台积电的好日子还有多久

晨枫

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台积电是当今无可争议的世界芯片代工之王。不管三星是否抢先推出2nm芯片，台积电的王座难以撼动。但台积电的王座还能坐多久？
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1 b  ]3 I' d1 i) l# y随着芯片技术越来越接近“纳米极限”，技术进步越来越慢，代价越来越大，投资回收的门槛越来越高，这一切都威胁台积电的领先地位。但最大的威胁来自美国对芯片生态的颠覆性破坏。

3 D2 b4 U4 s' @张忠谋在40年前创建芯片代工的时候，看得很准，这是全球化跨入快车道的时候。全球化在殖民帝国时代就开始了，不过那时主要是解决远方殖民地少数殖民者的就地供应问题，和现在的全球化概念完全不是一回事。日本在60年代的工业起飞可能是现代全球化的第一波，用质优价廉的日本品牌打进欧美（其实主要是美国）市场，作为廉价替代品。

' l( \) X5 {/ g( O7 V- H在“日本制造”的压力下，美国公司被迫减支增效，将部份劳动力密集、附加产值低的环节转移到劳动力成本低的外国成为救命手段。这正好与中国的改革开放一拍即合，玩具、服装、轻工业品的大转移就此开始，以此带动上游产业，并扩大到工装、物流等，传奇式的中国供应链从这里开始。欧美品牌的转移生产成为全球化第二波的最大特色。
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: K; {( ?1 }. i' H4 J, ~5 x  V以产品转移为特色的全球化很快融入以行业“结构优化”为特色的全球化，从设计、制造到营销一条龙的公司纷纷“专业化”，只留下设计，将劳心费力又不赚钱的制造和经销分出去，至少把经销分为自己抓得住的物流和外包的特许经销。这一潮流在ICT制造里进一步细分，芯片代工应运而生。
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ICT制造和其他行业一样，最初也是从集设计、制造、组装一体的所谓IDM公司开始的，Intel、TI等是典型的IDM，后起的三星也是IDM。在IDM构架下，芯片从设计到应用都在公司内部，过程完整、顺畅，但需要维持小而全、大而全的体系代价很高，小型ICT公司首先顶不住，不再IDM了，而是将芯片交给专业的代工公司，自己专注于设计和后续的组装，最后连组装也放弃了。这股风潮也卷进了大型公司，美国制造业最大的公司苹果也只设计，芯片交给代工，台积电是苹果芯片最主要的供应商之一。
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  k' g5 q2 C7 k! WICT从来都是竞争激烈的地方，芯片制造的技术门槛越来越高、投入越来越大，连Intel都有点吃不消，一度放弃10nm以下的工艺。Intel当然有各种理由，包括“Intel的10nm比台积电的7nm更好”什么的。但这个剧本的保鲜期很短，最终毕竟是要硬刚的。现在Intel也要攻关2nm以下的先进制程了。同时，Intel也有意进军芯片代工，芯片产能不再完全为自己服务，也对“友商”开放。这到底能有多少吸引力，还有待观察，因为Intel依然是IDM，芯片代工有“利益冲突”之嫌。

! p& Y' g; z! N* C. v$ a, V这正是台积电这样纯代工模式的好处，因为不与设计和组装方存在利益冲突。

2 ^  e6 c8 j& y& a6 S" U作为纯代工，台积电不设计芯片，也不组装最终产品，只是“单纯”的来样加工。对于设计方来说，没有技术机密外泄的问题；对于组装方来说，芯片的质量、性能、成本、交货有保障。皆大欢喜。
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4 ~8 L( c: Q& l) _# {6 ]  T但这是建立在全球化的基础上的，虚拟和实体的中间体、最终产品在全世界的ICT制造业之间高度流通。华为也曾经是台积电最大的客户之一。

, M4 ~/ R6 L. @" r5 v) F但美国正在破坏这样的ICT制造业生态，对华为的禁令已经迫使台积电放弃很大一部分华为市场，类似的禁令最终将影响到更多的中国ICT制造业。美国还在打造芯片四方联盟（CHIP4），要把韩国、日本也拉上。
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# P; g" k0 g4 e4 |- b作为对策，中国只有全力发展独立的先进芯片设计、制造。

