Мировая битва за производство полупроводников
Несколько недель назад президент Джо Байден был в Нидерландах, где попросил голландское правительство ограничить экспорт продукции компании под названием ASML в Китай. ASML — единственная компания в мире, которая производит конкретную машину, необходимую для производства самых современных чипов. Apple не смогла бы производить чипы для iPhone без этой единственной машины от крупнейшей голландской компании. ASML формирует не только голландскую экономику — она формирует всю мировую экономику. Как это произошло?
Крис Миллер, профессор Тафтса и автор книги «Chip War: The Fight For The World’s Most Critical Technology» («Война чипов: борьба за самую важную технологию в мире»), в интервью изданию The Verge рассказал об этом, а также глубоко погрузился в геополитику и совершенно захватывающий процесс производства чипов. Здесь есть все: внешняя политика, мощные лазеры, горячие руководители, монополии, фундаментальные ограничения физики и, конечно же, Техас. Начинаем.
Крис Миллер — профессор Школы Флетчера при Университете Тафтса и автор книги «Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology». Добро пожаловать в Decoder.
Спасибо, что пригласили меня.
Мы собрались здесь из-за недавней новости, которая показалась мне показательной для всех видов вещей, происходящих в мире технологий и в индустрии чипов в целом, а именно: президент Байден пытается оказать давление на правительство Нидерландов, чтобы оно не поставляло оборудование для производства чипов в Китай. На первый взгляд, это кажется очень удивительной геополитической ситуацией. Не могли бы вы объяснить, что там происходит?
В настоящее время США пытаются перекрыть Китаю доступ к производству современных полупроводников на том основании, что передовые полупроводники критически важны для обучения систем искусственного интеллекта. Если вы не можете получить доступ к самым передовым чипам, то вы не сможете добиться значимых успехов в ИИ.
Чтобы изготовить передовой полупроводник, вам необходимо приобрести станки всего у нескольких компаний по всему миру, которые обладают достаточной точностью для производства этих инструментов. Одной из самых важных таких компаний является фирма ASML, расположенная в Нидерландах. Она обладает уникальными возможностями — которые никто в мире не может повторить — для производства оборудования, называемого EUV-литографией, без которого создание современных чипов просто невозможно.
Изучая этот вопрос, я понятия не имел, что ASML является крупнейшей компанией в Нидерландах и во многом критически важна для их экономики. Большинство людей не осознают, что производство микросхем занимает такое центральное место в экономике этой страны. Судя по вашей книге, процесс разработки EUV начался здесь, в США, в компании Intel, а затем полностью Intel отказалась от него. Как получилось, что голландская компания стала владельцем этой важнейшей технологии производства микросхем?
Концепция литографии, которая представляет собой процесс использования света для создания рисунков на полупроводниковых пластинах, была изобретена в США в конце 1950-х годов и применялась в индустрии микросхем с первых дней появления первых полупроводников. Индустрия производства микросхем была основана в США — в Техасе и в Кремниевой долине. Поэтому ранними пользователями литографии были в основном американские фирмы. В 1980-х и 1990-х годах промышленность пыталась перейти к более продвинутому типу литографии под названием EUV (экстремальная ультрафиолетовая) литография, что относится к типу света, который используется в этих системах.
Большая часть исследований финансировалась Intel и несколькими другими американскими компаниями, производящими чипы, и проводилась в национальных лабораториях США. Они располагали оборудованием и возможностями тестирования, необходимыми для получения ультрафиолетового света с требуемой длиной волны. Но не было американской фирмы, которая могла бы коммерциализировать это оборудование. Даже несмотря на то, что наука и технология были в основном разработаны в Калифорнии. ASML была компанией, которая уже производила инструменты для литографии старого поколения и обладала возможностями для превращения научных разработок в серийно выпускаемые устройства. Это позволило ASML выйти на траекторию, на которой она находится сегодня: единственный в мире производитель станков, способных производить EUV-излучение и использовать его для производства полупроводников.
Не могли бы вы рассказать нам об основах EUV-литографии и о том, как с ее помощью производятся чипы?
Прежде всего, что такое литография? Если вы хотите сделать узоры на полупроводниковых пластинах, вы делаете это, просвечивая свет через специальные маски. Маски блокируют свет в определенных областях и пропускают его в других, и таким образом вы получаете узор в миниатюрной версии на чипе. Современные чипы сегодня содержат миллионы, а часто и миллиарды крошечных схем, вырезанных в них. Часто они размером с вирус или даже меньше, поэтому вам действительно нужны сверхточные возможности углерода.
В EUV-литографии используется свет с длиной волны 13,5 нанометров — ультра-малый свет, намного меньший, чем длина волны видимого света. Вам нужен свет с очень малой длиной волны, потому что схемы, которые вы вырезаете, очень, очень крошечные; они сами часто имеют размеры всего в пару нанометров. Производить этот тип света очень сложно, потому что он находится рядом с рентгеновским спектром. Его производство сложно, и разработка зеркал для его отражения также очень трудна.
Вот как происходит процесс. Шар из олова падает со скоростью несколько сотен миль в час в вакууме и имеет диаметр около 30 миллионных долей метра. Он разбивается двумя выстрелами одного из самых мощных лазеров, когда-либо установленных в коммерческом устройстве, и взрывается в плазму, в несколько раз более горячую, чем поверхность Солнца — несколько сотен тысяч градусов по Фаренгейту. Эта плазма излучает свет EUV с точной длиной волны 13,5 нанометров, который затем собирается с помощью серии из примерно дюжины зеркал, которые сами по себе являются самыми плоскими зеркалами, когда-либо созданными человеком. Зеркала отражают свет под нужным углом, так что он попадает на кремниевую пластину и вырезает схемы на чипах, которые делают возможным использование вашего iPhone.
Вот как вы доберетесь до чипа A13, верно?
Именно так.
