TSMC؛ چگونه تراشه‌ساز تایوانی رکن اصلی اقتصاد جهانی شد

زمانی‌که لی تاسن پسربچه بود، هر روز برای رسیدن به مدرسه از میان مزارع نیشکری که از قد او بلندتر بودند، رد می‌شد. حدود ۴۰ سال بعد و با افزایش سه برابری قیمت زمین در شهر محل زندگی‌اش شانهوآ، حالا او با فروش همین مزارع خرج زندگی خود را در می‌آورد. 

دلیل این تب ساخت‌ و ساز در این دهکده‌ی کوچک در جنوب تایوان ساده است و آن هم ورود پیشرفته‌ترین کارخانه‌ی تراشه ‌سازی دنیا به آن‌‎جا است. شرکت صنایع نیمه‌هادی تایوان (TSMC) که بزرگ‌ترین تراشه ساز قراردادی در دنیا است، در حال ساخت کارخانه‌ای برای تولید تراشه‌های ۳ نانومتری در شانهوآ است. این محصولات نیمه‌هادی قرار است تا ۷۰ درصد سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر از پیشرفته‌ترین نوع تراشه‌های حاضر باشند و در گوشی‌های هوشمند گرفته تا ابر کامپیوترها به کار روند. 

اما دامنه‌ی تأثیر ساخت کارخانه‌ی جدید TSMC بسیار فراتر از جنوب تایوان کشیده شده است؛ در دنیای نیمه‌هادی‌ها، اینجا مرکز جهان به شمار می‌رود.

فَب ۱۸ شرکت تایوانی TSMC که قرار است در شانهوآ در جنوب این کشور احداث شود.

این کارخانه که قرار است تولید انبوه خود را از سال آینده شروع کند، از فرآیندی برای تولید استفاده خواهد کرد که تاکنون فقط TSMC و سامسونگ الکترونیکس کره جنوبی به آن دست یافته‌اند؛ در حال حاضر، پیشرفته‌ترین تراشه‌ها ۵ نانومتر هستند، اما این تراشه‌های جدید ۳ نانومتری مزایای بزرگی را برای مصرف‌کنندگان به ارمغان می‌آورند: هرچه ترانزیستورهای تراشه کوچک‌تر باشند، مصرف انرژی آن‌ها کمتر و سرعت پردازش آن‌ها بالاتر می‌رود. 

این کارخانه با مساحت ۱۶۰ هزار متر مربع، یعنی به بزرگی ۲۲ زمین فوتبال، کاملا درخور شرکت TSMC است که بر تولیدات جهانی محصولات نیمه‌هادی کاملا چیره است. 

اگرچه TSMC به‌طور معمول در مرکز توجه نیست، اما سرمایه‌گذاری بزرگ این شرکت در فناوری پیشرفته و نفوذ روزافزون آن، به آرامی توجه دنیا را به سمت این غول تراشه‌سازی می‌کشاند.

موریس چانگ، بنیان‌گذار و اولین مدیر TSMC

درحالی‌که کمبود جهانی تراشه موجب کندی یا حتی تعلیق تولید خودرو در ژاپن، اروپا و آمریکا شده است و سیاستمداران بسیاری از کشورها خواهان درون‌سپاری تولید تراشه هستند، کنترل این شرکت تایوانی بر بازار تراشه در دنیا توجه و البته نگرانی بسیاری را برانگیخته است.

اگرچه آرزوی بسیاری از دولت‌ها است که بتوانند به موفقیتی در حد و اندازه‌ی TSMC برسند، اما به احتمال زیاد هزینه‌های این موفقیت آنقدر زیاد خواهد بود که آن‌ها را از تلاش برای رسیدن به آن باز دارد. 

به‌گفته‌ی بنیانگذار و مدیرعامل شرکت مشاوره زنجیره تأمین Seraph، «خودروسازان خود را شرکت‌های غول دنیا می‌دانند، درحالیکه غول واقعی، سازندگان محصولات نیمه‌هادی هستند و خریداران این محصولات در کارخانه‌های خودروسازی در برابر این سازندگان در حد مورچه‌اند.»

دلیل اینکه TSMC مدت‌ها از کانون توجه دنیا دور مانده این است که نیمه‌هادی‌های تولیدی این شرکت در محصولات برندهای مطرحی چون ای‌ام‌دی، اپل یا کوالکام طراحی و فروخته می‌شوند و این برندها تمام توجه را به سمت خود جلب می‌کنند.

