知名科技博主：台积电要在美国设立5纳米晶圆厂，该如何解读？

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编者按：最近当今芯片业最先进的代工厂台积电做出来一个重大决定，要在美国设立5纳米的晶圆厂。对于此事应该如何解读呢？我们看看美国业界人士那边的意见也许能够提供一些有用的参考。知名科技博主Ben Thompson从美国的角度总结出了三大教训，请大家以批判的眼光审视。原文标题是：Chips and Geopolitics

关于谁应该刻上科技的拉什莫尔山的争论会持续很长一段时间。但可以肯定的是，张忠谋应该在名单上。在知名度相关的影响方面，他无疑是领导者。

集成与模块化

克莱顿·克里斯滕森（Clayton Christensen）在2003年的《创新者的解答》中，解释了产业的自然开展进程是如何从相互依赖的体系结构演变成模块化的体系结构的：

客户的购买行为取决于你的产品是否能帮他们解决重大的问题。但是一个“解决方案”的构成分为两种不同的情景，如图5-1所示：当前市面上的产品是“不够好”，还是“好得过头”。我们发现，对于在市面上“不够好”的产品，内部开发更有优势，而外包（或者说专业、独立的生产方式）则适用于那些“好得过头”的产品。

图5-1

在图 5-1 的左侧，我们可以看到，当产品出现性能缺口（performancegap）时（也就是当产品的功能和可靠性达不到某个市场级别的用户需求时）,企业必须投入最好的产品来进行竞争。在这个过程中，有专利性和共生式产品架构的企业往往能取得竞争优势，因为模块化产品架构的内定标准大大剥夺了工程师的设计自由，降低了产品性能的可优化性。

这有着直观的意义：优化一切带来了更好的性能，但要以牺牲以长期可靠性和灵活性为代价。当然，具备长期的可靠性和灵活性也不错，但是优先级较低。不过，一旦那个最高优先级得到了满足，这些次要优先级便会成为最重要的问题。

 “过度服务”并不是说客户不愿意为产品的改良花钱，而是指客户愿意花钱购买的已经不是在原来类型上改良产品了。一旦产品满足了他们对某些功能和可靠性的要求，他们就会开始重新定义哪些方面是“不够完善”的了。新的“不够完善”的地方就是当前无法立刻达到客户的要求标准的那些特性,因此客户愿意在新的创新轨迹线上为产品的速度、方便性和个性化程度支付额外的费用。当发生这种情况时，我们可以说这个级别的市场竞争基础发生了改变。

对于在正经历这种过渡期的市场处于主导地位的公司来说，这是个大问题。毕竟，公司之所以占主导地位是因为它们的表现最好，也就是说，它们是高度集成的，出于商业模式和更深层次的文化原因，想打破这种集成往往是很难以为继的。而这种过渡为新进入者打开了大门：

新的改良轨迹线上的竞争压力使产品的架构也开始逐渐进化，如图 5-1所示，产品渐渐远离共生式的专利性架构（这类架构在“不够完善”的市场上拥有竞争优势)，开始进入模块化设计时代，迎向性能卓越的竞争市场。模块式架构能够帮助企业在破坏性竞争中赢得低端市场。它们能够独立升级某个子系统，无须全盘重新设计，因此加快了新产品推向市场的速度。使用标准化组件接口的代价是牺牲系统性能，尽管如此，产品还是能够被轻松销售给客户，因为现在产品的功能已经“好得过头”了。

模块化生产给行业结构带来了深远的影响，它催生了一系列独立的、分散式的组织部门来完成销售、采购和装配子系统和组件的任务。在共生式产品世界中，企业必须亲自生产全部的重要组件，而在模块化产品世界中，只需要外包或者承包某一种组件的生产任务就可以搞活一家企业。究其根本，模块化接口的规格最终都将形成行业标准，当一个行业走到了这一步，那么业内企业都可以将最佳供应商生产的组件进行混搭，从而很容易地满足个性化的客户需求。

张忠谋在1987年成立的台积电（TSMC），可以说是克里斯滕森所述过程的最佳例子。

英特尔与台积电

微处理器是英特尔在1971年发明的，随后的几十年它都不够好。4位的Intel 4004之后是8位的Intel 8008，然后是Intel 8080。到了在1978年，出现了Intel 8086，这是一款16位的处理器，可向后兼容8080和8008编写的程序。接着是Intel 80286，然后到1985年，出现了32位的Intel 80386。80386定义了基准的x86指令集，这种指令集奠定了大多数笔记本电脑、台式机和服务器采用的现代处理器的基础，但是x86的根还是8008。通过集成1970年代的设计、制造和软件，英特尔定义和控制了处理器市场，这一晃就是几十年。