TSMC должна купить эту машину у ASML, которая должна собрать все эти компоненты — от самых плоских зеркал, которые когда-либо производились, до самых мощных лазеров, которые когда-либо использовались в коммерческих условиях, до шариков из олова. Я полагаю, что оловянные шарики приобрести довольно легко. Компания должна сделать эту машину, затем она продает ее TSMC, которая затем использует ее для производства чипов iPhone или чего-то еще. Неужели ASML просто умывает руки от этой машины, когда продает ее TSMC? Это звучит как очень сложная операция.
Это чрезвычайно сложно. Для перевозки одной только машины требуется несколько самолетов Boeing 747, а их стоимость составляет 150 миллионов долларов за штуку. В течение всего срока службы этих инструментов рядом со станком находится персонал ASML. ASML — единственная компания, которая знает, как их обслуживать, если что-то пойдет не так, и только у нее есть запасные части на случай поломки. Вы просто не сможете работать с ними без персонала ASML.
Они настолько сложны и точны, что для того, чтобы научиться работать с ними в условиях массового производства, требуются не только исследования полупроводниковых компаний, таких как TSMC, но и глубокое партнерство с ASML, поскольку они обладают уникальными знаниями о том, как работает оптика и как свет отражается и преломляется в различных условиях. Вам необходимо очень, очень глубокое партнерство с ASML, чтобы понять, как на самом деле использовать эти машины в массовом производстве.
Похоже, что ASML обладает монополией на это оборудование для фабрик. Продают ли они оборудование другим производителям? Может ли Intel купить эти машины? Могут ли другие литейные предприятия? Может ли Samsung купить эти машины?
Да. ASML продает продукцию клиентам по всему миру — кроме Китая, который мы можем обсудить, — но есть только пара компаний, которые действительно могут использовать EUV-машину. Это TSMC, Samsung, Intel и несколько производителей чипов памяти, таких как SK Hynix и Micron. Других потенциальных клиентов очень мало, потому что цена на оборудование настолько высока, а уровень точности производства, необходимый для его использования, настолько нишевой и уникальный, что ASML знает, что у нее будет только полдюжины или, самое большее, десяток фирм.
Почему ASML просто не производит чипы сама?
Ну, ASML понятия не имеет, как делать чипы. Это выдающаяся фирма, но одна компания может быть хороша в чем-то одном. Ее машина — лишь одна из множества сверхсложных машин, необходимых для производства чипов. В дополнение к тому, чтобы светить светом нужной длины волны через эту очень сложную оптику, вам также нужны различные машины, которые могут укладывать тонкие пленки материала толщиной всего в пару атомов или вытравливать каньоны в кристалле кремния шириной всего в пару атомов. Эти машины производятся различными компаниями, обладающими собственными уникальными возможностями, о которых ASML ничего не знает. И эти компании мало что знают о литографии.
Сами производители чипов также обладают уникальными возможностями. TSMC лучше всех, включая своих поставщиков, использует станки для эффективного производства чипов. Нам действительно необходимо партнерство всех этих различных фирм — производителей инструментов, таких как ASML, и производителей чипов, таких как TSMC — для эффективного производства полупроводников.
Да. Люди могут спорить о том, какие электроинструменты лучше — Milwaukee или DeWalt, но они не сделают из вас плотника. Так ли это? Что вы можете купить инструмент, но вы должны знать, как им пользоваться?
Это абсолютно верно. Знание того, как им пользоваться — это процесс, который требует не только получения докторской степени в области электротехники или материаловедения, но и многих лет работы с инструментом. Процесс разработки инструмента EUV занял 30 лет. Это лишь дает вам представление о том, какая точность необходима, чтобы использовать его.
Я хочу перейти к этому, потому что история с Intel действительно интересна. Недавно у нас в гостях был Пэт Гелсингер, генеральный директор Intel, и я спросил его о EUV. Мы можем перейти к его ответу и к тому, почему он считает, что Intel не выиграла эту гонку, но я хочу вернуться к тому, с чего мы начали, а именно: президент Байден находится в Нидерландах и оказывает давление на премьер-министра с целью ограничить экспорт устройств ASML в Китай. Вы сказали, что в мире есть лишь несколько компаний, которые могут использовать эти машины, и ни одна из названных вами компаний не является китайской. Почему вас беспокоит, что правительство Нидерландов разрешит экспорт в Китай?
Если у вас есть доступ к передовым инструментам для производства чипов, подобным тем, которые производит ASML и небольшое число других передовых производителей инструментов в мире, у вас есть достаточно хорошие шансы производить передовые чипы. Это еще не гарантирует, что вы сможете это сделать, но инструменты — это один из ключевых моментов, который могут производить только несколько компаний, и ни одна из них не производится в Китае. США думают о военных и разведывательных системах следующего поколения, которые будут все больше полагаться на искусственный интеллект. Системы искусственного интеллекта обучаются в огромных центрах обработки данных, которые полны сложных чипов, таких как графические процессоры, которые используются для обучения систем искусственного интеллекта.
Если вы не можете массово производить передовые чипы, то вы не сможете получить мощности центров обработки данных, необходимые для обучения систем ИИ. В конечном итоге США пытаются добиться того, чтобы остановить Китай от развития передовых центров обработки данных. Они используют станки в качестве заслона, не позволяя американским фирмам, а также японским и голландским фирмам передавать это оборудование Китаю.
Есть ряд китайских фирм, которые пытались стать достаточно продвинутыми, чтобы купить инструменты EUV компании ASML. SMIC, ведущая литейная компания Китая, является лучшим примером этого. Но голландцы уже несколько лет вводят контроль на экспорт EUV, не позволяя ASML поставлять эти инструменты в Китай. Теперь США хотят, чтобы голландцы ввели контроль на более широкий набор инструментов для литографии — не только на самые передовые, но и на вторые по уровню инструменты. Это новое требование правительства США, и оно требует довольно обширных переговоров и обсуждений между США и Нидерландами о том, будет ли это разрешено или нет.
Каковы аргументы «за» и каковы аргументы «против»?
