Här skapas morgondagens mobilchipp

Museet är öppet för allmänheten, och låter besökare i rum för rum ta del av det mikrochippmirakel som ägt rum under de senaste årtiondena i just Taiwan. För det var här som man först insåg att produktion av mikrochipp på beställning från världens stora teknikföretag skulle kunna innebära mycket stora pengar.

Som en följd har Taiwan idag vuxit till en global ekonomisk spelare. I downtown Taipei trängs skyskraporna med varandra, däribland världens tidigare högsta skyskrapa, Taipei 101. En köpstark inhemsk befolkning samsas med turister i det trendiga Ximendingdistriktet, som rymmer alltifrån ett pulserande nattliv till lyxkonsumtion och lokala kulinariska delikatesser.

En säkerhetspolitisk fördel

Taiwans nya status har också gett en säkerhetspolitisk fördel. För i och med halvledarna fick det nygrundade lilla sydostasiatiska landet en avgörande handelsvara i utbytet med omvärlden – och en effektiv försäkring mot anfall från den väldiga grannen Fastlandskina.

Foto: Joakim Rådström

I dagsläget är halvledare mer eftertraktade än guld eller olja. Såväl TSMC som deras kund Nvidia ligger på tio-i-topp-listan över världens högst värderade företag. När Beijing skramlar med vapnen längs Taiwans kust skickar amerikanerna krigsfartyg – och det är inte av altruistiska skäl. Handeln ska skyddas till varje pris.

– TSMC ensamt har idag 60 procent av världsmarknaden räknat i omsättning, berättar Jonas Klar, halvledarexpert och redaktör på den oberoende svenska nyhetssajten Semi14 som följer halvledarsektorn.

När det gäller de mest avancerade halvledarna handlar det om hela 90 procents marknadsandelar. Dessa består av mikroskopiska bitar av ultrarent kisel, alternativt germanium eller något annat specialmaterial, i tre ytterst tunna lager, ned på bara några nanometers storlek.

– För att sätta det i ett sammanhang så är det mindre än motsvarande ett covid-19-virus, fortsätter Jonas Klar.

Foto: TSMC

Hittills har mycket av utvecklingsrejset handlat just om att få ned storlekarna på chippen, och packa allt mindre volymer allt tätare med innehåll. Snart kan de dock inte bli mindre, eftersom kvantmekaniska, så kallade tunneleffekter, riskerar att uppstå. I korthet handlar det om strömläckage genom att elektroner ”tunnlar” igenom isoleringsskikt mellan mycket små transistorer, vilket orsakar högre energiförbrukning och värmeutveckling.

Istället har TSMC och andra utvecklare börjat satsa på chipp i 3d-format, enligt så kallad FinFET-teknik (fin field-effect transistor), som ökar processorernas kapacitet och hastighet ytterligare genom att fler transistorer staplas på samma yta. Därmed kommer nya smarttelefoner att kunna hantera ännu mer komplexa uppgifter som ai-baserade applikationer, avancerad bildbehandling och ar- och vr-teknik med högre effektivitet.

Alltsammans innovationer som innebär ännu mer utveckling och ännu dyrare och mer avancerade fabriker. Vilket i sin tur gör att konkurrenter i exempelvis Europa blir frånåkta på nolltid.

Jonas Klar på Semi14 ger ett exempel:

– EU vill fördubbla sin halvledarförsäljning mätt i omsättning till 2030. För det satsar de 40 miljarder euro från 2022 till 2027. Men 40 miljarder euro motsvarar vad TSMC har i kapitalinvesteringsbudget för ett enda år.

En nyckelaspekt av TSMC:s framgångssaga är att de endast tillverkar mikrochipp på beställning från andra – de är alltså ett så kallat ”pure play foundry”. Detta är attraktivt hos kunder såsom stora mobiltillverkare, eftersom TSMC därmed inte frestas att använda teknik eller ritningar från kunderna för att skapa egna produkter att konkurrera med. Här skiljer sig den taiwanesiska chippjätten från exempelvis sydkoreanska Samsung, som både designar och säljer egna mikrochipp – och tillverkar dem på uppdrag av andra.

Även om inte TSMC tillverkar egna chipp behöver de dock ständigt fortsätta att uppfinna och bygga ut för att tillmötesgå kundernas allt högre krav.

Centrum för Taiwans halvledartillverkning ligger i staden Hsinchu, strax söder om huvudstaden Taipei. Vi tar tåget från Taipei till ett regnigt Hsinchu och besöker stadens forskningspark. Här träffar vi Scott Huang, biträdande forskningsansvarig, för en intervju över te och kakor.

– TSMC utvecklar ständigt sin egen produktionsteknik. De har introducerat Nvidias GPU-teknik, kvantberäkningslösningar och AI i produktionslinorna redan, berättar Scott Huang.

Foto: Joakim Rådström

GPU:er, grafikbearbetningsenheter, har blivit allt viktigare för dagens mobiltelefonutveckling, inte minst eftersom de till skillnad från de klassiska CPU:erna möjliggör parallella beräkningar. Detta är avgörande för användning av avancerade ai-funktioner.

Scott Huang tror även att morgondagens mobiltelefoner kommer att bli alltmer skräddarsydda för enskilda kunder – och produktionsteamen mindre och flexiblare för att svara på sådana kundbehov.

– Man kanske fortfarande tillverkar chips till Iphone, men i små volymer, och kan snabbt ställa om produktionslinan och inom några minuter växla från en produkt till en annan. Det kan ske med hjälp av ai-lösningar, eftersom människor inte kan lösa det.

Kan bära med oss mer teknik

I takt med att storleken genom 3d-chipptekniken blir allt mindre kan vi också bära med oss alltmer teknik på kroppen i form av wearables såsom armband och ringar, eller till och med integrerad i exempelvis mänskliga ögon, siar Scott Huang.

– När du går och handlar eller åker upp på en betalmotorväg sker betalningen automatiskt. Den sortens rutiner där man måste skicka in dokument, kontouppgifter och så vidare, kan ersättas av ai, säger han.

Många risker behöver dock hanteras för att robotarna ska fortsätta rulla i de taiwanesiska renrummen. De kinesiska anfallshoten utgör en risk. En annan utgörs av sårbarheten i världsekonomin, och halvledarindustrins komplexa produktionskedjor.

Foto: Joakim Rådström

Sistnämnda problem trädde för övrigt i full dager i samband med coronapandemin 2020. Då ökade hemarbetet, vilket gjorde att efterfrågan växte på datorer och nätverkselektronik – samtidigt som tillverkande fabriker sattes i lockdown. På samma gång var det torka i Taiwan, vars halvledarindustri använder mängder av ultrarent vatten. Lägg till det några plötsliga bränder på japanska chippfabriker, och den ”perfekta stormen” var ett faktum.

Eller ta risken med jordbävningar och tyfoner i Taiwan. Så sent som 1999 drabbades ön av en jordbävning där över 2 400 människor dog, och där halvledartillverkningen vid bland annat TSMC låg nere i över en vecka.

I april 2024 slog ytterligare en jordbävning till, men tack vare omfattande säkerhetsarrangemang var TSMC väl förberedda och kunde återuppta produktionen efter bara ett dygn.

Världsekonomins nya olja kunde fortsätta flöda, med andra ord, efter bara ett tillfälligt hack i kurvan. Frågan är hur länge till.