中国在此前已经开始发展先进芯片设计、制造了，但是作为进口补充，而不是替代，更不是独占。中国的发展得益于全球化，中国真心拥抱全球化。但在全球化之路走不通的时候，中国只有走自己的路，中国不能因为封锁而躺平。
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: I( L8 e6 p0 e: y5 B; r3 F中美技术脱钩的结果使得本来全球化的ICT制造业碎片化，中美分别在国家层面上打造各自的IDM，台积电在中间遭到撕扯。

中美作为国家IDM，都不完整，但问题刚好相反。

& Y8 H) K! J0 \美国的设计能力强，高通、Intel、ARM、AMD、TI都在旗下。把台积电（还有三星、联电、格罗方德、赛灵思、英飞凌等）拉入圈子后，制造能力也强。但在应用方面较弱。
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! B0 K; |8 y- c; @6 W) H+ s与芯片设计与制造相比，芯片应用要碎片化得多，也不都是高科技、高利润行业。在全球化中，很多这样的行业被转移到中国，更多的则在中国土生。如今“古怪精灵”的新产品常常“缺省值”就是中国制造，LED灯、智能玩具、智能家居都是这样。汽车正在成为芯片的大用户，中国汽车日益成为“四个轮子上的手机”，对芯片的需求成几何级数增长；美国汽车的信息化程度还相当初级，全电车更是还在特斯拉一花独放的阶段，大三还骑跨在门槛上。
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) T+ k; x# o, y数字化、信息化已经贯穿现代制造和现代产品，芯片应用的深度、广度和力度实际上是个一般制造业的活力问题，美国的去工业化对芯片应用来说就是土壤沙漠化，这不是拉起一个CHIP4能解决的。

当然，CHIP4内还有韩国、日本、台湾。台湾没有多少制造业，吸收芯片产能的能力不足。日本在数字化方面有点跟不上趟，吸收能力同样不足。韩国的数字化做得较好，但韩国有自己的三星等。

. U% C" {* `+ X2 r2 b台积电需要持续高投入才能保持高增长，但持续的高投入必须以可靠的高收入为前提。台积电的特长在于高端芯片，但这也是美国对中国禁运的重点。要是台积电在CHIP4内找不到足够的沃土，高端芯片不能对中国销售，低端芯片受到中国产能的挤压，这日子怎么过？

% |, M) c9 y' l4 U% c简单说，台积电被划拉进CHIP4，与台积电被迫到美国开厂有异曲同工之妙。
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中国的情况和美国相反，应用方面超强，具有填不满的胃口，在中低端设计和制造方面已经赶上来了，但在高端设计和制造方面还有缺口。

中国正在投产巨大的芯片产能，不过主力还是28nm以上的中低端芯片。手机和服务器等对体积、功耗要求特别高，这是高端芯片的主要市场。但手机市场的换机频率在下降，服务器倒是还在随云计算的需求在继续扩张。量更大的中低端芯片依然是市场主力，成本低，性能成熟稳定。中国的“制造业唯一超级大国”的地位确保了中国芯片产能被有效吸收，形成有益的投资-产出循环，并形成对进一步升级的动力和压力。
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3 @! T4 s: U# R1 T3 h: A说起来，汽车芯片现在还是28nm甚至45nm级，但自主驾驶正在堆算力，可能在几年内就需要14nm、7nm。可巧中国芯片产能可能正好在同期能同步达到14nm、7nm的大量生产，产销形成良性互补。
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但全国产的先进芯片制造能力依然缺门。人们感觉对此已经焦虑很久了，但中国人的焦虑实际上是从华为被全面禁运开始的，那才是2019年，离现在才3年。中国人太习惯于“中国速度”的奇迹了，但先进芯片集发达国家几十年先进科技和巨量投资之大成，那么轻而易举就突破，也未免太不把发达国家当回事了。

中国在悄悄努力，绝不躺平。在高端设计方面，海思曾经迈入一只脚，但因为美国EDA禁运被打残了，国产EDA和先进制造跟上来后，复活只是时间问题。CPU和GPU方面，突破时有所闻，困境并未完全突破，但除了短板的高性能通用芯片，还有各种专用芯片，这些方面中国并不落后，还因为研用结合，先进性和接地气很好地结合了起来。在芯片制造方面，中芯在悄悄发力，已经投产7nm芯片。

# N' e' k8 E3 I中国投入重金打造芯片工业，初始投资巨大，但中国芯片进口在2021年已经达到4400亿美元，早就超过石油进口。如果新增国产芯片产能能够替代一半进口，那就等效于对经济内循环注入2200亿美元，这是十分可观的拉动，而且可持续。尤其重要的是，这个效益可以立刻实现，不需要等，因为中国制造业对芯片的消化能力是现成的，唯一区别是芯片来自进口还是国产。