بااین‌حال، بیش از نیمی از بازار جهانی تراشه‌های سفارشی در کنترل این شرکت تایوانی است و این سلطه با دستیابی به هر فناوری ساخت (Process Node) جدید، بیشتر نیز می‌شود؛ درحالیکه درآمد TSMC در بخش فرایندهای ساخت ۲۸-۶۵ نانومتری که در تولید تراشه‌های اکثر خودروها به کار می‌رود، تنها ۴۰ تا ۶۵ درصد است، در بخش پیشرفته‌ترین تراشه‌های در حال تولید، درآمد این شرکت تقریبا به ۹۰ درصد می‌رسد.  

از آنجایی که هر فرایند ساخت برای ظرفیت تولید جدید به توسعه‌ای چالش‌برانگیزتر و سرمایه‌گذاری بیشتر نیاز دارد،‌ سایر تراشه‌سازان در طول سال‌ها تمرکز خود را به طراحی معطوف و بخش تولید را به شرکت‌های پیشرو در صنعت ریخته‌گری همچون TSMC واگذار کرده‌اند. هرچه هزینه‌ی ساخت اجزای جدید بیشتر شد، تراشه‌سازان بیشتری نیز به برون‌سپاری روی آوردند و بدین‌ترتیب از تعداد رقیبان TSMC که به‌طور خاص در صنعت ریخته‌گری حضور داشتند، کاسته شد. 

امسال، TSMC پیش‌بینی خود را برای سرمایه‌گذاری به ۲۵-۲۸ میلیارد دلار افزایش داد که در مقایسه با سال ۲۰۲۰ افزایشی ۶۳ درصدی نشان می‌دهد و آن را بالاتر از اینتل و سامسونگ قرار می‌دهد. تحلیل‌گران بر این باورند این میزان شامل سرمایه‌گذاری در ظرفیت تولیدی این شرکت برای تأمین پردازنده‌های اینتل می‌شود. این تراشه‌ساز آمریکایی مجبور است بخشی از تولید پردازنده‌ی خود را برون‌سپاری کند، زیرا به‌شدت در تلاش است برای ساخت تراشه‌های مورد نیاز خود، به موقع به دو فناوری ساخت ۱۰ و ۷ نانومتری تسلط یابد. 

این هزینه‌ی هنگفت، شرکت‌های دیگر را از وارد شدن به گوی رقابت با TSMC باز داشته است. اما مشکل تنها هزینه نیست. کوچک کردن اندازه‌ی ترانزیستورها که برای جا بازکردن برای اجزای دیگر روی تراشه حیاتی است و میزان هزینه و مصرف انرژی را نیز کاهش می‌دهد، روزبه‌روز به چالش مهندسی بزرگ‌تری تبدیل می‌شود که هر شرکتی توان غلبه بر آن را نخواهد داشت.

برای درک بهتر این چالش خوب است بدانید اندازه‌ی ترانزیستور با فناوری ساخت ۳ نانومتری، تنها ۱/۲۰٬۰۰۰ ام یک تار موی انسان است و تغییراتی که لازم است بر دستگاه‌ها و مواد شیمیایی مورد نیاز تولید ترانزیستورها در این اندازه صورت بگیرد، به مراتب برای شرکتی که تمام تمرکزش را روی این موضوع گذاشته، آسان‌تر است. 

تسلط فزاینده‌ی TSMC بر صنعت تولید تراشه توجه دنیای سیاست را نیز به خود جلب کرده است. شوک ناشی از کمبود تراشه‌ی خودرو، فشار دولت‌ها را برای تولید بومی تراشه بیشتر کرده است تا به این ترتیب زنجیره‌های تأمین از آسیب سناریوهایی چون همه‌گیری کرونا یا نفوذ رقیبان ژئوپلیتیکی آمریکا نظیر چین در امان بمانند. 

در آمریکا، قانونگذاران کمبود تراشه را عاملی برای اثبات نیاز کشور به احیای تولید داخلی بیشتر محصولات نیمه‌هادی می‌دانند. سال گذشته، TSMC تحت فشار سیاسی دولت دونالد ترامپ متعهد به ساخت کارخانه‌ا‌ی ۱۲ میلیارد دلاری در آریزونا شد.