Аргумент «за» заключается в том, что даже самые современные инструменты второго поколения могут быть использованы для производства довольно сложных чипов, что, безусловно, верно. Аргумент «против» заключается в том, что потеря доли рынка будет дорого стоить для ASML и других компаний, поскольку китайские заказчики инвестируют очень большие средства в мощности по производству микросхем, субсидируемые китайским правительством в течение последнего десятилетия.
Для многих производителей инструментов для микросхем Китай стал действительно важным рынком сбыта для нережущих инструментов. Это будет дорогостоящей остановкой, если Нидерланды введут такие меры экспортного контроля, которые ограничат не только самые передовые, но и самые передовые инструменты предыдущего поколения. Стоимость будет исчисляться миллиардами долларов в евро для ведущих производителей инструментов.
Вы описываете эскалацию режима санкций против Китая в плане производства чипов, в плане передачи технологий от американских компаний китайским компаниям и от других международных компаний китайским компаниям. Это все вместе взятое? Это стратегия? Или администрация Трампа разозлилась на Китай, поэтому ввела санкции против Huawei, а теперь администрация Байдена проснулась от нехватки чипов из-за пандемии? «Нам нужен национальный завод по производству чипов. Хорошо, это Intel. Сделайте что-нибудь в Огайо. И вот еще кое-что». Есть ли согласованность во всех этих действиях, или это просто реакция?
Нет. Я думаю, что действительно существует последовательная стратегия, и я бы отличал то, что происходит сейчас, от торговой войны Трампа, связанной с налогами. Это действительно отдельное направление дискуссий. Я бы также отделил это от дефицита полупроводников. Дефицит не был связан с тем, какая страна способна производить самые передовые чипы. В последние семь или около того лет в бюро национальной безопасности и в разведывательных службах все чаще высказывается опасение, что Китай добивается реальных успехов в производстве чипов, в то время как все яснее и яснее становится, каким образом передовые возможности чипов, и особенно тех типов чипов, которые используются в центрах обработки данных, будут иметь решающее значение для подготовки систем искусственного интеллекта следующего поколения.
Начиная с поздней администрации Обамы и вплоть до настоящего времени, включая администрацию Трампа, наблюдалась достаточно последовательная политика в отношении ограничения доступа Китая к передовым технологиям производства микросхем. Это то, что было сделано не только США, но и Японией, Южной Кореей и Тайванем. Ряд стран предприняли шаги по введению новых механизмов проверки инвестиций или ограничению передачи технологий или знаний Китаю, когда речь идет о передовых полупроводниках.
Есть ли у Китая возможность самостоятельно догнать лидеров или он действительно нуждается в передаче технологий, оборудования?
Вот в чем главный вопрос. Стратегия США будет успешной, если Китай не сможет догнать своими силами. США делают ставку на то, что Китай не сможет сделать этого, или, по крайней мере, не сможет догнать в ближайшее время. Но в этом вопросе есть некоторая неопределенность. Трудно предсказать, найдет ли Китай способы производить некоторые из необходимых технологий внутри страны, или же он найдет способы расколоть западную коалицию и приобрести некоторые части технологий у стран, которые не желают следовать примеру США в отношении контроля над экспортом.
Мое предположение заключается в том, что контроль, который США и Япония довольно четко собираются ввести, будет действительно проблематичным для Китая в ближайшие пару лет, а потенциально и в ближайшие 10 лет или около того, с точки зрения производства передовых полупроводников. Чем больше стран присоединится к этим мерам контроля — и именно поэтому так важны голландцы — тем больше вероятность того, что эти меры сработают.
Как мы вообще оказались в ситуации, когда есть одна голландская компания, за которую мы должны ухватиться, чтобы убедиться, что Китай не получит эти возможности? Опять же, на функциональном рынке, особенно для такого важного для всего, как чипы, было бы множество компаний с различными подходами к производству чипов в том масштабе, который требуется для современных чипов на тех технологических узлах, на которых мы работаем сейчас. Вместо этого есть только одна, и она находится в Нидерландах. Как это произошло?
В последние пару лет в отрасли производства микросхем наблюдается реальная тенденция к концентрации производства: во многих случаях всего несколько, а в некоторых случаях всего одна компания способна производить программное обеспечение и оборудование. Этому есть две причины. Одна из них заключается в том, что многие части процесса производства чипов являются чрезвычайно капиталоемкими. Производство этого оборудования чрезвычайно дорого. Это действительно сдерживает конкуренцию, потому что новому участнику приходится тратить миллиарды долларов, прежде чем он сможет проверить, работает ли его продукт.
Вторая причина заключается в том, что знания и опыт, необходимые для производства таких инструментов, нельзя изучить абстрактно. Вы должны оттачивать их в процессе производства. Никакое обучение или докторская программа не позволят вам понять, как работают эти системы. Вам придется держать руки в станке, настраивая его с течением времени.
Это означает, что люди, работающие над этими инструментами в компаниях, обладают действительно уникальными знаниями, которые трудно приобрести кому-либо и где-либо еще. Это создает действительно сильный ров вокруг этих компаний, потому что нет прямого способа для любого, кто не работает в этих компаниях, развить необходимые знания. Таким образом, сочетание капиталоемкости и действительно уникальных знаний делает очень трудным создание каких-либо конкурирующих фирм.
Поэтому я процитирую Пэта Гелсингера, когда он выступал в программе Decoder несколько месяцев назад. Я спросил его о EUV, потому что Intel, как известно, сделала ставку против EUV, а теперь они собираются купить оборудование у ASML, чтобы установить его в Огайо для создания чипов следующего поколения. Я спросил: «Что случилось с EUV?». Он ответил: «Мы делали ставку против него. Мы сильно рисковали в Intel, когда говорили: «Эй, нам не нужен EUV. Мы перейдем на передовую четырехмерную литографию». Мы делали другие вещи, чтобы избежать необходимости в EUV, и эти вещи просто не оправдали себя. Как минимум, у нас должна была быть параллельная программа по EUV, в которой говорилось: «Если мы ошибемся, если мы ошибемся с четырехмерным шаблонированием или другими методами, которые мы используем для самовыравнивания, у нас должна была быть программа на этот случай». Мы этого не сделали. Мы делали ставку против этого. Насколько глупыми мы могли быть?»