, ^' D/ L* K" m; ~# i! m& C在理论上，美国也可以做到，但缺乏制造业基础使得投资和收效的问题极大增加。如果说中国芯片生态圈把制造这一环补起来好比久旱逢霖，美国芯片生态圈要把应用-一般制造业这一环补起来就是沙漠变良田了，要艰巨、漫长得多。
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在脱钩的世界，台积电是美国圈子的一员，得不到中国的信任，未来只有在无关紧要的订单上还可能得到中国订单，毕竟中国必须随时提放台积电因为美国压力而对中国断供。
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; U& s9 T/ Z  m& D0 |台积电注定是脚踏两条船的。只有在中美两条船相向而行时，台积电左右逢源；相背而行时，最终掉进水里。

台积电要是好日子不再，台湾的芯片代工工业就偃旗息鼓了，台湾的经济基础就倒了半壁江山，这对台海关系的影响就是另外的话题了。

晨枫

雨楼 发表于 2022-8-30 14:56
; M4 x- P$ N0 n9 t$ _以手机为例，俺现在用的是HUAWEI P30 Pro。 CPU是Kirin 980 (7 nm)， 2018年底官宣的。现在用的好好的。
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其实我倒是觉得汽车芯片可能会很快进阶到14nm甚至7nm，因为自主驾驶已经在堆算力了。但3nm、2nm，那还远着呢。
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+ P1 ^7 Y0 l# d: m' Y说起来好玩，汽车芯片需求发展到先进芯片的时间表可能与中国先进芯片的产能刚好重合。

晨枫

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机器猫 发表于 2022-8-30 16:28
这点我很怀疑。自动驾驶需要的算力应该不是十年前的芯片能提供的。汽车芯片不太可能会把PC/手机芯片走过 ...

( }5 A/ Y; B* P1 U你认为会直接上3nm、2nm？我不认为。
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同时，我认为自主驾驶最后不会走通用芯片的路，而是专用芯片，不是用先进nm来取胜，而是用先进架构取胜。

晨枫

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机器猫 发表于 2022-8-30 16:44
汽车是一个很复杂的系统，里面其实有很多的芯片，属于分布式的系统。主要目的是为了安全，你希望控制发动 ...

- Y4 U& _8 |3 I  _9 }% S这里有几个概念错误。

1、每个系统由分散的芯片控制会过渡到集中统一的控制平台，好像工业上的DCS和PLC那样。控制功能集中后，算力要求更高，这可通过某种并行处理解决。其实控制功能对算力的要求不高，对IO处理的要求高，这个我知道。Motorola 68040都是什么时代的芯片了，现在还是工业DCS的主力，一个芯片管百八十个回路呢。F-22的CPU也才是PowerPC级别的，这可不是10年前的技术，是30年前的技术了。工业和飞行控制系统有现成的经验。
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7 T7 v7 }$ ?: t/ E6 y. {' t2、娱乐系统的CPU功能繁多，但对可靠性的要求是最低的，速度快点慢点其实也没有那么讲究，完全可以量力而行。

3、算力与功能是相辅相成的，其实不是常想的“我需要xyz，你的CPU算得过来吗？”这么简单，而是为了保证一定的CPU Free Time（避免overrun），需要降低计算的复杂性或者计算频率。只有能可靠实现的功能才是有用的功能。对于绝大多数应用来说，没有那么多must，更多的是want，那就是可以“商量”的。
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4、对于自主驾驶，我更看好专用芯片。这个市场足够大，对芯片厂不乏吸引力。就芯片技术而言，最新的AMD Zen 4也“只有”14nm。

晨枫

orleans 发表于 2022-8-30 17:22
7 z+ f8 C. f: t6 p' b+ N  a4 V( r汽车芯片因为对功耗， 体积不敏感， 即使新设计的芯片也会倾向成熟制程， 因为价格差距太大，另外成熟制程 ...

是的，而且芯片发热用水冷解决问题也不大。我也觉得成熟芯片在汽车上还有一定的生命力，不过瓶颈最终还是需要突破的，现有的28nm、45nm以上还是会很快过渡到14nm、7nm。

晨枫

料理鼠王 发表于 2022-8-30 18:04
' b& Z! K) c* {对于汽车上的应用，汽车工业苛刻的信赖性测试要求和几乎无限的空间，注定车用芯片没有那么快的升级速度。
...

