将是一场灾难。NZS投资者Jon Bathgate说："GDP将在一夜之间下降10%。"我们会让自己陷入全球大萧条。" 这些绣有电路的硅片就像一道光的边界，将我们与黑暗分开。
     由于对现代生活各个方面的重要性，半导体被视作地缘政治的重要博弈品，特别是对中美而言。
     以上使台积电在美投资获得了更多注意，这不仅会将台湾的尖端制造业分散出去，而且新工厂将创造就业机会，提高产能，并为台湾问题提供尽管是很小的对冲。亚利桑那州企业的发展速度、规模和最终的成功将说明此举的意义有多大。但是，如果它是一个更广泛趋势的开始——如果张忠谋对全球化崩溃的看法是正确的，这一举措将在政治上、商业上和技术上产生深远影响。
     克里斯-米勒的《芯片战争》详细记载了半导体的历史，并着重描述了其对于全球的重要性。这本书将制造半导体和许多看起来是绝对不可能的事情联系起来，充分证明了半导体制造的复杂性：半导体制造与机械、物理、化学、物流和商业相关。巴斯盖特说："这就像把一根针立在一根针的上面一样。”
     半导体是一种有条件地导电的材料。它既不像玻璃，是一个绝缘体，也不像铜，是一个好的导体。它介于两者之间，导电性会发生改变，硅就是一个著名的半导体。但大多数人在使用这个术语时，并不是和导电性相关，相反，"半导体"往往代表了 "半导体芯片 "。芯片通常由光滑、深色的硅片制成，各种元件被放置在硅表面上，以改变电流，晶体管就是特别重要的元件。这些元件的工作方式就像一个开关，将电流引向一个或另一个方向，这是因为半导体材料的基本特性在发挥作用。米勒在《芯片战争》中写道："这些晶体管 "门 "将信息转化为二进制代码，"将现实世界的感觉如图像、声音和无线电波转化为数百万个1和0。”
     一块芯片可能容纳数百亿个晶体管，每个晶体管门只有几纳米宽，最小的晶体管门只有0.3纳米宽，还未能商业化生产。苹果公司在最新iphone中使用的A16芯片，依靠的是一个晶体管门为5纳米的处理器（经过一些修改），人类的头发宽达100,000纳米，而一个红细胞的宽度为7,000纳米，所以，晶体管门所涉及的是极微小、微观的尺寸。
     随着晶体管的缩小，单个芯片所能容纳的晶体管数量也成倍增加，1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔就对这一现象做出了预测，在接下来的十年里，每两年芯片能容纳晶体管的数量将增加一倍，这在科技界被视为 "科技快速发展 "讯息，在过去的六十年里，摩尔定律也一直被验证着其正确性（尽管有些人认为它正在达到其终点）。
     尽管芯片在不断缩小，但它们日益普遍的存在却极大地扩大了半导体市场的规模。1991年，半导体销售额达到550亿美元。三十年后，它扩大了十倍，超过了5550亿美元。2022年，市场规模预计将达到近6140亿美元。在不久的将来，芯片将可能成为一个万亿美元的产业，麦肯锡预计它将在2030年达到这一里程碑。
     正如大多数人所理解的那样，制造芯片的步骤是非常复杂的，这就像是一个微妙的、错综复杂的玩家生态系统，每个人都有定制的角色。
     这里有一个（非常）简化的指南来实现它。
     如果想制造半导体，你需要一些硅。幸运的是，最纯的硅来自石英，还需要收集大量的普通金属和贵金属(比如铝、铜等)以及磷和硼等元素。
     开发专门的设计软件
     如何将原材料转换成芯片呢？这需要专门的软件，类似于Cadence或Synopsys这样的解决方案，它们拥有专门的功能来支持机器学习、人工智能、增强现实、虚拟现实、机器人等技术，可以设计一个半导体所需的数十亿个部件。这类型的公司多在美国。
     软件问题还不是最棘手的，制造半导体还需要一种设备，即极紫外（EUV）光刻设备，而这个设备目前只有在荷兰的ASML（Advanced Semiconductor Materials Lithography）一家供应商。
     几十年来，半导体制造商一直将光作为一种工具，通过在芯片上涂抹光阻材料，可以操纵可见光在元件上刻画形状。原始光的波长宽达700纳米，而随着晶体管的收缩，这一方法不再有效，因为可见光变得太钝了。于是，科学家们开始试验紫外线，并最终试验部分极端紫外线光谱，其波长仅为13.5纳米。经过几十年的发展和数十亿美元的投资，只有ASML公司成功地创造了一个商业上可行的EUV光刻机，每台机器都依靠几十万个部件一起工作来完成听起来最疯狂的任务，比如，用激光每秒撞击一个锡斑点5万次，以产生足够的EUV光线。因此，单台机器花费1亿美元也就不足为奇了，一位业内人士称它是 "人类建造的最复杂的机器"。