نگرانی و فشار ژاپن نیز از کنترل TSMC بر صنعت تراشه، این شرکت تایوانی را بر آن داشت تا ماه گذشته اعلام کند شرکتی تابعه در ژاپن به منظور تحقیق در مورد مواد نیمه‌هادی جدید تأسیس خواهد کرد. به‌گفته‌ی یکی از مقامات ژاپن، تمرکز TSMC در تایوان ممکن است خطر جنگ را بالا ببرد. 

اعضای اتحادیه اروپا نیز در تلاشند تولید تراشه‌های پیشرفته را به خاک اروپا بازگردانند. تراشه‌سازان اروپایی مانند Infineon ،NXP و STMicroelectronics سال‌ها است توجه خود را از تولید به طراحی معطوف کرده‌اند؛ به همین خاطر است که ظرفیت تولید تراشه‌ی اروپا چندین نسل عقب‌تر از فناوری ساخت شرکت‌های پیشرو مانند TSMC و سامسونگ است. به‌گفته‌ی مدیر ارشد یک شرکت تراشه‌سازی اروپایی، «در حال حاضر، ما در حوزه‌ی فناوری ساخت در مرحله‌ی ۲۲ نانومتری هستیم. جهش از ۲۲ نانومتر به ۲ نانومتر مثل این است که بخواهی با یک پرش روی برج تایپه ۱۰۱ فرود بیایی؛ اگر موفق نشوی، سقوط می‌کنی.»

از طرفی، تحلیل‌گران این صنعت هشدار می‌دهند تلاش‌ دولت‌ها برای بومی‌سازی تراشه ممکن است ناپایدار باشد. به‌گفته‌ی پیتر هنبری، یکی از شرکای بین اند کمپانی در سانفرانسیسکو، «برای تولید تراشه‌ی ۳ نانومتری، ۱۵ میلیارد دلار هزینه نیاز است و دو سال بعد، این رقم به ۱۸ میلیارد دلار و بعد از آن به ۲۰ میلیارد دلار خواهد رسید. این هزینه‌ها بسیار گزاف است و برای پیشرو ماندن باید مرتب سرمایه‌گذاری‌های کلان انجام داد.»

این دقیقا همان عاملی است که به رشد چشمگیر TSMC و تسلط آن بر صنعت تراشه‌سازی منجر شد. رقیبان این شرکت یکی پس از دیگری از خیال رقابت با ظرفیت تولید تراشه‌های پیشرفته منصرف شدند، چرا که از پس هزینه‌های سرسام‌آور سرمایه‌گذاری در این حوزه برنمی‌آمدند. 

از طرفی اینتل به‌تازگی اعلام کرد قرار است یک کارخانه‌ی ریخته‌گری اختصاصی راه اندازی کند و همچنین برای تأسیس دو فب جدید در آریزونا ۲۰ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری کند. این اعلام اینتل که همچنان با فناوری تولید پیشرفته دست‌وپنجه نرم می‌کند، با تردید برخی تحلیل‌گران صنعتی روبه‌رو شده است.

در هر صورت، TSMC به این سادگی برتری خود را تسلیم رقیبان نخواهد کرد. برنامه‌ی سرمایه‌گذاری هنگفت TSMC برای سال جاری نشان می‌دهد این شرکت برای حفظ جایگاه خود بسیار مصمم است. 

به‌گفته‌ی مدیر شرکت فروش ابزار نیمه‌هادی، «بخش قابل توجهی» از هزینه‌های پیش‌بینی شده‌ی TSMC به خرید دستگاه‌های لیتوگرافی پرتوهای فرابنفش بسیار قوی (EUV) که برای فب‌های پیشرفته ضروری است، اختصاص خواهد یافت.

این در حالی است که ASML، شرکت هلندی پیشرو در بازار EUV، به‌تازگی عنوان کرد ظرفیت تولید این شرکت کمتر از تقاضا است. از این رو تحلیل‌گران بر این باورند سفارشات TSMC برای خرید دستگاه‌های EUV، هر رقیب بالقوه‌ی دیگر را از گوی رقابت دور نگه خواهد داشت؛ و هرچه اینتل برای غلبه بر مشکلات و چالش‌های خود معطل کند، فاصله‌ی این شرکت با TSMC بیشتر خواهد شد.

برنامه‌ی اینتل هرچه باشد، فعلا موقعیت شرکت تایوانی TSMC به‌عنوان پیشرو در صنعت تراشه‌سازی پیشرفته تزلزل‌ناپذیر باقی خواهد ماند.