Waarom de hele wereld rekent op chips uit Taiwan

Het geraas klinkt als een taxiënd vliegtuig dat nooit opstijgt.

„Herrie? Welke herrie bedoel je?”, zeggen medewerkers van een kantoorpand in Taichung dat omsingeld is door de kolossale gebouwen van TSMC. Blijkbaar went het, die blazende chipfabrieken.

Taichung is maar één van de steden waar de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company op grote schaal computerchips produceert. Vroeger zag je hier rijstvelden, weilanden en fruitbomen, nu plant TSMC er megafabs en gigafabs.

TSMC maakt processors voor andere techbedrijven, zoals chips voor Sony’s PlayStation 5 en de iPhone van Apple, of de chips die Nvidia gebruikt voor kunstmatige intelligentietoepassingen. Ook de datacenters van Amazon, Alibaba en Microsoft halen hun rekenkracht uit Taiwan. Zelfs Intel, ooit toonaangevend in chiptechniek, besteedt een deel van zijn productie aan TSMC uit.

Inmiddels levert het Taiwanese bedrijf ruim de helft van alle chips ter wereld en 90 procent van de meest geavanceerde chips. Zo is het eiland Taiwan – 24 miljoen inwoners op een gebied zo groot als Nederland – een cruciale schakel in de wereldeconomie.

Hoe kon TSMC zo succesvol en invloedrijk worden? Het bedrijf laat geen buitenstaanders toe in de fabrieken. Geïnteresseerden worden doorverwezen naar het TSMC Museum of Innovation, voor een spoedcursus chiptechniek en een virtuele kennismaking met de oprichter van het bedrijf, de inmiddels 91-jarige Morris Chang. Zijn lijfspreuk hangt, in Changs eigen handschrift, aan de muur. Vrij vertaald: achter grote obstakels wacht een mooie toekomst.

Om een beter beeld te krijgen van wat zich in de fabrieken afspeelt, sprak NRC onder meer met vijf mensen die bij TSMC werken of gewerkt hebben. Ze willen niet met hun naam in de krant omdat ze niet met de pers mogen praten. Hun namen zijn wel bij de redactie bekend.

Geen flauw idee

Geheimhouding is essentieel bij TSMC: om te voorkomen dat informatie naar buiten lekt – met name China aast op Taiwanese chiptechniek – en om te voorkomen dat er intern informatie van klanten gedeeld wordt.

„Ik had geen flauw idee wat andere afdelingen deden – TSMC heeft erg strenge regels”, zegt een oud-medewerker van de onderzoeksafdeling. „Teams die de ene klant, bijvoorbeeld chipontwerper AMD, helpen, weten niets van chips die Nvidia bij ons laat maken. Dat ligt heel gevoelig.”

De scheiding tussen klanten en fabriek is het fundament waarop oprichter Morris Chang een chipgigant bouwde. Chang, van oorsprong Chinees, studeerde in de jaren vijftig mechatronica in de VS en werkte jarenlang voor Texas Instruments.

Chang was een pionier, hij zag vroeg de voordelen van het uitbesteden van chipproductie, in een tijd dat elke chipontwerper nog een eigen fabriek had. Je kunt het vergelijken met kranten die ooit hun eigen drukkerij hadden, voordat ze het drukproces afstootten.

De kosten om bij te blijven in chiptechnologie zijn snel gestegen (moderne fabrieken kosten ruim 15 miljard euro), dus is het voor chipontwerpers aantrekkelijker geworden om capaciteit te huren bij gespecialiseerde ‘chipdrukkerijen’ – de zogenaamde foundries.

Morris Chang stond aan de basis van dit foundry-model. Toen hij van de Taiwanese overheid in 1985 de opdracht kreeg om een lokale chipindustrie op poten te zetten, koos hij ervoor om alleen in opdracht te werken van andere chipbedrijven. „Wij zullen nooit concurreren met onze klanten”, beloofde hij.

Chang strikte Philips in 1987 om chiptechnologie ter beschikking te stellen en een belang van 27,5 procent te nemen in het prille TSMC. Philips bouwde dit belang stapsgewijs af, tot 2007, en verdiende daarmee miljarden. Op dit moment is TSMC echter veel meer waard: de beurswaarde bedraagt 350 miljard dollar.

Het leger van TSMC

Het is vijf uur ’s middags in Hsinchu -Science Park. Elke keer als het stoplicht op groen springt, verlaat een zwerm scooters de TSMC-campus. Ze wurmen zich langs vrachtwagens met gassen en chemicaliën en bouwverkeer voor ‘Fab 20’. Dat is de nieuwste gigafab, die vanaf 2025 chips moet gaan produceren.

