سامسونگ و TSMC بیشترین سهم تولید صنایع نیمه‌هادی را به خود اختصاص داده‌اند

شرکت صنایع نیمه‌هادی تایوان (TSMC) و بخش ریخته‌گری سامسونگ، حاکم بر تولید تراشه‌های قراردادی هستند و اغلب شرکت‌ها برای برون‌سپاری تولید تراشه‌هایشان از بازوی تولیدی دو شرکت یادشده بهره می‌گیرند. آن‌ها تنها شرکت‌هایی هستند که فناوری‌های پیشرفته برای ساخت تراشه ارائه می‌دهند و در عین ‌حال از بیش‌ترین ظرفیت تولید برخوردار هستند. به ‌گزارش تامز هاردور، TSMC و بخش ریخته‌گری سامسونگ در صدد تبدیل شدن به ‌تولیدکنندگان اصلی تراشه‌های پیشرفته هستند؛ زیرا هیچ شرکت دیگری از جمله اینتل، نمی‌تواند تکنولوژی و هزینه‌های سرمایه‌گذاری خود را با استاندارد آن‌ها مطابقت بدهد.

TSMC بزرگ و بزرگ‌تر می‌شود

TSMC در سال ۱۹۸۷ تأسیس شد و اولین کارخانه ریخته‌گری مستقل در جهان بود که برای دیگران تراشه تولید می‌کرد. این شرکت پس از ۳۴ سال از آغاز فعالیت خود، از یک نهاد کوچک به یک شرکت چندمیلیاردی و پنج فَب ۳۰۰ میلی‌متری، هفت فَب ۲۰ میلی‌متر و یک مرکز تولید ۱۵۰ میلی‌متری تبدیل شده است. غول تایوانی با توسعه‌ی دَه‌ها فناوری ساخت و بهره‌گیری از ظرفیت‌های گسترده‌ی تولید، می‌تواند تقریبا سفارش تمامی شرکت‌های طراح تراشه را بر عهده بگیرد و همین امر سبب شده است در سطح بین‌المللی با بیش از ۴۶۰ شرکت همکاری داشته باشد.

ازآنجاکه در سال‌های اخیر تقاضا برای ساخت تراشه‌های پیشرفته در حجم انبوه از سوی مشتریان بزرگ مانند اپل، های‌سیلیکون، کوالکام، انویدیا و AMD افزایش یافته است، TSMC ساخت گیگافَب‌های (GigaFabs) جدید و امکانات تولید با ظرفیت ماهانه بیش از ۱۰۰ هزار ویفر ۳۰۰ میلی‌متری را آغاز کرده است. هزینه‌ی بهره‌برداری از هر گیگافَب حدود ۲۰ میلیارد دلار برآورد می‌شود؛ از این‌رو TSMC بودجه‌ی تحقیق‌و‌توسعه خود را افزایش داده است و به موجب آن، نه‌تنها اینتل و سامسونگ را با فناوری‌های تولید خود پشت سَر گذاشته، بلکه از ظرفیت تولید به‌مراتب بیشتر از سایر سازندگان نیمه‌هادی برخوردار است. این عمدتاً به این دلیل است که TSMC تقریبا با تمامی بزرگان صنعت تراشه همکاری می‌کند و شرکای بزرگی همچون اپل، کوالکام و AMD، رشد روزافزون این شرکت را تضمین خواهند کرد. 

TSMC در سال جاری میلادی تصمیم گرفت هزینه‌های سرمایه‌گذاری خود را به‌طور اساسی به ۲۵ الی ۲۸ میلیارد دلار افزایش بدهد که در مقایسه با هزینه‌ی ۱۷٫۲ میلیارد دلاری در سال ۲۰۲۰، ۴۵ تا ۶۲ درصد افزایش نشان می‌دهد. TSMC به‌طور مستمر سرمایه‌گذاری‌ را در بخش‌های تولید و ایجاد زیرساخت‌های جدید افزایش می‌دهد و احتمالا این رَویه در بازه‌ی زمانی ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۳ نیز حفظ خواهد شد.

به‌طورکلی، پیش‌گام بودن در تولید صنایع نیمه‌هادی از نظر حجم و همچنین از نظر رهبری فناوری دارای مزایایی است. برای مثال، تهیه تجهیزات ریخته‌گری در حجم زیاد بسیار آسان‌تر است. افزون بر این، تنظیم استانداردهای تولید و زنجیره‌ی تأمین آسان‌تر خواهد بود.

