أشباه الموصلات .. العالم في قبضة شركة تايوانية
عندما كان لي تاسين صبيا صغيرا، اعتاد المشي إلى المدرسة عبر حقول قصب السكر الأطول منه. بعد نحو 40 عاما، يكسب عيشه من بيع الحقول نفسها مع ازدهار العقارات في مسقط رأسه، شانهوا.
السبب وراء جنون البناء في البلدة الريفية المتهالكة سابقا جنوبي تايوان بسيط: وصول مصنع الرقائق الأكثر تطورا في العالم.
تبني شركة صناعة أشباه الموصلات التايوانية TSMC، وهي أكبر شركة لصناعة الرقائق في العالم، مصنعا لصناعة رقائق بحجم ثلاثة نانومتر، ومن المتوقع أن تكون أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة 70 في المائة من أكثر الرقائق تطورا الموجودة الآن، وسيتم استخدامها في الأجهزة من الهواتف الذكية إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة.
يقول لي، الذي يدير الفرع المحلي لشركة العقارات سينشري 21، حيث راقب مهندسو شركة TSMC وهم يتهافتون على الشقق والمنازل المبنية حديثا: "تضاعفت أسعار الأراضي الزراعية المجاورة العام الماضي، وحصلنا على أكبر حجم معاملات منذ عشرة أعوام".
لكن تأثير معمل التصنيع الجديد "فاب"، التابع لشركة TSMC، يمتد إلى أبعد من جنوب تايوان. في عالم أشباه الموصلات، هذا هو مركز الكون.
المصنع، المقرر أن يبدأ الإنتاج التجاري العام المقبل، يستخدم التكنولوجيا العملية التي تتقنها حتى الآن شركة TSMC وشركة سامسونج إلكترونيك الجنوب كورية فقط - في الوقت الحاضر، الرقائق الأكثر تقدما هي بحجم 5 نانومتر. تجلب الرقائق الجديدة مزايا هائلة للزبائن: كلما كانت الترانزستورات على الرقاقة أصغر، قل استهلاك الطاقة وزادت السرعة.
المصنع الذي تبلغ مساحته 160 ألف متر مربع، أي ما يعادل مساحة 22 ملعبا لكرة قدم، يتناسب مع شركة TSMC نفسها، فهي قوة كبيرة تتمتع بقبضة خانقة على صناعة أشباه الموصلات العالمية.
TSMC بعيدة عن الأضواء عادة، إلا أن استثمارها الهائل في التكنولوجيا المتطورة ونفوذها المتزايد يجذبانها بهدوء إلى دائرة الضوء.
في وقت يؤدي فيه نقص الرقائق العالمي إلى تباطؤ أو حتى تعليق إنتاج السيارات من اليابان إلى أوروبا وأمريكا، ومع قيام السياسيين في كثير من البلدان بإثارة ضجة حول جلب مزيد من التصنيع إلى الداخل، فإن الموقع المهيمن للشركة التايوانية في إنتاج الرقائق العالمي يجذب الانتباه.
بالنظر إلى أن الصين تلوح بتهديد دائم بغزو تايوان، لطالما كانت الجزيرة في قلب التنافس العسكري بين واشنطن وبكين في شرق آسيا. لكنها أيضا أصبحت عالقة بشكل متزايد في المنافسة التكنولوجية بين القوتين العظميين.
لم تنجح الشركات الصينية في محاولتها مضاهاة براعة TSMC في التصنيع. لكن الولايات المتحدة بدأت تعاني أيضا: من المقرر أن تستعين شركة إنتل بالشركة التايوانية لإنتاج المعالجات، وهي أصولها الثمينة. في واشنطن، كان البنتاجون يضغط بهدوء لكي تزيد الولايات المتحدة الاستثمار في صناعة الرقائق المتقدمة، حتى لا تعتمد أسلحتها على شركات التصنيع الأجنبية.
كل هذا ربما يجعل TSMC هي الشركة الأكثر أهمية في العالم التي سمع عنها عدد قليل من الناس.
في حين أن كثيرا من الحكومات تحب أن تكون قادرة على محاكاة نجاحها، إلا أنها من المرجح أن تجد تكاليف محاولة مضاهاة TSMC ستكون باهظة. وقد بدأ زبائنها يدركون أنهم لا يتعاملون مع مورد تقليدي.