     为了建造和操作半导体制作所使用的设备，国家常常需要招募行业专家，让一台EUV光刻机旋转并不简单，半导体制造业所需的许多其他任务也不简单。
     台积电是唯一一家有能力制造尖端产品的晶圆代工厂；三星制造的芯片主要是28纳米的。这将耗资约200亿美元。一旦工厂开始运转，你就需要坚持不懈地工作来提高工厂的效率。由于与制造相关的高成本，以低产能运营铸造厂是不经济可行的，您需要优化、扩展并达到至少95%的利用率。
     建立一个组装部件的供应链
     最后一步比较容易，需要一个富士康式的工厂组装各个部件，完成最终成品。如果你之前没有考虑到这一点，你还需要技术工人来完成这个过程——以及大量的非技术工人。
     从以上步骤可以看出，半导体制造过程不是一个顺畅的供应链，而是一连串的阻塞点，几乎每一个步骤都需要大量资金、专业知识和超高的协调能力，因此，许多国家都容易受到外国势力的操纵，这在很大程度上是中国努力将部分芯片产业国有化的原因。
     到目前为止，中国已经投资了数百亿美元来减少对国外技术的依赖性，虽然这推动了许多中国晶圆代工厂的建立，如中芯国际集成电路制造有限公司（SMIC），但尖端制造与美国等国家的芯片制造实力还有所差距。
     台积电的起源与当代大多数创业公司的成功秘诀看起来并不相同。它的创始人不是一个早熟的大学辍学生，而是一个从职业失意中走出来、56岁的中年人；它不是由风险投资家资助的，而是由中国台湾政府(以及一系列当地天使投资人被坚决“鼓励”参与)资助的；它也不是轻资产的互联网产品——SaaS平台或社交网络，而是一个昂贵而复杂的工业项目。
     关于张忠谋和他的创新有很多说法：
     张忠谋是一名退伍军人，以前从未在台湾生活过，他在香港长大，成年后的大部分时间在德克萨斯州度过。在为德州仪器公司(Texas Instruments)辛苦工作了几十年，并推动半导体行业向前发展后，张忠谋却并没有得到与之付出相匹配的职位和酬劳。1987年，在另一家公司短暂而不起眼地工作了一段时间后，张忠谋来到台湾，担任台湾工业技术研究院院长。
     虽然张忠谋的角色听起来有些官僚主义，但在政府的财政支持下，他基本上可以自由地按照自己的意愿行事。事实证明，这是一个伟大而明智的任命，张忠谋创建了世界上最大的公司之一——台积电。在撰写这篇报告时，台积电的估值为4170亿美元，2021年的收入超过了570亿美元；在11月的大丰收之后，其第四季度的收入可能超过200亿美元，该公司的代工厂同比增长了50%。"他们的增长规模基本上是空前的，"Brinton Johns说。NZS的创始人指出，许多评论家强调亚马逊的AWS是一种商业奇迹：一个部门的复合增长率约为30%，年化运行率接近800亿美元，与此同时，台积电正在以稍快的速度实现类似的成就。
     张忠谋是如何建立起一家在庞大基础上不断复利的公司，并且这家公司对全球经济还至关重要? 他的策略包括地域套利、敏锐的商业模式、精明的研发投资和不懈的执行。
      地域套利
     Morris Chang并不是第一个利用低成本劳动力的芯片制造商，早在20世纪60年代，飞兆半导体和德州仪器等公司就开始雇佣亚洲的廉价劳动力，那时候，雇佣台湾工人每小时的价格为19美分，而雇佣美国工人每小时则需要2.5美元。1969年，在Morris Chang的领导下，德州仪器在台湾开设了一家工厂，雇佣当地的廉价劳动力，二十年后，当张忠谋创办台积电时，当时的廉价劳动力已经成长为具有该行业工作经验的优质劳动力，但价格仍然较为低廉。
     直到今天，虽然台湾和美国工人的工资差异已经不像是60年代那么明显了，但仍有很大差距。台湾的半导体工程师平均工资为35,200美元，而美国的同等人员工资为118,300美元。
      选定一个唯一的商业模式
     张忠谋的最佳决定是使台积电成为一个 "纯粹的玩家”——只做代工厂。例如，与三星或英特尔不同，台积电不设计芯片，也不为自己的用途生产，这使它成为客户的一个不太复杂的合作伙伴。电子公司或芯片设计公司不必担心台积电会偷学他们的技术，来改进自己的产品线，他们知道台积电只是一个代工厂。
     通过保持中立，台积电成为该生态系统参与者的首选供应商。随着时间的推移，该公司逐渐拥有了强大的地位，能制定行业标准，并从对手的创新中获益，改善生产。Jon Bathgate指出，这种 "开放的生态系统 "给了台积电网络效应。"一旦你走在前面，就会产生复利效应"。
     研发投入跟上时代步伐