Теперь, оглядываясь назад, можно сказать, что они были чрезвычайно глупы. Он — новый парень, и он все исправляет, поэтому, я думаю, ему можно говорить, что они вели себя глупо. Были ли они действительно глупы в тот момент? Правильно ли было сказать: «О, вы можете сделать ставку против EUV и, возможно, что-то еще выйдет?». Или это просто Intel управлялась бухгалтерами вместо инженеров, а теперь у них есть инженер?
Ну, в защиту бухгалтеров, я думаю, можно сказать следующее…
Я думаю, это первый раз, когда кто-то говорит «в защиту бухгалтеров»…
Итак, EUV — это технология, которая должна была быть готова к производству за десятилетие до того, как она появилась на самом деле. Процесс разработки неоднократно откладывался, были миллиардные перерасходы, и в течение долгого времени в конце 2000-х и начале 2010-х годов казалось, что она может полностью провалиться. Вплоть до 2015 года было очень неясно, получится ли это вообще, а если получится, то будет ли это хоть отдаленно конкурентоспособным по стоимости.
В этом контексте неопределенности можно понять, почему в Intel нашлись люди, которые хотели сделать ставку против EUV и вместо этого сделать ставку на то, что они называли quad patterning. Что означает использование существующих литографических машин, которые, как все знают, работают, и проведение большего количества литографий для вырезания все более точных схем. Очевидно, что это будет дороже, чем делать меньше прогонов литографии, потому что у вас больше этапов, но все знали, что машины работают.
В некотором смысле это был вариант с минимальным риском. Однако, оглядываясь назад, можно сказать, что это не сработало. Это была ужасная ставка, но вы можете понять, почему они сделали такую ставку. Чтобы переложить часть вины на бухгалтеров, я думаю, что было слишком много неприятия риска и нежелания, как сказал Гелсингер, подготовить несколько путей для исследований и разработок, чтобы посмотреть, какой из них сработает. Вероятно, в то время сокращение расходов казалось разумным с точки зрения эффективного расходования ресурсов, но в ретроспективе это обернулось для Intel огромными издержками, потому что они оказались не готовы к тому, что четырехмерная схема оказалась неэффективной и в некоторых случаях совершенно неспособной обеспечить ту точность, которая была нужна Intel.
Так вот почему Intel отставала от TSMC на каждом последующем технологическом узле? Потому что их технологии просто не работали?
Отчасти это причина. Я думаю, что это сложный ответ, но, безусловно, задержка в EUV является важной частью.
Просто расскажите мне об этом процессе. У них есть большой конкурент в TSMC, который, очевидно, встроен в ASML. Это очень хорошо, потому что ее бизнес-модель — это производство чипов; вся ее энергия направлена на производство чипов. Intel сейчас находится в том месте, о котором я спросил Пэта. Я сказал: «Вы считаете себя национальным чемпионом в США? Вы им являетесь. Вы — то, что есть у администрации Байдена на данный момент с точки зрения крупного концерна по производству чипов, который может изолировать Соединенные Штаты от глобальной цепочки поставок».
Он сказал: «Ммм… я не знаю об этом», но он должен сделать шаг вперед и стать литейной фабрикой. Это то, что он хочет сделать. Он сказал, что поставит логотип AMD на боковой стороне фабрики Intel, если AMD захочет производить там чипы, но он должен пойти и купить EUV-машину у ASML. Он должен научиться делать чипы ARM, и все это при разработке следующего поколения собственных чипов Intel x86. Возможно ли это? Не кажется ли вам, что мы оказываем слишком большое давление на одну компанию?
Ну, я думаю, нет никаких сомнений в том, что у него сложная работа. Очевидно, что он впечатляющий парень. Если кто-то может это сделать, то это он.
Пэт не испытывает недостатка в уверенности.
Я думаю, нет никаких сомнений в том, что он изменил культуру в Intel, но я думаю, что вы правы, описывая проблемы, с которыми сталкивается Intel в области производства технологических процессов, проектирования и бизнес-модели при создании нового литейного бизнеса. Это будет непросто.
Я думаю, что одновременное решение каждой из этих трех задач — единственный выбор, который у него есть, потому что Intel придется решать их все. Но вы правы, когда говорите, что перед ним стоит непростая задача. Я думаю, что многое для Соединенных Штатов зависит от того, преуспеет Intel или нет.
Причина, по которой я спрашиваю именно об Intel, заключается в том, что это единственный выбор. Другого масштабного американского производителя чипов нет. Здесь есть небольшая активность TSMC и небольшая активность Samsung, но это не их передовые технологические узлы. TSMC еще даже не приступила к масштабному производству. Intel — это то, что у нас есть. Мне кажется, что если бы они были гораздо успешнее, то разговоры о национальной безопасности, цепочке поставок и экспортном контроле могли бы быть совсем другими. Но поскольку Intel находится на том этапе, на котором она находится сейчас, в момент довольно драматической трансформации, это оказывает влияние на то, как мы ведем дела с Китаем.
Я думаю, что это правильно. Я думаю, что из трех ведущих компаний, производящих процессорные чипы, Intel — это та, которая, естественно, будет инвестировать в США, потому что она живет в США. Думаю, стоит также отметить, что у Intel нет существующего литейного бизнеса в США. Что касается создания литейных мощностей в США, то мы начинаем с довольно низкой базы по всем направлениям. У Samsung есть предприятие, у GlobalFoundries есть предприятия, которые не являются самыми передовыми, но обладают впечатляющими возможностями и значительным масштабом.