يقول أمبروز كونري، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة سيراف لاستشارات سلاسل التوريد، "تعتقد شركات صناعة السيارات إلى حد كبير أنها ’عمالقة‘ في العالم. لكن هذا وضع حيث شركات صناعة أشباه الموصلات هي العمالقة، وفرق الشراء في قطاع السيارات هي النمل".
انتصار المصنع
لطالما كانت شركة TSMC غير ملاحظة إلى حد كبير، لأن أشباه الموصلات التي تصنعها يتم تصميمها وبيعها في منتجات من قبل بائعين ذوي علامات تجارية مثل أبل أو AMD أو كوالكوم. مع ذلك، تسيطر الشركة على أكثر من نصف السوق العالمية للرقائق المصنوعة حسب الطلب.
وتزداد هيمنتها مع كل عقدة جديدة (عملية جديدة لتصنيع أشباه الموصلات وما يتعلق بها من تصاميم). في حين أن مثل هذه العمليات تمثل فقط ما يراوح بين 40 و65 في المائة من الإيرادات في فئة الرقائق بحجم 28 - 65 نانومتر، إلا أنها تستخدم لإنتاج معظم رقائق السيارات، بالتالي تسيطر على ما يقارب 90 في المائة من سوق العقد الأكثر تقدما في الإنتاج حاليا.
يقول بيتر هانبري، وهو شريك في باين آند كمباني في سان فرانسيسكو، "نعم، تعتمد الصناعة بشكل لا يصدق على شركة TSMC، خاصة عندما تصل إلى طليعة التطور التكنولوجي، وهذا أمر محفوف بالمخاطر. قبل 20 عاما، كان هناك 20 مصنعا، الآن الأشياء الأكثر تطورا تقع في مصنع واحد في تايوان".
بما أن كل عقدة جديدة من تكنولوجيا العملية تتطلب تطويرا أكثر تحديا واستثمارا أكبر في طاقة إنتاجية جديدة، بدأت شركات صناعة الرقائق الأخرى على مر الأعوام بالتركيز على التصميم وتركت الإنتاج إلى مصانع مخصصة مثل TSMC.
كلما زادت تكلفة وحدات التصنيع الجديدة، بدأ عدد أكبر من شركات صناعة الرقائق الأخرى الاستعانة بمصادر خارجية، وانسحب عدد أكبر من منافسي شركة TSMC من سوق التصنيع المخصص.
هذا العام، رفعت شركة TSMC توقعاتها للاستثمار الرأسمالي إلى مبلغ هائل يراوح بين 25 و28 مليار دولار - ربما 63 في المائة أكثر مما كان في عام 2020 ما يجعلها تتقدم على كل من إنتل وسامسونج. يعتقد محللون أن هذا يتضمن على الأقل بعض الاستثمار في الطاقة الإنتاجية التي تحتاج إليها شركة التصنيع التايوانية لتزويد شركة إنتل. شركة صناعة الرقائق الأمريكية مضطرة إلى الاستعانة بمصادر خارجية لجزء من قسم إنتاج المعالجات فيها، لأنها تكافح لإتقان نوعين متتاليين من عقد تكنولوجيا العملية - 10 نانومتر و7 نانومتر - في الوقت المناسب لصناعة الرقائق الخاصة بها.
تعثر "إنتل" في الجيل الثاني على التوالي لتكنولوجيا التصنيع أثار دعوة من مستثمر نشط العام الماضي لتتخلى الشركة عن صناعة الرقائق من خلال التحول إلى نموذج أعمال "دون تصنيع"، كما فعلت كثير من شركات صناعة الرقائق الأخرى.
بات جيلسينجر، الرئيس التنفيذي الجديد لشركة إنتل، يرفض هذه الفكرة. حيث قال للمستثمرين والصحافيين في رسالة عبر الفيديو يوم الثلاثاء، إن "الثقة في الرقائق بحجم 7 نانومتر تتزايد". وأوضح أن الشركة تعمل على زيادة مشاركتها مع شركة TSMC وغيرها من المصانع وتستعين بشركة TSMC لتصنيع بعض المعالجات.
على الرغم من تعهد جيلسينجر لإحياء براعة إنتل في التصنيع، إلا أن الشركة بحاجة إلى شركة TSMC على الأقل لفترة انتقالية من أجل التوقف عن خسارة الحصة السوقية لوحدات المعالجة المركزية - قلب كل جهاز كمبيوتر وخادم - لمصلحة منافستها AMD.
