کالبدشکافی یک گلوگاه: چرا زنجیره تأمین جهانی فناوری پیشرفته به تنگه تایوان وابسته است؟

اگر جریان کشتی‌های باری از یک جزیره واحد در غرب اقیانوس آرام فردا متوقف شود، دستگاهی که اکنون در حال خواندن این مطلب با آن هستید، غیرقابل جایگزینی خواهد شد. سرورهایی که زندگی دیجیتال شما را پردازش می‌کنند، توسعه خود را متوقف خواهند کرد، صنعت خودروسازی خطوط مونتاژ خود را تعطیل می‌کند و رونق هوش مصنوعی به یک دیوار فیزیکی سخت برخورد خواهد کرد.

اقتصاد جهانی کاملاً به نیمه‌رساناها وابسته است و این معماری دیجیتال گسترده بر یک گلوگاه فیزیکی شگفت‌آور شکننده تکیه دارد. در حالی که نرم‌افزار اثیری و بی‌نهایت به نظر می‌رسد، سخت‌افزاری که آن را اجرا می‌کند، محدود به واقعیت‌های بی‌رحمانه جغرافیا، فیزیک و خطوط کشتیرانی بین‌المللی است. درک چگونگی شکل‌گیری این تنگنا، اولین گام برای درک این است که چرا بزرگترین دولت‌های جهان در حال حاضر درگیر یک رقابت دیوانه‌وار چند میلیارد دلاری برای ترسیم مجدد نقشه جهانی تولید فناوری هستند.

تایوان، و به طور خاص شرکت تولید نیمه‌رسانای تایوان (TSMC)، مرکز ثقل بلامنازع تولید جهانی تراشه است. در حالی که طراحی تراشه‌های پیشرفته اغلب در کالیفرنیا یا کمبریج انجام می‌شود، ساخت واقعی – فرآیند فوق‌العاده پیچیده حکاکی میلیاردها ترانزیستور بر روی ویفرهای سیلیکونی – به طور عمده در تایوان متمرکز شده است.

تی‌اس‌ام‌سی در سال ۱۹۸۷ مدل ریخته‌گری «تولید صرف» (pure-play) را پیشگام کرد و تصمیم گرفت به جای طراحی تراشه‌های خود، صرفاً بر تولید تراشه‌های طراحی شده توسط شرکت‌های دیگر تمرکز کند. این امر به آن‌ها اجازه داد تا بدون رقابت با کسی، با همه شریک شوند و تخصص تولید خود را در طول دهه‌ها افزایش دهند، در حالی که بقیه صنعت برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها، ساخت خود را برون‌سپاری کردند.[3][6]

تمرکز حاصل از این امر حیرت‌انگیز است. امروز، تی‌اس‌ام‌سی به تنهایی بیش از ۶۰ درصد از نیمه‌رساناهای جهان و بیش از ۹۰ درصد از پیشرفته‌ترین تراشه‌های منطقی را تولید می‌کند. شرکت‌هایی مانند اپل، انویدیا و اِی‌اِم‌دی تقریباً به طور انحصاری به کارخانه‌های تی‌اس‌ام‌سی متکی هستند تا طرح‌های پیشرفته خود را به واقعیت تبدیل کنند.

این بدان معناست که کل انقلاب هوش مصنوعی، همراه با ستون فقرات الکترونیک مصرفی مدرن و سیستم‌های دفاعی، در حال حاضر به تأسیساتی متصل است که تنها ۱۰۰ مایل از سرزمین اصلی چین فاصله دارند. این سطح از تسلط بر بازار، کارتل‌های نفتی قرن بیستم را در مقایسه، متنوع جلوه می‌دهد.[1]

این تمرکز جغرافیایی چیزی را ایجاد کرده است که تحلیلگران زنجیره تأمین آن را «نقطه شکست واحد ساختاری» می‌نامند. اگر عملیات در تایوان مختل شود – چه بر اثر یک بلای طبیعی مانند زلزله، خرابی شبکه انرژی یا محاصره ژئوپلیتیکی – اثرات پایین‌دستی آن فوری و فاجعه‌بار خواهد بود.