Но с точки зрения наращивания масштабов и литейного производства все начинают с довольно базовой отправной точки. В некотором смысле, именно поэтому США, вероятно, в конечном итоге сделают ставку не только на одну компанию, но и на все три — Intel, TSMC и Samsung — чтобы попытаться заставить их всех инвестировать больше в США, и посмотреть, кто из них сможет создать самые большие мощности, самую функциональную бизнес-модель в США, и кто выиграет гонку.
Это очень американский способ сделать это, верно? Типа: «Мы будем субсидировать создание рынка, а потом кто выиграет, тот и выиграет». Не получится ли так, что в итоге кто-то выиграет гонку, и тогда у нас будет еще одна странная монополия в Соединенных Штатах? Есть ли какие-нибудь мысли о том, что «на самом деле, вам нужна диверсификация на каждом уровне цепочки поставок»?
Проблема в том, что диверсификация — это очень дорого. Если вы хотите заплатить за дополнительные мощности, которые вы не собираетесь использовать в производстве чипов, вы потратите кучу денег. Только одно новое передовое предприятие по производству микросхем стоит 20-25 миллиардов долларов, и это передовое предприятие проработает всего пару лет. Я не думаю, что в США есть большой интерес к огромным капитальным затратам, необходимым для создания избыточных мощностей. В крайнем случае, мы получим некоторые из них благодаря закону CHIPS, но мы не получим тонну избыточных мощностей.
Нам нужны компании, которые будут иметь функциональные бизнес-модели после того, как мы поможем им начать литейное производство в США. Вот почему я думаю, что имеет смысл сделать ставку на несколько компаний и посмотреть, какие из них смогут это сделать.
Я не думаю, что в итоге одна компания выиграет, а другие проиграют. Вполне возможно, что в итоге мы получим несколько коммерчески жизнеспособных литейных заводов с мощностями в США, и это было бы отличным результатом. Нет никаких причин, по которым этот конкретный рынок должен закончиться с одной доминирующей компанией, а другие останутся далеко позади.
Есть ли какие-либо мысли об инвестициях за пределами игроков литейного производства? «Эй, мы должны финансировать конкурента ASML» или «Эй, мы должны искать следующую технологию после EUV и попросить правительство субсидировать ее, чтобы мы могли диверсифицировать этот слой»? Опять же, пока мы ведем этот разговор, президент Байден ходит в сабо, говоря: «Пожалуйста, не продавайте эту машину Китаю».
Что ж, когда речь заходит о том, «Должен ли у нас быть конкурент ASML и Advanced Lithography?» Я думаю, что ответ заключается в том, что затраты и выгоды здесь просто не играют роли. Скорее всего, голландцы введут контроль, очень похожий на контроль в США. В ближайшие пару месяцев, я думаю, мы увидим, что это будет результатом этих разговоров.
Риск поставок из Нидерландов невелик; никто не беспокоится о том, что Нидерланды не будут поставлять продукцию американским фирмам. Стоимость создания альтернативной фирмы по литографии будет очень дорогой, потому что, опять же, ASML обладает уникальными возможностями, которые они создавали в течение 30 лет. Было бы очень трудно повторить это или создать конкурента. Поэтому я думаю, что наши производственные и научно-исследовательские расходы гораздо лучше потратить в другом месте.
Но когда вы говорите о литографии следующего поколения и инструментах следующего поколения, это отличное место для инвестиций. Если вы посмотрите на то, как Министерство торговли планирует расходовать деньги, выделенные по закону CHIPS, то увидите, что три четверти средств пойдут на стимулирование большего производства, а еще 25 процентов — на финансирование исследований. Часть этих средств пойдет на инструменты следующего поколения, включая системы литографии следующего поколения, которые потребуются через пять или десять лет.
Что это за системы литографии следующего поколения?
Сама компания ASML планирует два следующих поколения инструментов EUV. Сейчас у них есть базовый EUV.
Подождите, то, что вы описали, когда оловянный шарик падал вниз, на него падали лазеры и образовывалась плазма, горячая, как солнце — это и есть базовый EUV?
Это базовое, да. Дальше будет больше. Следующее поколение будет называться EUV с высокой числовой апертурой, которое будет иметь более сложную оптику, позволяющую вырезать более точные чипы. Эти машины должны появиться через три года или около того. Они будут стоить вдвое дороже, чем базовые инструменты EUV.
Кроме того, ведутся исследования и разработки в области того, что ASML называет гипер числовой апертурой, то есть еще более специфической оптики, которая пока неясно, будет ли она вообще работать. До производства еще десятилетие, но исследования и разработки уже ведутся, и это то, что нам нужно, если мы собираемся делать все меньшие и меньшие транзисторы на все более сложных чипах.
У вас в книге есть глава о все меньших и меньших транзисторах. Я уверен, что слушатели Decoder хорошо знакомы с концепцией закона Мура, который представляет собой предсказание, что промышленность чипов будет удваивать плотность транзисторов на чипе каждый год. Мы уже говорим о необходимости стрелять лазерами в шарик из олова через самые плоские в мире зеркала, а затем создавать гиперспецифическую оптику, чтобы сделать их еще меньше. Есть ли предел? Я чувствую себя глупо, когда спрашиваю: «Есть ли предел у закона Мура?» Любой мог бы сказать это в любой момент за последние 40 лет и оказаться дураком, но сейчас мы говорим на уровне атомов. Есть ли предел, когда индустрия чипов скажет: «Ладно, мы не собираемся преодолевать уровень отдельных атомов»?
В какой-то момент ответ будет положительным, но мы пока не говорим об отдельных атомах. Мы говорим о слоях материалов, измеряемых в отдельных атомах, но сами транзисторы содержат множество атомов, даже в их нынешнем микроскопическом масштабе. Я думаю, что у нас есть довольно четкая линия видимости — по крайней мере, до 2030 года или около того — в существующих планах таких компаний, как TSMC и Intel, относительно того, как они собираются продолжать уменьшать транзисторы, укладывать их друг на друга и использовать все новые ухищрения, чтобы получить большее их количество в чипах. Сложнее сказать, что будет после 2030 года или около того. Всегда было трудно заглядывать слишком далеко в будущее, поэтому я не знаю, насколько это значимо.