这种集成的做法要花很长的时间才会“过度服务”市场。英特尔的80386先是被80486取代后者又被奔腾（Pentium）取代，每个版本都让计算机的运行速度进一步加快，以至1、2年前还无法想象的用例突然之间似乎就触手可及。值得称道的是，在AMD推出64位版本的同时又向后兼容80386的逼迫下下，英特尔仍做到了这一点。

尽管如此，英特尔也制造通用处理器。至少从理论上讲，针对特定任务制造的处理器是要快得多的，但是制造专用处理器的起步很难：当时是德州仪器（Texas Instruments）资深高管的张忠谋，在1980年代的时候设立一家新的芯片公司的成本需要5000万到1亿美元之间，这主要是因为制造成本。是，你可以跟英特尔、德州仪器或者摩托罗拉签订生产合同，但这未必靠谱——因为它们也是你的竞争对手！

几年后的1987年，张忠谋受邀回到台湾，请他帮助制定一项建立半导体产业的商业计划。张忠谋在一次接受计算机历史博物馆的采访时解释说，他手头没有什么基础：

制订前我想先看看我们都多少家底。我的结论是，（手头的东西）很少。我们没有研发实力，就算有也非常小。我们没有电路设计，IC产品设计的优势。我们在销售和市场营销方面几乎没有优势，在知识产权方面几乎也没有优势。台湾唯一可能的优势，甚至也只是潜在优势，而不是明显优势，是半导体制造，晶圆制造。那么，你要建立一家什么样的公司才能适应这种优势并避免其他所有的劣势呢？答案就是纯粹的晶圆代工厂……

在选择纯粹的代工模式时，我设法利用了台湾唯一的优势，并设法避免了许多的其他劣势。不过，纯晶圆代工厂模式有个问题，这也许是个致命问题，那就是，“市场在哪里？”

后来发生的事情正是克里斯滕森将在几年之后描述到的：台积电通过“促进独立、非集成的组织去销售、购买和组装部件和子系统”而创造了市场。说得具体一点，张忠谋让芯片设计师创办自己的公司：

我在TI和通用仪器公司工作的时候，看到很多的IC设计工程师都想离开创办自己的企业，但他们离开这些公司存在唯一一个最大的阻碍，那就是他们没法筹集那么多的钱去组建自己的公司。因为在当时，大家认为每一家公司都需要制造，都需要晶圆制造，这些是半导体公司和IC公司资本投入最大的部分。我目睹了所有那些有离开想法但是最后都因为缺乏筹集大量资金来建立晶圆厂的能力而半途而废的人。所以，我认为也许台积电（作为一家单一业务的晶圆代工厂）可以纠正这一点。由于我们能够纠正这一点，这些设计师因此就可以成功建立自己的公司，然后就会成为我们的客户，从而将为我们构建一个稳定且不断增长的市场。

这种做法见效了。图形处理器就是早期的例子：英伟达公司成立于1993年，当时只用了2000万美元，这家公司从未拥有自己的晶圆厂。高通在生产自己的最早设计上面损失了数百万美元之后，于2001年把芯片制造部门剥离了出去，专注于设计，十年后，苹果也开始在没有晶圆厂的情况下制造自己的芯片。如今，成千上万的芯片设计商遍布了各个领域，从电器设备到喷气式战斗机，他们为各种利基产品制作专用芯片，他们都没有自己的晶圆厂。

这一路上还发生了一件事：就像我在2018年的《英特尔与整合的危险》中所详述的那样，台积电不仅在灵活性方面，而且在纯粹的性能方面最终都超越了英特尔：

但是，随着时间的流逝，台积电变得越来越好，在很大程度上这是因为它别无选择：很快，它的制造能力距离行业标准仅有一步之遥，并且在十年之内就赶上了（尽管英特尔始终领先于所有人）。同时，台积电的存在为专注于设计的“无晶圆厂”芯片公司的爆发式增长创造了条件……业务的增长令台积电在自身的制造能力上投入了更多资金。

简而言之，无论你关心的是哪一层面的性能，台积电都是全世界最好的芯片制造商。随之而来的是就一种全新的问题，不仅对于台积电如此，对于台湾地区而言也是这样。

国际关系问题

中美关系是复杂的。

你会注意到，代工的台湾地区，尽管大部分都是自用的，生产最高端芯片的三星母国韩国，都位于太平洋的一端。与此同时，美国位于太平洋的另一侧。俄勒冈、新墨西哥州和亚利桑那州有先进的代工厂，但那都是由英特尔运营的，而英特尔仅针对自己的集成用例生产芯片。

这一点之所以重要，是因为芯片在PC和服务器（这是英特尔的重点）以外的很多用例里面也都非常重要，也就是说台积电很重要。如今，不管是军事用途还是其他用途，几乎每个设备内部都装有处理器。其中的一些不需要特别高的性能，可以由几年前在美国和世界各地建造的晶圆厂所制造。但是，其他一些的则需要最先进的工艺，这意味着它们必须由台积电在台湾地区制造。