Lees ook: Op de chipbeurs in Taiwan vechten ASML en TSMC om nieuw personeel

Je kunt TSMC-medewerkers herkennen aan de ‘T’-sticker op hun scooterspatbord, aan de oranje sleutelhanger om hun nek of aan de verplichte transparante tas – om te voorkomen dat iemand bedrijfsgeheimen naar buiten smokkelt. Binnen mogen medewerkers ook geen telefoons met camera’s gebruiken.

De fabrieken draaien dag en nacht door. De productiemedewerkers ook. Ze zijn ingedeeld in twaalfurige diensten. TSMC wil dit jaar 8.000 extra mensen aannemen, maar talent wordt schaars in een land met zo’n laag geboortecijfer als Taiwan. Daarom probeert TSMC middelbare scholieren al te verleiden een paar uur per week te komen werken.

TSMC betaalt goed, zegt Jon Yu: „Als ingenieur verdien je al snel 80.000 of 90.000 dollar per jaar, terwijl vergelijkbare functies bij andere bedrijven 40.000 dollar opleveren. En er komt nog een fikse jaarlijkse bonus bij.”

Yu is de bedenker van YouTube-kanaal Asianometry, volledig gewijd aan de nationale chipindustrie. Het is een uit de hand gelopen hobby, zegt Yu. „Voor de Taiwanezen is TSMC dagelijks nieuws en Morris Chang de nationale held.”

TSMC (jaaromzet 54 miljard dollar in 2021) is goed voor bijna 5 procent van het bbp van het land. Het overgrote deel van de 65.000 medewerkers werkt in Taiwan. „We noemen het hier ‘TSMC Army’ – het leger van TSMC. Alsof je werkt in dienst van het land. Je ouders zullen trots op je zijn”, aldus Yu.

Laag voor laag

Hsinchu Science Park is de plek waar TSMC nieuwe productietechnologie voor chips ontwikkelt. „We maken eigenlijk geen chips, we maken wafers”, corrigeert een TSMC-medewerker. Wafers zijn de ronde plakken halfgeleidend materiaal waar chips op gebouwd worden, laag voor laag. Lithografiemachines – de apparaten waarin ASML marktleider is – projecteren ragfijne patronen op halfgeleidend materiaal, etsmachines en chemische processen helpen de lagen te creëren. Het proces bestaat uit honderden stappen en wordt uitgevoerd in stofvrije ruimtes – de cleanrooms.

Op de grootste wafers (12 inch, dus 30 centimeter in doorsnede), passen een paar honderd geavanceerde processors. Nadat TSMC de wafers heeft geleverd, worden de chips in andere fabrieken los geknipt en verwerkt in elektronica.

TSMC was de eerste partij die de meest complexe lithografiemachines van ASML op grote schaal inzette. Die apparaten werken met extreem ultraviolet licht (EUV) en kosten zo’n 160 miljoen euro per stuk. Een EUV-machine kan lijntjes projecteren van slechts 3 nanometer breedte (drie miljoenste van een millimeter). Zo passen er meer transistoren bij elkaar op hetzelfde oppervlak en dat maakt de chip krachtiger en energiezuiniger.

De 12 inch-fabrieken zijn vrijwel volledig geautomatiseerd – robots brengen de wafers van machine naar machine. In fabrieken van TSMC die kleinere wafers maken, van 6 of 8 inch, zijn meer mensen nodig om de wafers te vervoeren, vertelt een insider. De chips van deze oudere productlijnen zijn overigens niet aan te slepen – het chiptekort bijt zichzelf inmiddels in de staart: TSMC wil graag meer lithografiemachines van ASML, dat weer meer onderdelen nodig heeft van zijn toeleveranciers, die op hun beurt wachten op chips uit TSMC-fabrieken.

Lees ook: ASML kan de vraag naar chipmachines amper bijbenen, merken ze in ‘small town’ Wilton.

Vergeleken met die bij Europese bedrijven is de werkcultuur bij TSMC erg hiërarchisch, al is het er minder erg dan in Zuid-Korea of Japan. De werkdruk is het hoogst op de onderzoeksafdelingen, vertelt een voormalig TSMC-ingenieur. Twee groepen techneuten – het rode en het blauwe team – wisselen elkaar af bij het ontwikkelen van nieuwe productietechnieken. Dat gaat in nauwe samenwerking met toeleveranciers als ASML: „TSMC wil de lithografiemachines zo vroeg mogelijk in huis hebben, om te experimenteren en meer data te verzamelen.”

