《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》第六部分：张忠谋的大联盟

《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》是美国经济史学家克里斯·米勒撰写、蔡树军翻译的科技类著作。该书以半导体产业全球分工为主线，追溯从冷战至今的芯片技术发展历程，阐释芯片在现代军事、经济和地缘政治中的战略地位。全书涵盖美国通过技术博弈确立主导地位、台湾半导体产业崛起、华为5G技术受限等案例，分析全球芯片短缺与供应链危机背后的国家竞争。书中提及美国《芯片法案》补贴政策、EUV光刻机研发困境等议题，揭示大国在人工智能与军事技术领域的核心博弈。

张忠谋的大联盟

杰瑞·桑德斯可能承诺永远不会放弃自己的晶圆厂，但这一代用铅笔刀和镊子设计芯片的工程师已经离开了这个领域。他们的接班人受过计算机新学科的培训，许多人主要通过20世纪80年代和90年代新出现的芯片设计软件了解半导体。对于硅谷的许多人来说，桑德斯对晶圆厂的浪漫依恋，似乎和他那男子气概的大张旗鼓格格不入。在21世纪开始接管美国半导体公司的新一代首席执行官，倾向于使用MBA和博士的语言，在季度盈利电话会议上与华尔街分析师随意谈论资本支出和利润率。以大多数标准来衡量，这一代新的管理人才远比硅谷的化学家和物理学家更专业。但与之前的巨人相比，他们往往显得陈腐。

一个对不可能实现的技术疯狂下注的时代正被更有组织、专业化和合理化的东西取代。抵押房子式的赌博被经过仔细计算的风险管理取代。在这一过程中，人们很难摆脱失去了一些东西的感觉。在芯片行业的创始人中，只有张忠谋留下来了，他在中国台湾的办公室里抽着烟斗，他辩称这一习惯对他的健康有好处，至少对他的心情有好处。21世纪初，张忠谋开始考虑继任计划。2005年，74岁的他辞去了首席执行官的职务，尽管他仍然是台积电的董事长。也许很快就没有人记得谁和杰克·基尔比一起在实验室工作，或者和罗伯特·诺伊斯一起喝啤酒

芯片行业高层的变化，加速了芯片设计和制造的分离，大部分芯片制造被离岸外包。在桑德斯从AMD退休五年后，该公司宣布将其芯片设计和制造业务分开。华尔街欢呼雀跃，认为如果没有资本密集型的晶圆厂，新的AMD将更有利可图。AMD将这些制造业务分拆成一家新公司，将像台积电一样运营，不仅为AMD生产芯片，也为其他客户代工。阿联酋的政府投资部门姆巴达拉（Mubadala）成为新公司的主要投资者。对于一个以碳氢化合物石油而非高科技闻名的国家来说，这是一项出乎意料的工作。美国外国投资委员会（CFIUS）是美国政府机构，负责审查国外购买战略资产的情况。该委员会认为这个交易不会对国家安全产生影响，表示同意。但AMD生产能力的命运最终将塑造芯片行业，并保证最先进的芯片制造在海外进行。

格芯这家继承了AMD晶圆厂的新公司，进入了一个竞争激烈、无情的行业。摩尔定律在20世纪和21世纪初向前推进，迫使尖端芯片制造商花费越来越多的资金，大约每两年推出一套新的、更先进的制造工艺“节点”。智能手机、个人电脑和服务器芯片迅速迁移到新的“节点”，晶体管的密度更高，处理能力更强，功耗更低。每个工艺节点转换都需要更昂贵的机器来实现。

多年来，每一代制造技术都是以晶体管栅极的长度命名的，栅是晶体管的一部分，可以控制晶体管的打开和关闭。180纳米节点是在1999年首创的，随后是130纳米、90纳米、65纳米和45纳米，每一代的晶体管都会缩小到足以在同一区域内容纳大约两倍数量的晶体管。这降低了每个晶体管的功耗，因为较小的晶体管需要较少的电子流过它们。

大约在21世纪前十年早期，通过2D缩小晶体管来更密集地制造晶体管变得不可行。一个挑战是，当晶体管按摩尔定律缩小时，即使开关关闭，狭窄沟道偶尔也会导致电流“泄漏”。除此之外，每个晶体管顶部的二氧化硅层变得非常薄，以致产生量子效应，比如“量子隧穿效应”（电子穿越经典物理认为不可能跨越的障碍）开始严重影响晶体管的性能。到2005年左右，每个晶体管顶部的二氧化硅层可能只有几个原子厚，这太薄了，无法抑制电子隧穿。

为了更好地控制电子的运动，人们需要新的材料和晶体管设计。与20世纪60年代以来使用的2D设计不同，22纳米节点引入了一种新的3D晶体管，称为FinFET，它看起来像鲸鱼背部突出的鳍。连接晶体管两极的导电通道不仅可以从鳍的顶部施加电场，也可以从鳍的侧面施加电场，从而加强对电子的控制，以克服漏电现象。这些纳米级的3D结构对于摩尔定律的延续至关重要，但它们的制作难度惊人，在沉积、蚀刻和光刻方面需要更高的精度。这增加了主要芯片制造商是否都能完美地实现FinFET结构的转换，或者是否会落后的不确定性。

