TSMC:AIの未来を制する存在

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“The world’s most important advanced technology is nearly all produced in a single facility,” says AI expert Rob Toews. He describes how one company in Taiwan, TSMC, manufactures nearly all the most advanced semiconductor chips — a crucial technology that powers everything from phones to electric vehicles to next-generation artificial intelligence — and breaks down how geopolitical tensions in the region could paralyze the global field of AI.

AIの専門家であるロブ・トウズは、「世界で最も重要な先進技術のほとんどが、ほぼすべてが単一の施設で生産されている」と述べます。

彼は、台湾の1社、TSMCがほとんどすべての最先端の半導体チップを製造していることを説明し、これは電話から電気自動車、次世代の人工知能に至るまで、あらゆるものを動かす重要な技術であると解説します。また、地政学的な緊張がこの地域でAI分野を麻痺させる可能性がある方法についても詳しく説明します。

タイトル AI’s Single Point of Failure
AI の単一障害点
スピーカー ロブ・トウズ
アップロード 2023/12/14

「AI の単一障害点(AI’s Single Point of Failure)」の文字起こし

The following statement is utterly ludicrous. It is also true. The world’s most important advanced technology is nearly all produced in a single facility. What’s more, that facility is located in one of the most geopolitically fraught areas on Earth, an area in which many analysts believe that war is inevitable within the decade. The future of artificial intelligence hangs in the balance. The Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, or TSMC, makes all of the world’s most-advanced AI chips. This includes Nvidia’s GPUs, Google’s TPUs, AMD’s GPUs, the AI chips for Microsoft, Amazon, Tesla, Cerebrus, SambaNova and every other credible competitor. Modern artificial intelligence simply would not be possible without these highly specialized chips. Little wonder, then, that Time magazine recently described TSMC as, “The world’s most important company that you’ve probably never heard of.” Nvidia CEO Jensen Huang put it more colorfully, saying, “Basically, there is air … and TSMC.”

TSMC’s chip fabrication facilities, or fabs, the buildings where chips are physically built, is located on the western coast of Taiwan, a mere 110 miles from mainland China. In this map, Taiwan is shown in orange and China is shown in green. Today, China and Taiwan are nearer to the brink of war than they have been in decades. Many policymakers in Washington predict that China will invade Taiwan within the next five years. A China-Taiwan conflict would be devastating for many reasons. Aside from the heavy human toll, one underappreciated consequence is that it would paralyze the global AI ecosystem. Put simply, the entire field of artificial intelligence faces an astonishingly precarious single point of failure in Taiwan. Amid all of the fervor around AI today, this fact is not widely enough appreciated. If you are working on or are interested in AI, you need to be paying attention. How did we get here and what can we do about it? Let’s start with a brief, whirlwind overview of the chip industry.

Semiconductors, or chips, are the most complex object in the world that humanity knows how to mass-produce. Making semiconductors requires the world’s purest metals, the world’s most expensive machinery, legions of highly specialized engineers and atom-level manufacturing precision. It is important to distinguish between two different types of chip companies. First, fabless chip makers, which design but do not manufacture their own chips. And second, foundries, which manufacture chips designed by other companies. Almost every well-known chip company today is fabless, from Nvidia to AMD to Qualcomm. These companies do not produce their own chips. Instead, they design chips, and then they rely on foundries like TSMC to actually manufacture those chips for them. There are only three companies in the world today that are capable of manufacturing chips anywhere near the leading edge of semiconductor technology: TSMC, Samsung and Intel.

Of those three, only one can reliably produce the world’s most advanced AI chips, including chips like Nvidia’s H100 GPUs. That one company is TSMC. As of this morning, TSMC’s market capitalization was 470 billion dollars, making it the 13th-largest company in the world, larger than ExxonMobil, JPMorgan Chase or Walmart. How has TSMC become such a dominant force? The short answer is that powerful economies of scale exist in the world of chip fabrication, leading inexorably to winner-take-all dynamics. Making advanced semiconductors requires tremendous upfront and ongoing capital expenditure. In 2021, TSMC announced that it would invest 100 billion dollars over the next three years to continue expanding its fabrication capabilities. No other company in the world can justify that level of investment. TSMC can, because of the sheer volume of chips that it produces, far more than any other company in the world. A related dynamic that helps explain TSMC’s unassailable position is what has come to be known as the TSMC Grand Alliance. TSMC has invested heavily over decades to develop deep partnerships with dozens of companies across the semiconductor supply chain, from software providers like Cadence to equipment manufacturers like ASML to chip designers like Nvidia. In turn, these companies have developed their own products in accordance with TSMC’s road map, leading to powerful lock-in. In summary, a combination of economies of scale, network effects, and unrivaled specialization have made TSMC irreplaceable and have made the entire world deeply, precariously dependent upon it.