سامسونگ در تعقیب TSMC

سامسونگ الکترونیک مدتی است که بزرگ‌ترین سازنده حافظه دسترسی تصادفی پویا (DRAM) و NAND flash در جهان است و برای دَهه‌ها در تجارت نیمه‌هادی فعالیت داشته. علاوه بر این، سامسونگ تراشه‌های مختلفی برای نیازهای خود و سایر شرکت‌ها همچون کوالکام و انویدیا تولید می‌کند. این شرکت با درک اهمیت صنعت نیمه‌هادی، در اواسط دَهه‌ی ۲۰۰۰ میلادی شروع به ارائه‌ی خدمات ریخته‌گری کرد. بخش ریخته‌گری سامسونگ سال‌ها است که سعی در رقابت با TSMC دارد؛ اما با وجود عملکرد درخشان در سالیان اخیر، همچنان در تکاپوی نزدیک شدن به TSMC است.

بزرگ‌ترین مشتری ریخته‌گری سامسونگ هنوز شرکت مادر سامسونگ است که تلاش می‌کند بهترین گوشی‌های هوشمند، تلویزیون‌ها، رایانه‌های شخصی، نمایشگرها و سایر لوازم الکترونیکی جهان را بسازد. به همین منظور، تصمیمات طراحی SF در بعضی مواقع به تصمیمات سازنده دستگاه یکپارچه (IDM) شباهت دارد که از محصولات واقعی به‌ جای استفاده از خدمات تولیدی، درآمد کسب می‌کند.

سامسونگ خیلی زود متوجه شد که تقاضا برای تراشه‌، از جمله DRAM،3D NAND،SoC-ها و… با رشد چشمگیری مواجه خواهند شد؛ بنابراین سرمایه‌گذاری خود را برای نخستین بار در سال ۲۰۱۰ به بیش از ۱۰ میلیارد دلار افزایش داد. در مجموع، سامسونگ ۹۳٫۲ میلیارد دلار برای چشم‌انداز بلندمدت توسعه‌ی تولید هزینه کرد و به لطف آن، ظرفیت تولیدی این شرکت در سال ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۰، به‌طور قابل ‌توجهی فاصله خود را با TSMC کاهش داد. البته باید توجه داشت که ریخته‌گری سامسونگ هنوز از نظر ساخت ویفر در ماه و همچنین از نظر تعداد گره‌هایی که ارائه می‌دهد، تقریبا سه برابر کوچک‌تر از TSMC است؛ اما می‌توان گفت که شکاف عمیق بین این دو شرکت بسیار کاسته شده است.

سامسونگ از بودجه‌ی سرمایه‌گذاری خود در سال ۲۰۲۱ رونمایی نکرده است؛ اما تحلیلگران بر این باورند که این هزینه می‌تواند حداقل به ‌اندازه‌ی سال گذشته و حدود ۲۸٫۱ میلیارد دلار باشد. گفته می‌شود مجموع سرمایه‌گذاری سامسونگ و TSMC در سال جاری تقریبا ۵۵٫۵ میلیارد دلار خواهد بود و بخش قابل‌ توجهی از بودجه‌ی سامسونگ صرف خرید تجهیزات برای مشاغل ساخت حافظه می‌شود. بااین‌حال، سرمایه‌گذاری عظیم دو شرکت، بر توسعه‌ی ابزارهای تولید و زنجیره‌های تأمین تأثیر خواهد گذاشت.

اینتل امیدوار به آینده

سومین بازیگر مهم صنعت تولید تراشه اینتل است و به‌طور سنتی سالانه دَه‌ها میلیارد دلار در بخش‌های تولیدی سرمایه‌گذاری می‌کند. برای مثال، تیم آبی در سال گذشته حدود ۱۴٫۳ میلیارد دلار صرف سرمایه‌گذاری در ایجاد زیرساخت‌ کرده است؛ بنابراین همچنان یک تولید‌کننده شاخص و قابل احترام در صنعت پردازنده‌ها محسوب می‌شود؛ اما هزینه‌های اینتل تقریبا نیمی از هزینه‌های سامسونگ و TSMC در سال جاری خواهد بود. به‌علاوه، ازآنجاکه اینتل تراشه‌های خود را با استفاده از گره EUV (فرایند ساخت به وسیله‌ی نور فرابنفش) تولید نمی‌کند، تأثیر فوری و در خور توجهی در توسعه صنعت و زنجیره‌های تأمین نخواهد داشت.