کمبود جهانی تراشه در سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۳، که ناشی از ترکیبی از افزایش تقاضای ناشی از همه‌گیری و اختلالات جزئی در زنجیره تأمین بود، پیش‌نمایشی خفیف از آنچه یک اختلال واقعی به نظر می‌رسد، ارائه داد. در طول آن دوره، تنها خودروسازان صدها میلیارد دلار درآمد را صرفاً به دلیل عدم توانایی در تأمین میکروکنترلرهای پایه از دست دادند.[7]

محاصره تنگه تایوان جریان این قطعات حیاتی را به طور کامل قطع خواهد کرد. از آنجایی که عملاً هیچ کارخانه ریخته‌گری جایگزینی وجود ندارد که بتواند تراشه‌های ۳ نانومتری و ۵ نانومتری را در مقیاس و بازده مورد نیاز تولید کند، صنعت جهانی فناوری عملاً متوقف خواهد شد.

شما نمی‌توانید به سادگی مسیر خود را دور این جزیره تغییر دهید؛ کارخانه‌های تخصصی ساخت، معروف به «فب‌ها»، سال‌ها طول می‌کشد تا ساخته شوند و به اکوسیستم‌های بسیار کالیبره شده‌ای از تأمین‌کنندگان مواد شیمیایی، گازهای تخصصی و تجهیزات با دقت فوق‌العاده نیاز دارند که تقریباً در هیچ جای دیگری روی زمین وجود ندارند.

دولت‌ها و غول‌های فناوری با درک این آسیب‌پذیری وجودی، یک تلاش هماهنگ و گسترده را برای بازگرداندن تولید نیمه‌رسانا به داخل آغاز کرده‌اند. در ایالات متحده، این تلاش توسط قانون «تراشه‌ها و علم» (CHIPS and Science Act) مصوب ۲۰۲۲ رهبری می‌شود.

این قانون حدود ۲۸۰ میلیارد دلار بودجه جدید را برای تقویت تحقیقات و تولید داخلی، از جمله ۳۹ میلیارد دلار یارانه مستقیم که به طور خاص برای ساخت تراشه در خاک ایالات متحده اختصاص یافته، مجاز کرده است. هدف صریح این است که با یارانه‌دهی به ساخت ظرفیت اضافی در آمریکای شمالی و اروپا، ریسک گلوگاه تایوان را کاهش دهند.[2][4]

این فشار قانونی سرمایه‌گذاری مستقیم خارجی بی‌سابقه‌ای را تسریع کرده است. تی‌اس‌ام‌سی در حال حاضر در حال اجرای یک توسعه عظیم در فینیکس، آریزونا است. پردیس آریزونا که در ابتدا به عنوان یک پروژه آزمایشی ۱۲ میلیارد دلاری تصور می‌شد، به یک تعهد ۶۵ میلیارد دلاری تبدیل شده است که توسط ۶/۶ میلیارد دلار بودجه مستقیم از وزارت بازرگانی ایالات متحده حمایت می‌شود.

این یکی از بزرگترین سرمایه‌گذاری‌های مستقیم خارجی در تاریخ تولید آمریکا است که برای آوردن برخی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های فرآیندی جهان به جنوب غربی آمریکا طراحی شده است.[4][5]

با این حال، نگاهی شکاکانه به پروژه آریزونا، تفاوت بین اهداف اعلام شده در بیانیه‌های مطبوعاتی و واقعیت اجرا شده را آشکار می‌کند. قرار است سایت آریزونا شامل سه کارخانه جدید پیشرو باشد. اولین تأسیسات در حال حاضر با فناوری فرآیند ۴ نانومتری کار می‌کند، با بازدهی که گفته می‌شود قابل مقایسه با خطوط تی‌اس‌ام‌سی در تایوان است.