2009年，当格芯作为一家独立公司成立时，行业分析人士认为，在3D晶体管的竞争中，该公司处于可赢得市场份额的有利地位。台积电的前高管承认，台积电也在对此表示担心。格芯继承了德国的一家大型工厂，并在纽约建造了一家新的尖端工厂。与竞争对手不同，格芯把最先进的生产能力建立在发达经济体，而不是亚洲。格芯与IBM和三星建立了合作伙伴关系，共同开发技术，使客户可以直接与格芯或三星签订生产芯片的合同。此外，无晶圆厂芯片设计公司渴望格芯成为台积电的可靠竞争对手，因为这家中国台湾的巨头已经占据了全球约一半的芯片制造市场。

对于格芯来说，另一个主要竞争对手是三星。三星芯片制造业务的技术与台积电大致相当，尽管其生产能力弱得多。不过，由于三星的部分业务涉及内部设计的芯片，所以三星出现了一些复杂情况。像台积电这样的公司为几十家客户制造芯片，并不遗余力地让客户满意，但三星有自己的智能手机和其他消费电子产品，因此三星在与许多客户竞争。这些公司担心，与三星芯片代工厂分享的想法可能最终会出现在其他三星产品中。台积电和格芯没有这种利益冲突。

在格芯成立之际，向FinFET晶体管的转变并不是对芯片行业的唯一冲击。台积电的40纳米工艺节点曾面临严重的良率问题，这给了格芯一个机会，使其在与大型竞争对手的竞争中脱颖而出。此外，2008—2009年的金融危机威胁着芯片产业的重组。消费者不再购买电子产品，科技公司也不再订购芯片，半导体的采购大幅下滑。台积电的一位高管回忆道，感觉就像是一部电梯在空旷的竖井里倾斜。如果说还有什么能颠覆芯片产业的话，那就是全球金融危机。

不过，张忠谋并不打算放弃芯片制造业务的主导地位。自从他的老同事杰克·基尔比发明集成电路以来，他经历了行业的每一个周期。他确信这次衰退最终也会结束。过度扩张的公司将被挤出市场，让那些在经济低迷时期投资的公司占据市场份额。此外，张忠谋早就意识到智能手机将如何改变计算，从而改变芯片行业。媒体聚焦于年轻的科技大亨，比如脸书的马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg），但时年77岁的张忠谋有着无人能与之匹敌的视角。他告诉《福布斯》，移动设备将成为芯片行业的“游戏规则改变者”，他认为移动设备预示着个人电脑带来的重大变革。他决定不惜一切代价赢得这项业务的最大份额。

张忠谋意识到台积电可以在技术上领先于竞争对手，因为台积电是一个中立的参与者，其他公司将围绕台积电设计产品。张忠谋称这是台积电的“大联盟”，是一个由数十家设计芯片、销售知识产权、生产材料或制造机械的公司组成的伙伴关系。其中，许多公司相互竞争，但由于它们没有制造芯片，因此没有一家公司与台积电竞争。因此，台积电可以在它们之间进行协调，并且制定芯片行业大多数其他公司都同意使用的标准。它们别无选择，因为与台积电工艺的兼容性对所有公司都至关重要。对于无晶圆厂公司来说，台积电是他们最具竞争力的制造服务来源。对于设备公司和材料公司来说，台积电通常是它们最大的客户。智能手机开始飞速发展，推动了对硅的需求，张忠谋坐在了中心位置。张忠谋宣称：“台积电知道利用每个人的创新是很重要的，比如我们的创新、设备制造商的创新、客户的创新以及IP提供商的创新。这就是大联盟的力量。”他吹嘘道：“台积电及其十大客户的研发支出总和，超过了三星和英特尔的总和。”当其他行业围绕台积电联合时，整合设计和制造的旧模式将难以竞争。

台积电在半导体领域的中心地位要求它有能力为所有大客户生产芯片，这样做并不便宜。在金融危机中，张忠谋精心挑选的继任者蔡力行（Rick Tsai）做了每一位首席执行官都做过的事情：裁员和削减成本。张忠谋想做相反的事，要让40纳米芯片的生产重回正轨，台积电需要在人员和技术方面进行投资。为了赢得更多的智能手机业务，尤其是苹果在2007年推出的iPhone（苹果最初从台积电的主要竞争对手三星手中购买关键芯片），台积电需要在芯片制造能力方面进行大量投资。张忠谋认为，奉行削减成本的蔡力行是一个失败主义者。张忠谋事后告诉记者：“公司的投资非常少，我一直认为公司有能力做更多的事情。但这并没有发生。公司出现了停滞。”

因此，张忠谋解雇了他的继任者，重新获得了台积电的直接控制权。台积电股价当天下跌，投资者担心张忠谋会启动一个回报不确定的高风险支出计划。张忠谋认为，真正的风险是安于现状。他不想让金融危机威胁台积电争夺行业领导力。他在芯片制造方面有着半个世纪的经历，这是他自20世纪50年代中期以来积累的声誉。因此，在危机最严重的时候，张忠谋重新雇用了前首席执行官解雇的员工，并加倍投资于新产能和研发。尽管面临危机，张忠谋还是宣布在2009年和2010年增加几十亿美元的投资。张忠谋宣称：“产能过大比产能不足要好。”任何想进入代工业务的人都将面临台积电的全面竞争，因为台积电全力抢占蓬勃发展的智能手机芯片市场。2012年，张忠谋在进入半导体行业的第六个十年时宣布：“我们才刚刚开始。”