وفقا لشخصين على اطلاع على TSMC وإنتل، كان لدى الشركة فريق يعمل مع TSMC منذ أكثر من عام لإعداد الإنتاج الخارجي لوحدات المعالجة المركزية في معمل التصنيع التايواني الجديد.
تشير تقديرات مارك لي، محلل صناعة الرقائق في بيرنشتاين، إلى أن إنتل ستستعين بشركة TSMC من أجل 20 في المائة من إنتاج وحدات المعالجة المركزية التابعة لها في 2023، وتحتاج الشركة التايوانية إلى استثمار نحو عشرة مليارات دولار في الطاقة الإنتاجية لهذا وحده.
التكلفة الباهظة جعلت من الصعب بشكل متزايد استمرار الشركات الأخرى في مجال تصنيع الرقائق المتقدمة. لكن كما يظهر مثال شركة إنتل، فإن المال ليس العامل الوحيد. تقليص حجم الترانزستورات – السمة الأساسية اللازمة لحشر مكونات أكثر باستمرار ضمن الرقاقة الواحدة، الذي يسمح بدوره باستمرار الكفاءة في التكلفة والطاقة – يصبح الآن إنجازا صعبا في مجال الهندسة.
حجم الترانزستور في عقدة بحجم 3 نانومتر يبلغ جزءا من 20 ألف جزء من شعرة الإنسان. التعديلات على الآلات والمواد الكيمياوية اللازمة لتحقيق هذا تأتي بسهولة أكبر مع التركيز الأحادي على تكنولوجيا التصنيع هذه، والنطاق الواسع والمجموعة الواسعة من التطبيقات التي طورتها شركة TSMC.
مخاوف سلسلة التوريد
موقع شركة TSMC المهيمن بشكل متزايد في صناعة الرقائق أخذ الآن يجذب الانتباه من السياسيين. تعمل الصدمة من نقص رقائق السيارات على زيادة الضغط من الحكومات لتقريب سلاسل التوريد الحيوية من أجل جعلها أقل عرضة للتعطيل في سيناريوهات مثل وباء كوفيد - 19 وتأمينها ضد نفوذ الخصوم الجيوسياسيين مثل الصين.
في الولايات المتحدة، يستشهد المشرعون بنقص الرقائق للتدليل على أن البلاد بحاجة إلى إحياء المزيد من تصنيع أشباه الموصلات في الداخل. العام الماضي، التزمت شركة TSMC تحت ضغط سياسي من إدارة دونالد ترمب ببناء مصنع بقيمة 12 مليار دولار في ولاية أريزونا.
تشعر اليابان بالقلق أيضا. أعلنت شركة TSMC الشهر الماضي أنها ستقوم بإنشاء شركة فرعية في اليابان لإجراء البحوث في مواد أشباه الموصلات الجديدة. تهيمن اليابان على إمدادات المواد الأولية لصناعة أشباه الموصلات. يقول مسؤول في الحكومة اليابانية، "من غير الآمن وجود شركة TSMC فقط في تايوان. عليك نشر الأشياء أكثر قليلا، لمواجهة خطر نشوب حرب حول تايوان. هذا الخطر حقيقي للغاية".
حتى الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي تطمح الآن إلى إعادة إنتاج الرقائق المتطورة إلى أوروبا من خلال مبادرة تسعى إلى الاستثمار في مصنع لإنتاج رقائق بحجم 2 نانومتر - الجيل التالي من عقدة تكنولوجيا العملية بعد مصنع الرقائق بحجم 3 نانومتر الذي تبنيه شركة TSMC في جنوب تايوان.
إذا كانت شركة TSMC ستخضع لهذا الضغط المتزايد، فهذا من شأنه أن يضغط على نموذج أعمالها. وفقا للمحللين، أحد الأسباب الرئيسة التي تجعل الشركة تتمتع بالكفاءة والربحية العالية هو تركيز تصنيعها في تايوان. تقول المتحدثة باسم TSMC، نينا كاو: "المواقع الرئيسة لشركة TSMC في تايوان قريبة بما فيه الكفاية بحيث يمكن نقل مهندسينا لدعم بعضهم بعضا عند الضرورة". وتقدر الشركة أن تكاليف الإنتاج في الولايات المتحدة أعلى 8 إلى 10 في المائة مما هي في تايوان.