手机换机频率下降对苹果的压力已经出现了，这几年苹果涨价速度放慢好多，对台积电的影响说话就到。

晨枫

testjhy 发表于 2022-8-31 01:24
. G( I8 b9 i: s, C4 n: w" V老大吓了我一跳，记得AMD Zen3就到7nm了，怎么Zen4回到14nm，这不是自杀吗，，查了一下，Zen4好象 ...

那是我看错了。抱歉

晨枫

testjhy 发表于 2022-8-31 01:40
现在所谓自动驾驶拼算法+算力，算法进步不大，所以堆算力，有两个不稳定因素，一是算法进步不大，算力最 ...

量子的事情真心不懂，还望科普。

晨枫

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雨楼 发表于 2022-8-31 02:41
: d  o" j+ i4 o. R. ]7 b' b车上一定是分布式的系统。比如自动窗，后视镜调节。控制器和被控制的部分在一起，不然车上布线的成本，空间 ...

分布与集中不是矛盾的。工控上这条路来回走过N遍了。

/ ^, N! A0 C: d7 a, X2 y7 K* |* J后视镜、自动窗这些单独功能用就地控制不难，但越来越与“非必要功能”整合也是必然的，所以只分布不集中是不行的。比如简单地说，后视镜与座椅、方向盘等一起作为驾车人的preferred setting，可以在几个不同设定（假定是几个人常用这辆车）之间选；自动窗与遥控开锁、锁门联动；这些就必须要与中控连线了。
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弄到后来，布线成本反正逃不掉，也就不是问题了。

- [' O- T7 D2 ]但布线与布线不一样。现在的趋势是总线化，不再是简单的模拟线和动力线，而是带电源的数据总线。

晨枫

机器猫 发表于 2022-8-31 09:14
这跟工控还真不太一样。第一车面对的是小白用户，跟工控面对的用户群不同。第二车上“非必要”的系统占很 ...

7 q+ h, }& T' _# g. L. I+ U; p用户小白是HMI设计的问题，不是自控设计的问题。这个不要误解了。DCS系统里也是功能分区的，特别高可靠性要求的部分有半独立的模块挂再DCS下，在任何情况下都可独自工作，但在平时保持全局控制。核电站都用DCS，从反应堆到storm pond一起控制，你认为汽车上反而不能用相似的概念了？
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当前汽车芯片可能是从以前架构延续过来的，没有考虑自主驾驶的问题，只是“把算法灌进去用用看”，所以有点跟不上趟。这个问题有很多解决的办法，包括用OPC外挂。工业DCS大多不用自己的算力直接啃APC，而是用OPC外挂专用APC服务器。只要通信速度足够，这没有问题。PLC的OPC可以达到毫秒级，战斗机飞控也不过这个级别，车用应该够用了。
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Zen 4是我看错了。

晨枫

雨楼 发表于 2022-8-31 09:37
  ~# o& i/ R7 O/ J5 I0 _7 G这个就是CANBUS等总线的活了。
6 [- Q1 B) L$ ~2 K特斯拉在这部分做的很好。

必由之路！

. i9 a; g+ U" x1 Y现在这些总线还是汽车公司的内部标准，可能会有人推动工业标准，便于零部件设计制造和维修。但汽车公司会抵制。这就看斗法谁厉害了。

晨枫

机器猫 发表于 2022-8-31 10:03
从技术上说我认同你的看法。但是这不是个技术问题。现在这些车的控制系统的问题已经炒得沸沸扬扬，各种用 ...

刹车问题可以通过data recorder解决，就是黑盒子。只是工业标准和成本问题。很多汽车公司可能已经在做了，但还缺乏法律上认可的工业标准。

晨枫

鳕鱼邪恶 发表于 2022-8-31 14:05
说句题外话
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- t$ a/ m5 M+ X' E美国差不多已经把俄国整成敌国了；那么俄国用美国的专利不付钱啥的就不是个事儿了吧？

  d* q/ Q3 L  n9 a0 L# y7 X% c你对专利不会有什么误解把？

晨枫

鳕鱼邪恶 发表于 2022-8-31 16:26
" F% A$ Z$ U2 f# {4 g- F! t7 @没用过，还真不懂～

专利是用来堵路的，不是用来引路的。

2 y0 B. l2 I/ T+ D( i# b3 K把路障搬开，既可能是有人不愿意你走的捷径，也可能是有人故意要害你的死路。