台积电的公告

这就是上周台积电宣布在美国建立晶圆厂的背景。来自《华尔街日报》：

全球最大的硅芯片合同制造商台积电周五表示，将耗资120亿美元在亚利桑那州建立一家芯片工厂，原因是美国对关键技术依赖亚洲的担忧增加。台积电表示，《华尔街日报》周四早些时候披露的该项目得到了联邦政府和亚利桑那州的支持。此事正当大家越来越担心美国会严重依赖台湾地区，中国大陆以及韩国来生产微电子产品和其他关键技术，特朗普政府试图开始在美国建设新的芯片工厂之时。

知情人士说，台积电是在星期二举行的董事会会议上决定着手进行该项目的，并补充说，亚利桑那州和美国商务部都参与了该计划。该公司在一份声明中表示，这家工厂将于明年开始生产，目标投产时间是2024年。台积电的新工厂将生产具备5纳米晶体管的芯片，这是当今可制造的最小、最快、最节能的芯片。台积电也是最近几个月才开始在台湾地区的一家工厂推出5纳米芯片。台积电表示，整合家工厂每月将生产20000片晶圆，对于一家仅去年一年就生产超过1200万片晶圆的公司来说，这座工厂的规模相对较小。台积电在台湾地区目前正生产其5纳米芯片的的Fab 18工厂，在2018年破土动工时每月的目标产能是10万片晶圆。

首先，尽管这则公告表面上跟富士康在威斯康星州倒霉的工厂有相似之处，但这一项目从一开始就涉嫌到政治表演，而且更重要的是，对于任何参与其中的人来说，这都没有多大意义。坦率地说，当前的局面——空置的创新中心和一家尚未完工就被改换意图的工厂——是默认的结果。

台积电的这个项目之所以有所不同，有几个原因。首先，晶圆厂的建设不会半途而废；台积电要么一投是几十亿，要么就一分都不投。第二，美国联邦政府在这笔费用上显然承担了很大一部分。第三，这正是美国联邦政府应该做的，因为其对国家安全的影响是真实的。

这的确提出了一个问题，也就是台积电对这个项目的投入程度如何。就像《华尔街日报》所言，相对而言，亚利桑那州的晶圆厂规模很小，虽然5纳米芯片是当今的顶级产品，但它们不会在2024年该晶圆厂开业的时候出现。此外，值得注意的是，台积电曾在1998年在华盛顿州设立了一家晶圆厂。这家厂还在运营，但到目前为止，台积电并未在美国进行过任何其他投资。

不过，我认为，至少从美国的角度来看，这是对这则新闻过于悲观的解读。首先，台积电当然要从小规模起步，而且会借助它已经想出来的建造技术去建厂。在台湾地区已经建好的工厂旁建一家“gigafab”（大型晶圆厂）是一回事，哪怕在过去三十年里将台积电推到了顶峰的最好员工还在同时构思下一个处理节点；但在大洋彼岸进行类似尝试则是另一回事。

不过，意义更加重大的是，在处理器技术方面，2020年的台湾地区不是末流，而是排头兵。持有重大股权的当局一直致力于将最好的技术留在当地。但美国设厂这一举动已然发生了。

技术圈要吸取的经验教训

在这一新闻当中，技术圈以及泛指的美国要吸取三大教训。

首先，虽然我们在2016年了解到技术与国内政治密不可分，但2020年给我们的教训是应该是技术与地缘政治密不可分。正是硅片让硅谷名声大振，而跟芯片决策相关的一切都与地缘政治有关，而不是经济因素。

其次，到了某个时候，每一家科技公司可能都必须选边站。也许到头来每个人都会像台积电那样陷入困境，而瑞士将不是一个选项。

第三，跟康柏很像，英特尔也是美国似乎已经迷途的寓言。出于对效率和股东价值无休止的追求，美国放弃了灵活性和弹性，转而追求最顶级的表现。英特尔是世界上最先进的芯片制造商之一，但事实证明，其功能太受制于自身的需求而没法得到普遍应用。更糟糕的是，就英特尔愿意成为合同制造商的程度而言，它希望联邦政府来买单，这样才能更好地满足股东的要求。在我看来，美国政府是正确地选择了一家实际上已经习惯了在世界范围内运营的运营商，而不是曾经习惯如此的运营商。

与此同时，台积电对着美国设立晶圆厂合理的谨慎其实给英特尔提供了一个机会。早在2013年的时候，我在Stratechery 的第一篇文章里面就曾敦促该公司拥抱制造业并放弃它的整合。如果英特尔当时采取行动的话，英特尔以及整个美国的处境都要好得多。不过就像俗话所说那样，第二好的机会就是现在——这不仅适用于英特尔，英特尔应该花这笔钱自行开展合同制造，而且也适用于美国。世界已经改变了，是时候采取相应行动了。

译者：boxi。