Het is een race tegen de klok om de productietechniek op tijd af te krijgen, zodat de high volume manufacturing (HVM) daarna kan beginnen in Tainan of Taichung. „Je maakt veel overuren en kunt dag en nacht gebeld worden om een acuut probleem op te lossen”, aldus de voormalige TSMC-medewerker. „Je hebt geen sociaal leven meer, maar het betaalt wel goed.”

Een Taiwanese chipexpert die NRC sprak, werd regelmatig benaderd door Chinese techbedrijven als Huawei en SMIC. „Als je ambitieus bent en sneller carrière wilt maken, dan moet je naar China. Daar kun je in vijf jaar tijd directeur worden als je van TSMC komt. Het salaris is een stuk hoger, je kunt er soms wel vijf of zeven keer meer verdienen dan je in Taiwan zou kunnen verdienen.” Maar hij peinst er niet over om van het democratische Taiwan naar het Chinese vasteland te verhuizen. „Ik heb mijn familie en mijn vrienden hier.”

De Taiwanese overheid ziet China’s pogingen medewerkers met technische kennis te verwerven met lede ogen aan. De meest prominente TSMC’er die de overstap maakte, is Liang Mong Song, een onderzoeksdirecteur die eerst gevoelige bedrijfsgeheimen naar concurrent Samsung doorspeelde en vervolgens bij de Chinese concurrent SMIC aan de slag ging. „Hij is een verrader”, zegt een voormalig TSMC-werknemer.

Lees ook: Wat is het geheim van ASML: NRC keek een jaar achter de schermen bij het Nederlandse hightechwonder

ASML wordt meegezogen

TSMC groeide hard na 2013, toen Morris Chang erin slaagde Apple te overtuigen de iPhone-chip in Taiwan te laten produceren. Het zuigt ASML mee in die groeispurt: het Veldhovense bedrijf haalde afgelopen kwartaal 41 procent van zijn omzet uit Taiwan. De investeringen gaan door, zo bouwt TSMC nu ‘Fab 20’; een fabriek die chips gaat produceren met een precisie van 2 nanometer. Daarvoor is een nieuwe generatie lithografiemachines nodig, die 350 miljoen euro per stuk kosten. Het eerste prototype wordt nu in Veldhoven in elkaar geschroefd en moet volgend jaar klaar zijn.

Voor onderhoud en verbeteringen aan lithografiemachines heeft ASML in Taiwan een organisatie van ruim vierduizend mensen opgetuigd. Zodra een aardbeving Taiwan op zijn grondvesten laat schudden, rennen ASML-monteurs de TSMC-fabrieken in om de lithografiemachines te controleren – de apparaten zijn erg gevoelig voor trillingen. En elk uur dat een productielijn stilstaat, kost TSMC veel geld. De chipfabrieken moeten non-stop draaien, de klanten zitten te springen om hun wafers.

Wie krijgt er voorrang?

Of je nu zit te wachten op een nieuwe vaatwasser of een nieuwe leaseauto, het chiptekort dat tijdens de coronacrisis ontstond, is nog merkbaar. Autofabrikanten die kampten met productieproblemen meldden zich boos bij TSMC en smeekten om voorrang.

Ook politici bemoeiden zich ermee. De Duitse minister van Economische Zaken Peter Altmaier vroeg TSMC in 2021 om chips voor de auto-industrie voorrang te geven. Maar dat is onmogelijk, zegt een goed ingevoerde TSMC-medewerker. „We maken de wafers, maar weten vaak niet voor wie de chips uiteindelijk bestemd zijn.”

Lees ook: NXP: Chiptekort is een reset voor de auto-industrie

In chipfabrieken draait het om een zo hoog mogelijke yield (het aantal bruikbare chips per wafer) en een zo kort mogelijke doorvoertijd. Tegen meerprijs kunnen TSMC-klanten een ‘hot run’ of een ‘super hot run’ bestellen – er worden dan meer chipmachines vrijgemaakt om de levertijd te verkorten. Dat is alleen mogelijk als er elders bij TSMC capaciteit vrij is gekomen. „Anders zouden onze andere klanten in de verdrukking komen.”

Het chiptekort lijkt overigens af te nemen. Door tegenvallende economische groei, te wijten aan geopolitieke spanningen en aanhoudende lockdowns in China, is er minder behoefte aan chips voor telefoons en computers. Andere chipfabrieken hebben sindsdien hun prijzen verlaagd. TSMC lijkt dat niet van plan. De vrijgekomen productiecapaciteit is meteen opgevuld met andere klanten – de auto-industrie voorop.

