TSMC: големият гигант от малкия остров

На северозападния бряг на малкия остров Тайван се намира една от най-важните в целия свят компании, за която навярно всички са чували, но не знаят нищо по-подробно. Това е компанията TSMC, която е най-големият на планетата производител на чипове по поръчка и чрез предварително сключени договори, благодарение на които работят нашите смартфони, лаптопи, автомобили, часовници, хладилници и още много други. Произвеждайки необходимите SoC за компании като Apple, Intel, Qualcomm, AMD, Nvidia и още редица други, тази компания се превърна в нещо като геостратегическа мигрена за големите световни икономики и едновременно с това е технологичното бижу на Тайван.

Пазарната капитализация на TSMC достига почти половин трилион щ. долара, като тази компания контролира половината от пазара на произвежданите на договорни условия чипове. И което е по-важно, тайванският технологичен гигант произвежда над 90% от най-съвременните и най-иновативни процесори в целия свят. Пандемията и недостигът на чипове направиха от тази досега предимно анонимна компания за услуги мощен център за глобална борба за бъдещето на новите и на бъдещите технологии. Американците считат продукцията на TSMC за изключително критична, а правителствата на Япония и Южна Корея я считат за точно толкова важна, колкото ориза, който е аналогът на хляба за тези азиатски републики.

Защо точно Тайван?

Остров Тайван е разделен от континенталната част на Китай от така нареченият Тайвански проток. Между частично признатата Китайска република, под чийто контрол се намира островът, и Китайската народна република, която управлява континентален Китай, по права линия има едва от 130 до 170 километра солена вода. Но в политиката и идеологията разстоянията между тях са огромни.

Тези две държави споделят обща история, която започва да се разминава след приключването на гражданската война в средата на миналия век. Губещите бягат в Тайван, а победителите остават на континента. С някои особености и едната, и другата страна успяват да изградят водещи световни икономики, като същевременно поддържат твърде напрегнати отношения помежду си. Континенталният комунистически Китай получи световно признание и в крайна сметка зае мястото на Тайван в ООН, който от своя страна, въпреки изключително ограниченото дипломатическо признание, вече има огромен брой партньори по целия свят.

Но нека да оставим тези трудни и сложни взаимоотношения на историците и политиците. Не са необходими много познания, за да се оцени уникалността на TSMC, нейната невероятна история и още по-удивителната позиция в наши дни.

През първите дни на съвременната компютърна индустрия, пионерите като Intel проектираха и изградиха съвсем нови чипове в рамките на собствената си компания. Но през 80-те години на миналия век американските компании трябваше някак си да се противопоставят на японските конкуренти.

За да останат конкурентоспособни, редица американски компании възлагат на външни изпълнители производствената страна на своя бизнес, като прехвърлят производството в държави с евтина работна ръка. Едновременно с това те се фокусират предимно върху по-печеливши бизнес аспекти какъвто е разработването и дизайнът на нови чипове. Производствените фабрики са скъпи, работната сила в Щатите съвсем не е евтина, маржовете са ниски. От икономическа гледна точка това прехвърляне на производството извън пределите на САЩ изглежда съвсем логично.

Именно тази тенденция е уловена от Морис Чан (Morris Chang). Той е роден в Китай, а по време на Втората световна война и последвалата гражданска война успява да се прехвърли в Хонконг, който по това време все още е британска колония. Оттам се мести в САЩ, където учи в Харвард и получава бакалавърска и магистърска степен по машинно инженерство в Масачузетския технологичен институт.

През 1958 година Чан започва работа в Texas Instruments. Именно през тази година в централната изследователска лаборатория на компанията е изработена първата работеща интегрална схема, според терминологията от това време. По този начин Морис има всички шансове да улови този ключов исторически момент, който поставя една съвсем нова насока в компютърната индустрия.

Чан остава цели 25 години в Texas Instruments, издигайки се до позицията на вицепрезидент на екипа, отговорен за глобалния полупроводников бизнес на компанията. През това време той работи по един от първите договорни проекти в тази област: аутсорсинг производството на един от чиповете е възложено на американската IBM. По този начин Морис се оказва пионер в тактиката за първоначалното ценообразуване на чиповете на загуба, очаквайки, че ранното печелене на пазарен дял по-късно ще нарасне до точката, в която намаляването на разходите ще доведе до печалба. Оказва се прав.

Какво се случва в Тайван през тези години? Както при повечето икономики от Южна Азия, основният поминък на местните жители е селското стопанство. Някъде през 60-те години на миналия век започва полагането на основите на бъдещото тайванско чудо. То е едно от четирите икономически чудеса в Югоизточна Азия, по-известни като „Азиатските тигри“. Правителството приема редица нови закони, провежда поземлена реформа, започва индустриализация с чуждестранни кредити, намалява контрола върху пазара и финансите и се отваря за чуждия капитал.

Кратка история на експанзията

През 1973 година в страната е основан Научноизследователският институт по индустриални технологии. Един от главните архитекти на тайванското икономическо чудо е Сун Юн-Суан (Sun Yun-suan), който през втората половина на 80-те години на миналия век решава, че Морис Чан е най-подходящият човек за позицията на председател и президент на този институт. Чан се премества в Тайван, и през 1987 година си партнира с правителството, с технологичния гигант Phillips и с частни инвеститори, за да основе съвсем новата TSMC. Това е време, когато западните фирми все повече се убеждават в икономическия смисъл на изнасянето на своите производствени мощности в Азия.

