台積電的EUV光刻機不能用了?深謀遠慮的張忠謀終究是漏算了一籌

台积电的崛起过程中最为重要的人物就是其创始人张忠谋。出生于1931年的张忠谋在1985年,已经54岁的高龄时辞去了当时担任的德州仪器首席运营官的职务,回到了当时半导体产业基础为零的台湾省,从一片空白中创建出了日后全球市值最高的半导体企业——台积电。

对于张忠谋来说,这是一个赌上了自己所有名誉和声望的决定,他用自己在半导体产业积攒了半辈子的声望,来换取一个台湾省半导体产业崛起的机会。在台积电最初的2亿美元投资中,来自台湾省的投资为1亿美元,飞利浦投资了5000万美元,剩下则是当地一些企业的捧场。而对于张忠谋自身来说,这是一场一旦失败自己就将一无所有的赌局。

虽然台积电面临着技术不足、工程师匮乏的问题,但是台积电也看到了芯片产业变革的预兆。在上世纪80、90年代,来自日本的半导体厂商占据了大部分的市场份额,全球前十大半导体企业中,日本的NEC、东芝、日立、富士通、三菱、松下占据了其中六席,前三更是全部被日系半导体厂商收入囊中。日系半导体厂商崛起的一个重要因素就是当时半导体所采用的IDM((IntegratedDeviceManufacture)模式。

IDM模式简单来说就是一种垂直整合模式,包括芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试在内的全部流程都由一家企业所独立完成。得益于当时日本科技产业的高速发展,在上游半导体材料领域有东京电子、住友化学、信越化学等材料巨头,在光刻机领域有尼康和佳能这两大光刻机巨头(ASML当时还远远无法和这两大巨头竞争),在半导体厂商中也在全球前十中拿下六席。

这种IDM模式也让日本成为全球半导体行业的最大赢家,但是利润独占的模式也引起了其他国家的不满,特别是昔日的半导体产业霸主美国。在动用了“301调查”以及《美日半导体协定》等手段之后,日本半导体产业遭受了重创。

这时台积电也迎来了最好的机会,张忠谋知道在IDM领域很难从零开始和这些半导体巨头竞争,于是台积电开始集中发力Foundary模式,也就是台积电仅负责整个芯片产业链中的制造这一环节,其他如芯片设计等环节则被台积电所放弃。如此一来的结果就是如英伟达(Nvidia)等只负责芯片设计的企业崛起,同时台积电也凭借芯片制造这一单点实现突破,逐渐反超众多IDM企业并成为全球芯片制造领域的王者。

相对于日系半导体厂商一家独大的IDM模式,台积电的崛起间接促进了高通、英伟达、博通以及AMD等厂商的发展,这种共赢的模式也使得台积电走上了快速发展的道路,其4195亿美元的市值也力压三星电子3016亿美元市值、德州仪器1504亿美元市值、高通1438亿美元市值、英特尔1281亿美元市值成为全球市值最高的半导体企业。

台积电的成功可以说是张忠谋个人卓越眼光的直接结果,如果没有他独辟蹊径,从单点突破打破IDM模式,那么基本上就不会有如今台积电所获得的巨大成功。但是芯片产业的发展实际上也超过了张忠谋当初的预计,如今台积电正面临一个严重的问题,而EUV光刻机也不得不停机。

这个制约台积电发展的最大因素就是电力供应不足。一台EUV光刻机每天就要用掉3万度电,目前台积电大约拥有80台EUV光刻机,那么也就意味着仅仅这80台EUV光刻机一年就要用掉8亿度电,再加上其他设备之后更是使得台积电的用电总量水涨船高。2021年台积电实际用电量已接近170亿度,占全台湾省用电量的8%左右。如今随着全球能源供应紧张,台积电缺电的问题也就更加凸显,因此不得不关闭部分EUV光刻机。

为了缓解台积电的用电问题,张忠谋之前也做过相关布局,那就是在其他地区建厂。但是如今看来亚利桑那州的工厂已经出现了大幅延期,再加上不断增长的建设和原材料费用,最初预定的120亿美元也已经显得岌岌可危。

对于台积电来说,亚利桑那工厂的延期不仅仅是经济上的损失,更为重要的则是失去了战略先机以及发展的机会。随着芯片制程的进一步提升,未来3nm、2nm、1nm的耗电量将进一步提升,以如今台积电的客观条件,其在先进制程上的继续研究和发展无疑是寸步难行的。

不可否认张忠谋从零建设起台积电堪称一个奇迹,但如今这个奇迹也已经走到了尽头。大家认为台积电应该如何解决电力资源这个客观问题?欢迎留言讨论。