In 2020 leek TSMC in één klap 15 procent van zijn omzet te verliezen: de VS ontzegden het Chinese bedrijf Huawei de toegang tot geavanceerde Taiwanese chips. Het was een van de vele Amerikaanse maatregelen om China’s technologische opmars te stuiten.

Het omzetverlies bleef uit, want andere klanten stonden alweer te trappelen om de vrijgekomen capaciteit op te vullen. Maar TSMC kan zich sindsdien niet meer onttrekken aan de handelsoorlog tussen de VS en China: chiptechnologie werd een machtig wapen in de geopolitieke strijd.

Lees ook: VS: ASML moet de handrem zetten op chipmachines voor China

TSMC laat zich, net als de meeste techbedrijven, niet uit over politieke kwesties. Er was één uitzondering: eind juli zond CNN een interview uit met TSMC’s bestuursvoorzitter Mark Liu. Hem werd gevraagd wat een mogelijke Chinese invasie zou betekenen voor TSMC. „Een oorlog kent alleen verliezers”, zei Liu. Hij leek te reageren op het aangekondigde bezoek van Nancy Pelosi naar Taiwan. China greep de komst van de voorzitter van het Amerikaanse Huis van Afgevaardigden aan om met een grootschalige militaire oefening het eiland vrijwel te omsingelen. Maar volgens een insider bij TSMC was het interview met Mark Liu maanden eerder opgenomen. Blijkbaar had CNN het interview bewaard voor het maximale effect. TSMC maakt niet alleen chips, maar ook wereldnieuws.

De Chinese overheid steekt miljarden in eigen chipfabrieken om minder afhankelijk te worden van import. Maar dit Made in China 2025-plan komt niet van de grond. Waarom floreert de chipindustrie wel in Taiwan, en niet 180 kilometer verderop, op het Chinese vasteland? „TSMC kon alleen ontstaan in een open maatschappij die eerlijke concurrentie toestaat en creativiteit stimuleert”, zegt Chingyu Yao, een hooggeplaatste Taiwanese vertegenwoordiger van New Taipei City, de grootste stad van het land. „We moeten dus TSMC koesteren, maar ook koesteren wat TSMC mogelijk maakt.”

Een grotere schokgolf

TSMC investeert in drie jaar 100 miljard in nieuwe fabrieken. Die worden gebouwd in de VS en Japan, maar vooral in Taiwan. De meest geavanceerde chips worden alleen in eigen land geproduceerd; de gigafabs zijn te duur om ze te dupliceren en er zijn niet genoeg mensen met de juiste kennis om de productie draaiende te houden.

De hyperconcentratie van chipindustrie op een klein eiland – dat ook nog eens grotendeels uit bergen bestaat – eist veel van de lokale infrastructuur. TSMC verbruikt 6 procent van alle energie van het land en verbruikt in sommige regio’s 10 procent van al het beschikbare water.

In 2021, een extreem droog jaar in Taiwan, leek de chipgigant op waterrantsoen te moeten. Het liep met een sisser af. „De overheid zet alles op alles om de fabrieken draaiende te blijven houden. TSMC is simpelweg te belangrijk voor ons land”, zegt Colley Hwang. Hij is de oprichter van onderzoeksbureau Digitimes en is goed ingevoerd in de Taiwanese techsector.

Hwang herinnert zich de zware aardbeving van 1999, die de productie van TSMC tijdelijk stillegde. Het zorgde voor een schokgolf in de industrie en computerbedrijven over de hele wereld moesten hun kwartaalcijfers herzien.

Een veel grotere schokgolf staat de wereld te wachten als China zou besluiten om Taiwan – in Chinese ogen een afvallige provincie – met geweld in te lijven. Een chipfabriek onder dwang laten produceren werkt niet; TSMC is afhankelijk van westerse kennis en bedrijven die onmisbare onderdelen en diensten leveren. Sancties zouden de Taiwanese chipindustrie dan platleggen.

„Dat zou een economische ramp betekenen voor de hele wereld – ook voor China”, zegt Colley Hwang. „De schade zou enorm zijn in de auto-industrie, die in veel geïndustrialiseerde landen 7 tot 10 procent van het bnp bedraagt. Het zou de wereldeconomie langer dan tien jaar kosten om daarvan te herstellen.”

Volgens Hwang zou dat schrikbeeld de Chinese leider Xi Jinping ervan weerhouden om Taiwan in te nemen, ondanks alle militaire machtsvertoon van China. Daarom ziet Taiwan de blazende chipfabrieken als een silicon shield. Zolang de hele wereld draait op Taiwanese rekenkracht, beschermt het TSMC-leger het eiland.

Een versie van
dit artikel
verscheen ook in

de krant
van 8 oktober 2022