اما تولید پیشرفته‌تر ۳ نانومتری همچنان یک هدف اعلام شده برای سال ۲۰۲۷ باقی مانده است و گره ۲ نانومتری پیشرفته برای پایان دهه برنامه‌ریزی شده است. بتن فیزیکی در حال ریخته شدن است، اما پیشرفته‌ترین قابلیت‌ها هنوز سال‌ها با تولید انبوه فاصله دارند.[5]

ایجاد یک زنجیره تأمین انعطاف‌پذیر، چیزی فراتر از یارانه‌دهی به مونتاژ نهایی ویفرها نیاز دارد. ساخت نیمه‌رساناهای پیشرفته یکی از پیچیده‌ترین فرآیندهای تولید در تاریخ بشر است. این کار مستلزم تجهیزات پیشرفته، مانند دستگاه‌های لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) است که منحصراً توسط اِی‌اِس‌اِم‌اِل (ASML) در هلند تولید می‌شوند، و ارتشی از مهندسان بسیار متخصص.

ایالات متحده در حال حاضر با کمبود شدید استعداد مهندسی خاص مورد نیاز برای بهره‌برداری از این کارخانه‌ها مواجه است و تی‌اس‌ام‌سی را مجبور کرده است تا صدها تکنسین را از تایوان به پرواز درآورد تا ساخت و ساز آریزونا طبق برنامه پیش برود.

عدم تطابق زمانی بین آسیب‌پذیری فوری و آمادگی عملیاتی این کارخانه‌های جدید، پنجره حیاتی ریسک است. در حالی که ایالات متحده، ژاپن و آلمان همگی به شدت به تأسیسات جدید تی‌اس‌ام‌سی یارانه می‌دهند، واقعیت تحلیلی تلخ است: اقتصاد جهانی حداقل برای چهار سال آینده به طور ساختاری در معرض یک نقطه شکست واحد قرار دارد.

حتی اگر هر کارخانه خارج از کشوری به طور کامل به اهداف ساخت خود برسد، حجم عظیمی از تراشه‌های پیشرفته مورد نیاز رونق هوش مصنوعی را نمی‌توان بدون کارخانه‌های بزرگ تایوان تا دهه ۲۰۳۰ تأمین کرد.[8]

علاوه بر این، روایت «بازگرداندن تولید به داخل» اغلب این واقعیت را پنهان می‌کند که رهبری تی‌اس‌ام‌سی استراتژی سختگیرانه «تایوان در اولویت» را حفظ می‌کند. پیشرفته‌ترین تحقیق و توسعه شرکت، و همچنین مقیاس‌بندی اولیه فناوری‌های نسل بعدی، همچنان در تایوان متمرکز خواهد بود. اکوسیستم عمیقاً یکپارچه تأمین‌کنندگان، تأسیسات بسته‌بندی پیشرفته و دانش سازمانی این جزیره را نمی‌توان به راحتی در صحرای آریزونا یا حومه آلمان تکرار کرد. پیشرفته‌ترین تراشه‌ها همیشه در هسینچو متولد می‌شوند، قبل از اینکه به فینیکس صادر شوند.[8]

این بدان معناست که در حالی که زنجیره تأمین جهانی به آرامی در حال متنوع شدن است، این گلوگاه به این زودی به طور کامل دور زده نخواهد شد. تلاش‌های جاری در آریزونا و جاهای دیگر نشان‌دهنده یک سیاست بیمه استراتژیک است – راهی برای تضمین حداقل تولید تراشه پیشرفته برای زیرساخت‌های حیاتی و دفاعی در صورت بروز بحران. اما آن‌ها نشان‌دهنده استقلال واقعی نیستند. بخش فناوری تجاری در آینده قابل پیش‌بینی به تنگه تایوان متصل خواهد ماند.

در نهایت، مسابقه برای ایجاد انعطاف‌پذیری در نیمه‌رساناها یک چالش تعیین‌کننده قرن بیست و یکم است. از آنجایی که هوش مصنوعی و محاسبات با کارایی بالا به طور فزاینده‌ای برای امنیت ملی و رشد اقتصادی حیاتی می‌شوند، زیرساخت فیزیکی که این فناوری‌ها را ممکن می‌سازد باید ایمن شود. اقتصاد جهانی بالاخره در حال بیدار شدن از شکنندگی پایه سخت‌افزاری خود است، و در حالی که بتن برای آینده‌ای توزیع‌شده‌تر در حال خشک شدن است، جهان همچنان نفس خود را حبس کرده و آب‌های اقیانوس آرام غربی را تماشا می‌کند.