از نظر تاریخی، اینتل چندین مزیت رقابتی داشت که آن را از همه رقبای مستقیم و غیر مستقیم جدا می‌کرد. معمولا پردازنده‌های اینتل سریع‌ترین پردازنده‌ها در صنعت و ریزمعماری و طراحی پردازنده‌های اینتل برای تمام بخش‌های بازار مقیاس‌پذیر بودند. اینتل قدرت کافی برای اطمینان از پشتیبانی نوآوری‌های معماری توسط سازندگان نرم‌افزار و بهترین فناوری‌های فرآیندی را در اختیار داشت که می‌توانست برخی نقص‌های معماری یا طراحی آن را جبران کند.

افزون بر این، غول آمریکایی صنعت تراشه می‌توانست پردازنده‌هایی در حجمی تولید کند که برای سایر تولیدکنندگان امکان‌پذیر نبود. ازآنجاکه اینتل از نظر مالی، فنی و اقتصادی رهبر نیمه‌هادی بود، استانداردهایی برای سایر صنایع تعیین می‌کرد که موقعیت رهبری آن را بیش‌ازپیش تضمین می‌کرد.

ویژگی دیگری که اینتل را از سایرین متمایز می‌کرد، این بود که در عین رقابت با سایر تولیدکنندگان نیمه‌هادی، می‌توانست با ایجاد اتحاد و مشارکت با غول‌های فناوری، از جمله مایکروسافت، دل، HP، اپل و… خود را در رقابت جلو بیندازد. اینتل صدها میلیون دلار صرف بازاریابی و تبلیغات می‌کند که معمولا بیش از مجموع رقبا است؛ اما در شرایط کنونی اوضاع کمی متفاوت است و اینتل دیگر حاکم بر بازار پردازنده‌ها محسوب نمی‌شود.

تاکنون اینتل حداقل سه مزیت را از دست داده است. این روزها پردازنده‌های مرکزی اینتل رهبران بلامنازع بازار نیستند و به‌سختی با محصولات AMD رقابت می‌کنند. اینتل همچنان به استفاده از فرایند ساخت ۱۰ نانومتر پایند است و در بهترین حالت می‌تواند در برابر پردازنده‌های ۷ نانومتری ساخت TSMC رقابت کند؛ اما گره‌های این شرکت نمی‌توانند تراکم ترانزیستوری برابر محصولات ۵ نانومتری TSMC را ارائه بدهند؛ بنابراین به‌ نظر می‌رسد که اینتل کمی از رقابت جا مانده و موقعیت پیشرو در استفاده از آخرین تکنولوژی‌ها را از دست داده است.

با وجود تحریم‌های هواوی، AMD در حال تبدیل شدن به دومین مشتری بزرگ TSMC است و به واسطه‌ی همکاری با آن، می‌تواند از شریک تولید خود بخواهد پردازنده‌هایش را برای دستیابی به عملکرد قوی‌تر یا مصرف کمتر انرژی پیکربندی کند. در همین حال، گفته می‌شود اینتل نیز قرار است تولید بخشی از پردازنده‌های ۷ نانومتری‌اش را به TSMC واگذار کند که شاید نقطه‌ی عطفی در بهبود شرایط این شرکت باشد. اینتل همچنان نیروی محرک بسیاری از ابتکارات صنعت است و هیچ فناوری بدون پشتیبانی اینتل نمی‌تواند در دنیای کامپیوتر گسترده شود. بااین‌حال، دیگر هیچ ابتکاری مانند Wintel وجود ندارد و به‌زودی کاملا از زنجیره‌ی تأمین پردازنده‌های اپل نیز کنار گذاشته خواهد شد.