بالتالي، TSMC غير مستعدة لنشر عمليات التصنيع الخاصة بها في جميع أنحاء العالم. يقول أحد كبار التنفيذيين في الشركة: "في الولايات المتحدة، التزمنا ببناء مصنع بعد أن أوضحت السلطات أنها ستدعم فجوة التكلفة. في اليابان، يركز استثمارنا على مجال التكنولوجيا الذي هو مهم لمستقبلنا. لكن في أوروبا، المسألة ليست بتلك القوة، وينبغي (للأوروبيين) فعلا معرفة ما يريدونه بالضبط، وما إذا كان بإمكانهم ربما تحقيقه مع شركات صناعة الرقائق الأوروبية".
يتفق الأوروبيون المطلعون على صناعة أشباه الموصلات مع هذا. شركات صناعة الرقائق الأوروبية مثل: إنفنيون Infineon وإن إكس بي NXP وإس تي مايكروST Micro تهيمن على سوق رقائق السيارات وبعض المجالات المتخصصة الأخرى. لكنها تركز اهتمامها منذ فترة طويلة على تصميم الرقائق، وليس الإنتاج. يحتفظ عدد من أكبر شركات الرقائق في أوروبا ببعض وحدات التصنيع، لكنها تجنبت استثمار المليارات في طاقة إنتاجية جديدة وتستعين بمصانع مثل TSMC في كثير من الإنتاج بدلا من ذلك. بالتالي، الطاقة الإنتاجية لصناعة الرقائق في أوروبا متخلفة عدة أجيال من تكنولوجيا العملية عن قادة الصناعة مثل TSMC وسامسونج.
يقول أحد كبار التنفيذيين في شركة أوروبية لصناعة الرقائق، "نحن نصنع الرقائق بحجم 22 نانومتر الآن. الانتقال من 22 نانومتر إلى 2 نانومتر يشبه القفز إلى قمة ناطحة السحاب 101 في تايبيه - إذا فشلت، ستسقط إلى الأرض. إضافة إلى ذلك، حاجتنا إلى الطاقة الإنتاجية المتقدمة في أوروبا ليست مقنعة حقا. نحن متخصصون في أشباه الموصلات المختلفة عن الرقائق في الأجهزة الاستهلاكية في السوق الشاملة التي تهيمن على طلب الرقائق في الولايات المتحدة، بالتالي مكاسب التكلفة من تكنولوجيا الإنتاج المتطورة ليست حاسمة بالنسبة لنا كما هي بالنسبة لزبائن شركة TSMC الأمريكيين".
في الولايات المتحدة التزام TSMC هو أيضا محدود أكثر مما قد يبدو من مبلغ الـ12 مليار دولار الذي قالت: إنها ستستثمره. سيعمل المصنع الجديد في ولاية أريزونا على الرقائق بحجم 2 نانومتر، التكنولوجيا التي هي متطورة الآن، لكن عندما يبدأ الإنتاج الضخم في 2024، فإنه سيتبع مصنع الرقائق بحجم 3 نانومتر الذي تبنيه TSMC في جنوب تايوان.
علاوة على ذلك، مصنع واحد لشركة TSMC في الولايات المتحدة لا يمكن استخدامه لكل شيء: معظم الرقائق المستخدمة في السيارات يمكن إنتاجها من خلال العقد الأكبر بحجم 28 - 65 نانومتر - شريحة ناضجة من السوق TSMC أقل هيمنة فيها. التزام الشركة التايوانية بالاستثمار في الولايات المتحدة هو أولا وقبل كل شيء نتيجة جهود طويلة الأجل من قبل البنتاجون لإعادة ابتكار بعض الطاقة الإنتاجية لتصنيع الرقائق المتقدمة في الولايات المتحدة من أجل سلسلة توريد دفاعية آمنة.
التركيز المتزايد لتصنيع أشباه الموصلات بعيدا عن شواطئ الولايات المتحدة يثير قلق مؤسسة الدفاع في واشنطن منذ أكثر من عقد من الزمن. السبب في هذا هو أن التكنولوجيا مهمة لإنتاج الأسلحة، من المعالجات التي تشغل أجهزة الكمبيوتر الضخمة التي تساعد على تشكيل مسارات الصواريخ إلى الرقائق المقاومة للحرارة في الصواريخ نفسها. كما أن أهمية أشباه الموصلات للدفاع لا مجال أمامها سوى الازدياد مع ظهور الأنظمة الآلية مثل الطائرات القتالية دون طيار.