В какой-то момент у вас заканчиваются вещи, которые можно даже измерить; у вас заканчиваются единицы измерения. Например, Intel пришлось перейти на ангстремы вместо нанометров. Возможно, это был некий брендинг, но они определенно сделали это.
Причина, по которой я спрашиваю об этом в данном контексте, заключается в том, что мы говорим об ограничении поставок передового оборудования для производства чипов в Китай, и мы говорим о следующем поколении графических процессоров или других чипов для ускорения ИИ. 2030 год — это завтрашний день в масштабах промышленной политики и внешней политики. Даже 2040 год — это все еще завтрашний день в масштабах промышленной политики. Разве не неизбежно, что Китай догонит нас, даже если они будут ограничены во всех этих отношениях? Мы просто выигрываем время, или мы действительно создаем долговременное преимущество?
Ну, я думаю, что в какой-то момент Китай неизбежно догонит нынешний статус-кво. Будет ли это в 2027 или 2035 году, я не знаю. Это произойдет не в 2024 году, а через несколько лет. Догонит ли когда-нибудь Китай передовой край? Я не уверен, что ответ на этот вопрос положительный, даже если закон Мура…
Даже если действие закона Мура закончится, верно? Если передовой край станет неподвижным.
Ну, это зависит от того, что мы имеем в виду, когда говорим: «Закон Мура закончился». В какой-то момент уменьшение размеров транзисторов станет невозможным, но это не обязательно означает, что вычислительная мощность, которую вы можете получить из отдельного чипа, обязательно остановится. Их можно упаковать по-разному, память можно разместить ближе к вычислительной мощности, можно улучшить межсоединения, можно разместить фотонику на чипе. Существует множество различных технологий, которые во многих случаях находятся только в зачаточном состоянии, создавая новые способы получения большей вычислительной мощности из чипов, и все они требуют как творческого подхода к проектированию, так и действительно точных станков для производства.
Даже если бы вы сказали, что после 2030 года транзисторы не уменьшатся ни на один нанометр, я бы все равно сказал, что мы будем получать больше вычислительной мощности из квадратного дюйма кремния на протяжении 2030-х годов и далее, используя все эти другие методы. Так что если взять наиболее широкий взгляд на закон Мура и сказать, что все различные вещи, которые можно сделать, чтобы подправить чип, чтобы получить больше от него, я думаю, что есть действительно длинная взлетно-посадочная полоса, которая идет далеко за 2040 год в плане вещей, которые мы можем сделать, чтобы произвести больше вычислительной мощности. По этой причине я бы довольно скептически отнесся к тезису о том, что мы когда-нибудь упремся в кирпичную стену.
Когда я думаю о трех компаниях, которые лучше всего продвигают вычислительную мощность для данного чипа, это Apple, Nvidia, в некоторой степени AMD — так что, возможно, это три с половиной компании — и TSMC, которая является производителем для этих двух с половиной компаний. Apple действительно хороша в упаковке, действительно хороша в оптимизации своего программного обеспечения для собственного железа, и действительно хороша в расширении границ архитектуры ARM. Nvidia, очевидно, является лидером в области графических процессоров. AMD меньше растет по сравнению со средним чипом Intel, но делает это лучше только потому, что использует производственные возможности TSMC для улучшения соотношения срока службы батареи и производительности.
Я смотрю на эти три с половиной компании и думаю: «Так от чего они зависят, так это от TSMC». Если бы TSMC не смогла продвинуть вперед производство, их методы создания и проектирования более совершенных чипов фактически сошли бы на нет, верно? Они полностью зависят от TSMC, которая, в свою очередь, полностью зависит от ASML. Каковы эти отношения? Просыпается ли Тим Кук утром, беспокоясь о голландских ограничениях на экспорт продукции ASML? Или он является клиентом TSMC? Или это просто API, где он размещает заказ, а чипы выходят?
Я думаю, что большинство клиентов TSMC привыкли к тому, что TSMC имеет выдающийся послужной список в управлении собственной цепочкой поставок и обеспечении решения проблем до того, как они действительно возникнут. Одна из причин, по которой клиентам нравится работать с TSMC, заключается в том, что им не нужно просыпаться утром, беспокоясь о том, что будет происходить выше по течению от производства TSMC.
Из-за этих ограничений люди стали больше думать о цепочке поставок, чем раньше? Безусловно. Но если вы Apple или Nvidia, то они вас не касаются, потому что все сырье, на которое опирается TSMC, производится в США, Европе или Японии. Нет никаких шансов, что эти страны в ближайшее время захотят ограничить экспорт на Тайвань, так что с точки зрения восходящего потока вы в полной безопасности. Именно на нижнем этапе — сборке чипов, которая часто происходит в Китае, и сборке конечных товаров — у вас больше всего политических рисков, как с точки зрения действий Пекина, так и с точки зрения действий Вашингтона.
Что ж, политический риск действительно существует, потому что «Т» в TSMC — это Тайвань. Фабрики находятся на Тайване, особенно передовые фабрики. Если между США, Китаем и Тайванем возникнут разногласия, экономика iPhone остановится, верно? Чипы просто исчезают, экономика GPU Nvidia останавливается. Стоит ли нам беспокоиться об этом?
Да. Если говорить о войне или блокаде между Китаем и Тайванем, то последствия не только для технологического сектора, но и для всего производства будут близки к катастрофическим. TSMC производит 90 процентов самых современных процессоров в мире, но более того, она производит более трети новых вычислительных мощностей, которые ежегодно появляются в мире. Если суммировать все транзисторы, произведенные в процессорных чипах, то более трети из них производятся на Тайване. Потеря доступа к мощностям TSMC, безусловно, станет катастрофой не только для Apple или AMD, но и производство посудомоечных машин, микроволновых печей и автомобилей столкнется с огромными перебоями.