سامسونگ و TSMC چندین سال قبل از اینتل به‌کارگیری از تجهیزات مبتنی بر فناوری EUV را برای تولید تراشه با استفاده از فناوری‌های پیشرفته آغاز کرده‌اند؛ بنابراین مدتی است که آن‌ها تجهیزات و زنجیره‌های تأمین جدید را تجربه می‌کنند. همچنین، سامسونگ و TSMC دو برابر بیشتر از سرمایه‌گذاری اینتل در سال ۲۰۲۱، سرمایه‌گذاری خواهند کرد. البته باید به این نکته اشاره کرد که مسلما اینتل نیازی به هزینه TSMC و سامسونگ ندارد؛ زیرا فقط تراشه برای نیازهای خود تولید می‌کند. این در حالی است که همتایان آن، خدمات ریخته‌گری را ارائه می‌دهند و به‌نوعی پیمانکارانی برای سایر شرکت‌ها محسوب می‌شوند.

اینتل دارای معماری پردازنده‌ی مرکزی x86 فوق‌العاده‌ای است که در مقایسه با پردازنده‌های AMD عملکرد تک‌رشته‌ای بالاتری ارائه می‌دهد. اینتل همچنین پردازنده‌های بیشتری در مقایسه با سایر سازندگان تولید می‌کند و می‌تواند تراشه‌های زیادی برای سایر شرکای خود فراهم کند. با توجه به سهم بازار و رهبری حجم اینتل، تقریبا تمام ابتکارات آن توسط صنعت نرم‌افزار پشتیبانی می‌شود. علاوه بر این، اینتل بهتر از هر شرکت دیگری می‌داند که چگونه محصولات و نام تجاری‌اش را تبلیغ و به‌نوعی تداوم فروش خود را برای سالیان متمادی تضمین کند.

به‌طورکلی، شاید اینتل دیگر نتواند در تمامی جبهه‌ها در برابر همه رقبای خود با موفقیت رقابت کند؛ اما امید می‌رود که با آمدن مدیرعامل جدید و تغییر سیاست‌های این شرکت، به‌خصوص برون‌سپاری تولید بخشی از پردازنده‌ها به TSMC، به دوران اوج خود بازگردد.

تمایل دولت‌ها به سرمایه‌گذاری در صنعت تراشه

TSMC و سامسونگ هر کدام حدود ۲۸ میلیارد دلار برای امکانات تولید و میلیاردها دلار برای تحقیق‌وتوسعه هزینه می‌کنند و کار بسیار دشواری است که یک شرکت تجاری از پس این هزینه‌ها و رقابت با شرکت‌های مذکور برآید. حتی اپل با درآمد گسترده و انبوهی از ذخایر نقدی به‌سختی حاضر است دَه‌ها میلیارد دلار در تولید تراشه سرمایه‌گذاری کند.

در سالیان اخیر، دولت‌های اتحادیه اروپا، ایالات متحده آمریکا و چین برای کمک به تراشه‌سازان برای ایجاد کارخانه و تولید محصولات در مناطق محلی ابراز تمایل کرده‌اند؛ اما اعتقاد بر این است که رسیدن به سطح TSMC و سامسونگ تقریبا غیر ممکن است و با توجه به اینکه دو سازنده برجسته نیمه‌هادی از نظر سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها بسیار جلوتر از صنعت هستند، تحلیلگران بر این باورند که دولت‌ها برای موفقیت نسبی، حداقل به ۵ سال زمان و سرمایه‌ای بالغ بر ۳۰ میلیارد دلار در سال نیاز خواهند داشت. شرکت چینی SMIC طی سال‌های گذشته کمک‌های زیادی از طرف مقامات محلی و دولت چین دریافت کرده است؛ اما این شرکت هنوز در بهترین حالت پنج سال عقب‌تر از شرکت‌هایی همچون سامسونگ و TSMC است.

از نظر تئوری، دولت‌ها می‌توانند با استفاده از کمک مستقیم، تخفیف مالیاتی و سایر مشوق‌ها، صنعت نیمه‌هادی بومی را تحریک کنند. بااین‌حال، کل هزینه‌های آن‌ها طی پنج سال آینده باید بیش از ۱۵۰ میلیارد دلار باشد؛ رقم بسیار هنگفتی که از احتمال موفقیت آن می‌کاهد. در همین راستا، TSMC قرار است بخش کوچکی از خط‌ تولید خود را با احداث کارخانه‌های جدید و سرمایه‌گذاری چندین میلیارد دلاری به ایالات آریزونا واقع در خاک آمریکا منتقل کند.