     Morris Chang在研发支出方面特别精明，特别是关注于移动革命。尽管年事已高，但张忠谋知道移动电话将颠覆世界和芯片行业，如果台积电想保持它的价值并不断壮大实力，它就需要被定位以资本化。
     在2006年首次移交公司领导权后，张忠谋在其继任者在2008年金融危机后削减研发开支后重返公司。尽管经济形势严峻，张忠谋在2010年代加大了对新技术的投资，去抓住移动革命的机遇。
     作为技术投资战略的一部分，张忠谋做出的一个关键决定是加大对ASML的EUV技术的研发投入。在《芯片战争》中，米勒写道，没有人比台积电的首席执行官在这项技术上 "下更大的赌注"。尽管当时还没有得到证实，但张忠谋的一个亲信相信其潜力。张忠谋为该技术的测试和实施提供了大量资金，这使台积电在前沿制造方面获得了优势。
     这种大胆的做法得到了回报。尽管苹果公司最初依赖三星半导体，但随着台积电的发展，它成为唯一能制造真正尖端芯片的厂商，最终，苹果选择台积电成为其iPhone处理器的唯一制造商。苹果现在是台积电的最大客户，即使除了苹果，台积电也拥有约84%的尖端市场，如果没有持续的研发支出或ASML的工具，它不可能取得这种主导地位。
      卓越的执行力
     《芯片战争》中的一段话回应了这一观点。鼓励张忠谋投资EUV的那位中尉说："在台湾，人们工作得很辛苦。" 如果一台设备在半夜发生故障，工人会赶去修理，而不是等到第二天。员工们会通宵达旦地工作，以推动关键项目的进展。当保持正常运行时间可以节省数百万美元，而取得下一个技术突破可以带来数十亿美元的收益时，细微的利润就会产生差异。值得注意的是，台积电卓越的执行力在很大程度上归功于张忠谋的第二任继任者——Mark Liu，在2018年从张忠谋手中接过接力棒后，他在维持标准方面发挥了关键作用。
     1987年，Morris Chang的职业生涯看起来即将结束。但是，他并没有离开，而是在接下来的35年里创建了一家公司，这家公司重新定义了整个行业，促进了技术进步，并且变得非常重要，就像Jon Bathgate所说的那样，成为 "全球经济的关键点"。这种重要性赋予了台积电非同寻常的力量，但也使它处于中国和美国争夺霸权的中心。
     正如我们之前所写的，2022年是人工智能之年。快速的更迭正在改变我们研发药物、编码和修建的方式。像ChatGPT这样的进步可能会迎来一个无穷无尽的媒体时代，在那个时代，算法会生成我们喜欢的书籍、游戏、电影和电视节目。
     发展人工智能并不便宜，主要是因为它需要大量的计算。据估计，训练GPT-3——一个新的过时的模型——将花费460万美元。OpenAI即将推出的GPT-4模型可能要花费更多的数量级。关键是，在该领域取得进展时，计算能力是一个关键的投入，关于这点，OpenAI已经很好地展示了用于训练模型的计算能力的指数级增长。
     如果我们认为人工智能对人类的进步至关重要，那么计算能力是必不可少的，这意味着半导体在未来几年可能会变得更加重要，时间将证明这种重要性对芯片行业的影响。
     值得注意的是，人工智能依赖于不同的芯片。通常情况下，这意味着 "图形处理单元"，即所谓的GPU。Nvidia是GPU的领先设计者，尽管它并不生产这些产品。除了更多标准化的GPU，近年来还出现了定制的人工智能芯片，旨在改善处理和降低成本。谷歌投资创建了 "张量处理单元"，缩写为TPU，可以更好地与它的TensorFlow机器学习软件对接。亚马逊收购了以色列芯片设计公司Annapurna Labs，为其发布 "Inferentia "奠定了基础，这是一种为深度学习设计的定制半导体。
     当你第一次听到这些创新时，人们可能会怀疑它们是否会颠覆现有的产品。台积电在2010年代抓住了移动革命的历史机遇，使它在英特尔面前一鸣惊人，也许，人工智能革命也可以给竞争对手一个类似的机会？
     也许吧。但是，再深挖一层，就会发现这些创新对台积电的依赖程度与上一代芯片一样，甚至更高。Nvidia可能位于加州，但它依靠台积电的台湾工厂进行生产。虽然不太清楚谷歌和亚马逊在哪里制造它们的产品，但两者都被认为在某种程度上依赖于台积电。
     即使从规模的角度来看，也很难看到Morris Chang的设备被取代。首先，芯片行业青睐规模大的企业，只有最大的企业才能负担得起竞争所需的设备、运营费用和研发开支，当涉及到尖端的半导体时，这一点尤其真实。新来者或落后者没有资金能生产改变游戏规则的人工智能芯片，他们需要拥有像台积电那样深的钱袋。
     来源：RockFlow Universe