Я имею в виду, что мы вернулись бы к производственному кризису, который по своему шоку был бы эквивалентен 1929 году. Вы не смогли бы купить автомобиль в течение года или двух, и такой же уровень перебоев в производстве всех видов промышленных товаров. Это огромная проблема. Это настолько большая проблема, что компаниям трудно понять, как застраховаться от нее, потому что затраты на поиск альтернативных решений огромны. Во многих случаях альтернативы TSMC нет, но очевидно, что риск снижения стоимости очень велик и, возможно, растет с каждым днем.
Как мы оказались в положении, когда самые важные в мире фабрики по производству чипов находятся на Тайване? Как мы оказались в компании TSMC?
TSMC появилась в 1987 году благодаря Моррису Чангу, который является основателем компании. До этого момента он работал в Texas Instruments и большую часть своей жизни прожил в Техасе. Именно ему пришла в голову дальновидная идея создать литейный бизнес, который не разрабатывал бы чипы, а только производил их. В то время это казалось безумной концепцией, поскольку не существовало фирм, занимающихся разработкой чипов без фаблаба. Когда он начинал, у него не было клиентов, но он начал убеждать компании, что он будет выполнять для них все производственные операции и брать на себя все производственные риски; все, что им нужно было сделать, это предоставить ему дизайн, а он вернет им работоспособные чипы.
Эта модель оказалась чрезвычайно успешной, поскольку позволила TSMC расширить масштабы, обслуживая множество различных клиентов. Этот масштаб, в свою очередь, позволил TSMC отточить свои производственные процессы, поскольку чем больше чипов они производят, тем больше они узнают о процессе реального производства каждого из них. Существует прямая связь между тем, что TSMC является крупнейшим в мире производителем чипов и самым передовым в мире, и тем, что оба эти фактора возникли благодаря модели литейного производства, которую изобрел Моррис Чанг.
Вы сказали нам перед началом записи, что Моррис Чанг — ваш любимый персонаж во всей этой книге. В книге есть строчка, где вы говорите, что он, пожалуй, больше техасец, чем тайванец. Почему он ваш любимый персонаж?
Ну, я считаю его самым недооцененным бизнесменом за последние 100 лет. Большинство людей никогда не слышали о нем, хотя все мы каждый день пользуемся продукцией, которую производит его компания. Я думаю, что его жизнь — это захватывающий микрокосмос индустрии микросхем в целом. Он родился в материковом Китае, переехал в США сразу после революции, поступил в Гарвард и был единственным американцем китайского происхождения в своем классе, а затем лично создавал индустрию чипов, работая на производственных линиях в Texas Instruments, прежде чем основать TSMC.
Все значительные изменения в индустрии микросхем и вычислительных технологий за последние 75 лет — это изменения, которые он не только проиллюстрировал, но и фактически воплотил в жизнь. Мы все многим обязаны Моррису Чангу, и я хотел бы, чтобы больше людей слышали о нем, потому что я думаю, что его значение действительно глубоко недооценено.
Я считаю, что TSMC глубоко недооценена. Это очень непрозрачная компания. Они очень гордятся собой и очень непрозрачны. Трудно понять, как они работают. Что вы думаете о TSMC? Я имею в виду, что Морриса Чанга там больше нет. Как сохраняется культура? Каковы ее новые руководители?
Моррис Чанг официально находится на пенсии, но он регулярно появляется в офисах TSMC и на мероприятиях TSMC, поэтому я не уверен, стоит ли говорить, что его больше нет. Я думаю, что культура, заложенная им, сохраняется в виде готовности делать большие ставки в решениях по научно-исследовательским работам, в решениях по капитальным затратам и в той неустанности, с которой TSMC оттачивает свои производственные процессы.
Коллеги Морриса Чанга из 1950-х годов рассказывали о том, с какой яростью он находил неэффективные элементы в производственном процессе, а затем вымарывал их с конвейеров так быстро, как только мог. Я думаю, что именно это стремление к совершенству производства сделало компанию TSMC тем, чем она является сегодня, и в немалой степени благодаря Моррису Ченгу и культуре, которую он привил.
Зачем размещать компанию в таком опасном геополитическом регионе? Когда я думаю о TSMC сейчас, мне кажется, что им приходится нанимать столько же экспертов по внешней политике и столько же лоббистов, сколько и людей, неустанно сосредоточенных на производственной неэффективности, просто из-за их местоположения, а не из-за чего-либо еще. Почему выбрали Тайвань?
Оглядываясь назад, можно сказать, что было бы здорово, если бы они основали его в Новой Зеландии или Швейцарии, но Моррис Чанг провел некоторое время на Тайване в качестве руководителя Texas Instruments. Он помогал TI открыть там предприятие в конце 1960-х годов, поэтому он познакомился с некоторыми представителями тайваньского правительства.
Они хотели получить больше американских инвестиций и быть более связанными с американскими цепочками поставок, чтобы гарантировать свою безопасность. Они считали, что интеграция — это лучший способ гарантировать, что США помогут защитить Тайвань. Сегодня мы видим плоды этой стратегии. Тайвань важен не только из-за своего геополитического значения, но и потому, что если бы началась война, это было бы катастрофой для мирового технологического сектора и производства.
Чтобы уточнить это, вы хотите сказать, что решение о размещении на Тайване было стимулировано тайваньским правительством, чтобы гарантировать поддержку обороны со стороны США?
Именно так. В сознании тайваньского правительства существовала прямая связь между большим объемом американских инвестиций, большей критичностью американских цепочек поставок и более надежными гарантиями безопасности со стороны США. Именно поэтому правительство Тайваня вложило более половины капитала в компанию TSMC, когда она была основана. Это был прямой проект тайваньского правительства, направленный на то, чтобы сделать Тайвань более незаменимым в цепочках поставок электроники. И это сработало.