В страната постепенно се откриват технологични паркове, а местните компании стават важни доставчици на микроелектроника, периферия, персонални компютри и други за световноизвестни брандове като DEC и IBM. Тайванската TSMC не е изключение. Тази компания според редица пазарни анализатори прилича на онзи човек в класа, който прави домашните на всички останали.

Всичко започва с Fab 1 – първата лаборатория, превърната във фабрика за производство на чипове. TSMC я взема под наем от държавата за период от 14 години. Тази фабрика произвежда 6- и 8-инчови силициеви пластини в продължение на много години, използвайки 0,5 µm (500 nm) или дори по-висок технологичен процес. TSMC започва с два микрона, но бързо намалява разликата с индустриалните стандарти от това време.

За сравнение, в наши дни най-модерните технологии са на ниво 5 нанометров технологичен процес. Отново за сравнение, повечето от изследваните днес най-различни вируси имат диаметър в диапазона от 20 до 300 nm. Разликата е колосална, като се има предвид, че транзисторите са измислени и направени от човека, а не от природата.

Компанията бързо се разраства и успява да изгради и стартира по една нова фабрика на всеки три години, едновременно въвеждайки нови технологии за тестване и сортиране на силициевите пластини, за изготвяне на необходимите маски за тяхното ецване, както и съвсем нови подходи за проектирането и най-вече за тестването на новите чипове. Към 1992 година TSMC постепенно става водещият производител на чипове чрез предварително сключени договори. 

В средата на 90-те години започва големият бум в сферата на персоналните компютри. TSMC изгражда трета огромна фабрика, като се договаря с AMD да произвежда нейните процесори, като едновременно с това листва своите акции на Тайванската фондова борса и продължава да инвестира в най-новите технологии и в увеличаване на своя производствен капацитет. Инвестициите са сериозни – милиарди щ. долари годишно.

Технологичният гигант

Към днешен ден TSMC има 17 активно работещи фабрики за чипове. И това все още не е достатъчно. Ако в началото на 2000-те години компанията инвестира около милиард долара годишно в разработване, то през следващите три години тя инвестира $100 милиарда. Факт е, че фабриките, които произвеждат чиповете са изключително скъпи. Те са запълнени с изключително прецизни инструменти и модерни технологии и струват наистина много пари – само едната от тях се оценява на минимум $17 милиарда.

Едно от най-скъпите неща в тези фабрики са чистите помещения. За да се произведат тези микроскопични транзистори върху силициевите пластини не може да се допусне падането дори и на една прашинка, което би довело до бракуването на огромна партида кристали и системи върху чипа.

А прахът е навсякъде: това са частици от човешката кожа и тъкани, мръсотия, която полепва по обувките и още много други подобни. Ето защо в индустриите от подобен род служителите винаги са облечени в защитни костюми и маски. Не защото нещо ги заплашва, а защото самите те представляват опасност за технологичните процеси и могат несъзнателно да причинят дефекти и голям процент брак в производството.  Използват се специални костюми и система от въздушни шлюзове за почистване на служителите от всякакъв вид прах, който са донесли със себе си отвън.

Това, разбира се, съвсем не е достатъчно. За да се намали количеството прахови частици във въздуха до минимално възможно ниво се изгражда сложна система за вентилация и филтриране на въздуха. Всички помещения са изолирани, а подът в най-скъпите и важни помещения се почиства с помощта на специализиран въздухозаборник. Разбира се, климатичните норми в тези помещения са строго стандартизирани: влажността и температурата се поддържат в рамките на точно определените стойности, вибрациите и дори електромагнитните полета са под най-строг контрол.

Всички тези помещения, материали, оборудване, специализирана техника и консумативи са направени от специални материали, които не генерират прах в мащаб, опасен за производство. Ето защо е необходима една наистина астрономическа сума, за да се създаде подобна фабрика, да не говорим за машините за директно производство на чипове.

Най-новата фабрика на TSMC включва свръхчисти помещения с размерите на две дузини футболни игрища, с ниво на чистота не повече от 10 частици на кубичен метра въздух, със специални роботи под тавана, които транспортират необходимите материали, както и уникални машини за фотолитография.

TSMC е лидерът в надпреварата за намаляване технологичния процес при производство на чиповете.. Компанията е в състояние да произвежда чипове с невероятна плътност на транзисторите. Единствено Samsung все още успява да се конкурира в тази област, но тайванците вече са готови да ги изпреварят с цяло едно поколение. Споменатата по-горе фабрика ще произвежда чипове по 3 нанометров технологичен процес. Той ще направи транзисторите още по-малки, чиповете ще работят още по-бързо, като едновременно с това тяхната консумация ще намалее. С този технологичен процес TSMC ще остави процесорния гигант Intel две поколения зад себе си.

Последните успехи на тайванците често се свързват с един много важен клиент – американската Apple. Преди време чиповете за смартфони на корпорацията от Купертино се правеха от Samsung. Но поради непрекъснато нарастващата конкуренция Apple реши да смени изпълнителя

Ето как най-модерните технологии в производството на процесори и най-сложните чипове се съсредоточиха на територията на един малък остров. А пандемията и възникналия дефицит за полупроводникова продукция показаха, че целият технологичен свят изключително много зависи от Тайван. Ето защо, конкурент на компанията TSMC вече станаха цели държави, понеже нито една отделна компания вече не може да създаде подобен мащабен и съвършен технологичен бизнес.