ويحذر خبراء الصناعة أيضا من أن الجهود التي تقودها الحكومة لإعادة تصنيع الرقائق إلى الوطن قد تكون غير مستدامة. يقول هانبري، "اعتقد أن ما لا يدركه هؤلاء الناس هو أن هذا ليس حلا لمرة واحدة. إذا كنت تريد رقائق بحجم 3 نانومتر، سيكلفك هذا 15 مليار دولار، وثم بعد عامين، ستضطر إلى إنفاق 18 مليار دولار أخرى، وبعد ذلك 20 مليار دولار أخرى. الأرقام هائلة. هذا استثمار مستمر للبقاء في الطليعة".
هذا هو بالضبط السبب وراء الهيمنة القوية التي اكتسبتها TSMC في المقام الأول. تخلى منافسوها، بما في ذلك جلوبال فاوندريز GlobalFoundries التي يوجد مقرها في الولايات المتحدة ومنافستها التايوانية UMC تدريجيا عن الطموح للتنافس مع القدرات المتطورة، لأن الاستثمار المطلوب كان كبيرا فوق الحد.
على الرغم من أن الضجيج حول مركز TSMC المهيمن قد ظهر الآن فقط، إلا أن هيمنة الشركة التايوانية تجعل عملاءها قلقين منذ فترة لا بأس بها.
يقول هانبري: "كانت لدى الشركات دون تصنيع مخاوف منذ عدة أعوام من أن المركز المهيمن لشركة TSMC سيمنحها مزيدا من قوة التسعير". هذه المخاوف ازدادت حدة عندما انسحبت شركة جلوبال فاوندريز، المنافس الأمريكي الوحيد المتبقي لشركة TSMC، من السباق لتطوير قدرة إنتاج رائدة في 2018.
وبينما لا تزال الشركة الدولية لتصنيع أشباه الموصلات SMIC، أكبر معمل سبك في الصين، تتعهد بالمضي قدما، إلا أن جهودها تتعرض للعرقلة الآن بسبب قرار أمريكي العام الماضي باستخدام ضوابط التصدير لمنعها من تلقي المعدات اللازمة لبناء مرافق إنتاج الرقائق المتطورة للغاية.
هذا يبقي شركة إنتل. على الرغم من الصعوبات التي واجهتها مع تكنولوجيا الإنتاج المتقدمة، أعلنت الشركة يوم الثلاثاء أنها بصدد إنشاء شركة مخصصة لعمليات السبك، وسوف تستثمر 20 مليار دولار في اثنين من معامل التصنيع الجديدة في أريزونا.
بعض خبراء الصناعة متشككون. يقول سيباستيان هو، رئيس قسم أبحاث التكنولوجيا في شركة الوساطة CLSA: "أود أن أقول: إن هذا صعب، لأن إنتل جربت هذا قبل بضعة أعوام، ولم يتمكنوا من إنجاحه على الرغم من أنهم كان لا يزال لديهم أفضل تكنولوجيا معالجة في ذلك الوقت".
لن تستسلم TSMC بسهولة. من خلال خططها الاستثمارية الرأسمالية الضخمة لهذا العام، أشارت الشركة بالفعل إلى أنها مصممة على الاحتفاظ بمركزها القيادي. سيذهب "جزء كبير" من النفقات الرأسمالية المتوقعة إلى آلات الطباعة الحجرية ذات الأشعة فوق البنفسجية الشديدة EUV، وهي معدات لا غنى عنها في وحدات التصنيع المتطورة، كما يقول مسؤول تنفيذي لدى أحد موردي أدوات أشباه الموصلات.
قالت ASML، الشركة الهولندية التي تهيمن على سوق الأشعة فوق البنفسجية الشديدة، في أحدث مكالمة أرباح لها: إن طاقتها الإنتاجية لا تقدر على تلبية الطلب. لذلك يعتقد المطلعون على الصناعة أن كل طلب شراء يوضع الآن لدى TSMC سيساعدها على إبقاء أي منافس محتمل على مسافة منها.
يقول المسؤول التنفيذي في شركة معدات أشباه الموصلات: "بالتأكيد، كلما استغرقت إنتل وقتا أطول لمعالجة الصعوبات التي تواجهها، ستتسع الفجوة. ستظل TSMC منيعة في الوقت الحالي".