Очевидно, что это сработало. Я имею в виду, мы должны поговорить о России и Украине. Я думаю, что здесь есть параллель с потенциальными конфликтами с Китаем и Тайванем. Но я просто хочу закончить эту мысль. Вы говорите, что правительство Тайваня говорит: «Нам это нужно. Мы собираемся потратить деньги на создание индустрии чипов». Ранее вы говорили, что для создания следующего поколения компаний, производящих чипы, нужен огромный капитал, долгосрочное видение и субсидирование кучи вещей. Именно так поступает китайское правительство. Они просто с радостью создадут избыток предложения. «Вот 95 мостов, однажды сюда придет экономика».
Соединенные Штаты так не поступают. Мы ужасны в этом, почти на каждом уровне. Мы успешны, возможно, скорее вопреки, чем благодаря. Является ли это абсолютно необходимым, чтобы Соединенные Штаты сказали: «Мы собираемся создать промышленность по производству чипов. Она имеет стратегические цели, которые мы реализуем через десятилетия, как это сделало правительство Тайваня, и мы выбираем горстку фирм, чтобы они стали национальными продолжателями отрасли, которая, по нашему мнению, стратегически важна на годы вперед».
Если вы хотите привлечь в свою страну фирмы, производящие чипы, вы должны сделать ее конкурентоспособной по стоимости. Для США затраты были выше по целому ряду причин. Земля стоит дороже, экологические нормы более строгие, а налоговый режим менее щедрый. Если США хотят больше производить чипов, они должны потратить деньги, чтобы сделать страну более привлекательной для инвестиций фирм, производящих чипы.
Я думаю, что капитальные затраты необходимы, но их недостаточно, потому что помимо капитальных затрат вам нужен опыт. Это то, что Тайвань понял очень рано. Дело не только в том, что они вкладывали много денег, но и в том, что сотни тайваньских инженеров с 1950-х годов защищали докторские диссертации по электротехнике в Беркли и Стэнфорде.
Хотя Тайвань кажется далеким от Кремниевой долины, на самом деле в мире было очень мало мест, которые имели столько глубоких личных связей с Кремниевой долиной, как Тайвань. Когда Моррис Чанг переехал на Тайвань в 1980-х годах, он обнаружил там бывших одноклассников, с которыми учился в Стэнфорде, и бывших коллег, с которыми работал в США, которые работали на Тайване в индустрии производства микросхем. Эта глубокая взаимосвязь была абсолютно критической для успеха Тайваня.
Если вы посмотрите на другие компании, которые догнали в производстве микросхем, например, Samsung, то это похожая история с большими капитальными затратами, но также с большой интеграцией в цепочки поставок. Проблема, с которой сегодня сталкивается Китай, заключается в том, что, несомненно, у него есть желание тратить деньги, но он отстранен от обмена информацией, компонентами и опытом, который сделал возможным догоняющее развитие Тайваня и Южной Кореи. В этом заключается большой риск, с которым сталкивается Китай, но в этом же заключается и явная стратегия США — вычеркнуть его из этих отношений и тем самым затруднить догоняющее развитие.
Чтобы завершить эту тему, сделайте для меня сравнение с Россией и Украиной. Я знаю, что это также область вашей компетенции. Мы уже видели это. «Хотя она всегда на грани, никто никогда не вторгнется в Украину», но потом они это сделали, и теперь это катастрофа для них на многих уровнях. Мы чувствуем то же самое в отношении Тайваня. Это было бы катастрофой на многих уровнях. Есть ли вероятность того, что Китай смотрит на Россию и Украину и говорит: «Мы тоже могли бы это сделать»?
Я думаю, с одной стороны, вы скажете, что русские переоценили свои военные возможности, так что, несомненно, китайцы сейчас задаются вопросом, не переоценивают ли они свои возможности тоже. Это один из уроков, который можно извлечь, но есть и другие уроки, которые Китай, возможно, извлекает. И они менее обнадеживающие. Один из них заключается в том, что ядерное оружие работает. Можно угрожать применением ядерного оружия и удерживать внешние силы от вмешательства. Русские продемонстрировали это очень четко, потому что Байден ясно дал понять, что он не собирается делать ничего близкого к тому, что побудило бы Россию к эскалации войны. Так что ядерные угрозы работают. Это урок, который имеет прямое отношение к сценарию Китай-Тайвань.
Второй урок заключается в том, что в Украине было абсолютно важно, чтобы Украина граничила с Польшей, потому что через сухопутную границу можно очень просто переправлять оружие, оборудование и припасы. Тайвань не имеет такой сухопутной границы, поэтому вам нужно найти корабли, которые могли бы зайти на Тайвань, чтобы пополнить запасы. Это совсем другое предложение — не невозможное, но очень сложное.
Если вы из Китая смотрите на Украину, то, с одной стороны, вы считаете, что русские облажались в военном отношении. С другой стороны, многие другие уроки, которые вы извлекаете, не могут сделать вас немного более оптимистичными в отношении того, что вы сможете удержать США от значимого вмешательства. Я не уверен, что Китай смотрит на Россию и Украину и думает: «Это делает нас менее уверенными в отношении Тайваня». Я беспокоюсь, что некоторые из ключевых уроков, которые извлекает Китай, делают его более способным структурировать вмешательство на Тайване, которое не позволит США вмешаться.
Если все остальные будут знать, что США не собираются вмешиваться от имени Тайваня, Тайваню будет очень трудно организовать серьезную оборону. Вот почему, как мне кажется, Китай стремительно наращивает свои ядерные силы, чтобы сделать эти ядерные угрозы более убедительными и попытаться удержать США в случае кризиса в Тайваньском проливе. Я по-прежнему весьма обеспокоен, несмотря на то, что российские вооруженные силы глубоко недоработали в Украине.
Я чувствую, что мы могли бы сделать еще целый эпизод, посвященный только России. Мы обязательно вас пригласим. Крис, вы были великолепны. Книга называется «Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology». Большое спасибо за участие в шоу.
Спасибо, что пригласили меня.