This brings us to the present, delicate geopolitical moment. Last October, the Biden administration took the dramatic step of banning the export of all high-end AI chips to any entity in China. The rationale behind these measures was clear: to leverage US control of the global semiconductor supply chain as a choke point to handicap China’s AI capabilities. The US government is currently formulating expansions to this policy. At the same time, the US is taking steps to reduce its reliance on chip fabrication facilities located in East Asia. In late 2022, TSMC announced that it would invest 40 billion dollars to build two new state-of-the-art fabs in the United States, in Arizona. The first of these two fabs is slated to begin production in 2025. Bringing advanced chip production to US soil will help mitigate the AI industry’s absolute dependence on Taiwan-based fabs. But the Arizona fabs will not solve everything. Their production capacity will be modest, representing less than five percent of TSMC’s total global output. And the most advanced semiconductor production capabilities and technologies will remain in Taiwan.

So where might things go from here? Let’s briefly consider a few possibilities on this three-dimensional chessboard. Let’s start with an optimistic scenario. Taiwan’s central role in the global semiconductor industry is often referred to as its “silicon shield.” The basic theory is this: because China depends so heavily on Taiwan for the chips that it needs to keep its own economy running, China will stop short of invading Taiwan and putting TSMC’s production at risk. And because the rest of the world is likewise so dependent on TSMC, the United States and other powers will go to great lengths to protect the island and defend its sovereignty. Under this theory, while China may continue to build out its military and engage in cross-strait saber-rattling, it will stop short of kinetic action against Taiwan. But the silicon shield is just a theory, not a guarantee. What would happen if China were to move decisively to retake Taiwan?

TSMC’s fabs would almost certainly be rendered inoperative. It is conceivable that the Taiwanese, or even the US military, would preemptively destroy the fabs in order to prevent the CCP from taking control of this valuable strategic resource. Even if the physical buildings were to remain undamaged after a Chinese invasion, it is unrealistic that the CCP would be able to continue operating the fabs to produce cutting-edge chips. Keeping leading-edge fabs running requires ongoing and deep partnership with organizations across the global semiconductor ecosystem, as well as a steady inflow of materials, equipment, and services. These would be denied to an invading power.

Let me say this one more time: if or when China invades Taiwan, TSMC’s fabs will, in all likelihood, go offline. This will mean that no more Nvidia H100s or any other cutting-edge AI chips will be able to be produced anywhere in the world. What would this mean for the world of AI?

After TSMC, the company best positioned to step up and produce cutting-edge AI chips is Samsung. Samsung is currently the only company in the world, other than TSMC, that is capable of producing three-nanometer chips, today’s cutting-edge technology. But Samsung’s production capabilities are far inferior to TSMC’s today. In a best-case scenario, it would take Samsung years to scale up to TSMC’s current AI chip yields and volumes.

This brings us to America’s former chip champion, Intel. It was hardly a decade ago that Intel’s chip-manufacturing capabilities were the envy of the world. But in recent years, Intel has fallen behind. The company struggled mightily in its transition to both ten-nanometer and seven-nanometer node technologies, even resorting to outsourcing some of its leading-edge production to TSMC. Under CEO Pat Gelsinger, Intel aspires to regain its chipmaking supremacy with an ambitious plan to leapfrog TSMC and begin producing two-nanometer chips in 2024. Whether this ambitious plan will actually prove achievable, however, remains to be seen.

Before we despair too much, let us note a couple encouraging points. First, keep in mind that a considerable stock of AI chips already exists in the world. And even in a worst-case scenario, these chips would remain in use. Second, while the most advanced AI chips, like Google’s TPUs or Nvidia’s H100s, can only be manufactured in Taiwan, there are many fabs around the world, from the US to Europe to Israel, that are capable of producing lagging-edge logic chips at scale. Though they are far less powerful than today’s leading AI chips, these previous-generation chips could be used in a pinch to support some AI computing workloads.

Ultimately, though, it would be devastating for humanity to lose its ability to produce the chips that power today’s cutting-edge artificial intelligence. Progress in AI would be profoundly disrupted. Let us hope that diplomacy prevails.

「AI の単一障害点(AI’s Single Point of Failure)」の和訳

以下の発言は全くばかげています。しかし、それは事実です。

世界で最も重要な先端技術は、ほぼ全てが単一の施設で生産されています。さらに、その施設は地球上で最も地政学的に緊張した地域の一つに位置しており、多くのアナリストはその地域で10年以内に戦争が避けられないと信じています。人工知能の未来は、そのバランスが崩れようとしています。台湾積体電路製造(TSMC)は、世界の最先端AIチップをすべて製造しています。これには、NvidiaのGPU、GoogleのTPU、AMDのGPU、Microsoft、Amazon、Tesla、Cerebrus、SambaNova、そしてその他のすべての有力な競争相手のAIチップが含まれます。現代の人工知能は、これらの高度に専門化されたチップなしでは実現不可能です。そのため、タイム誌は最近、TSMCを「おそらくあなたが聞いたことのない世界で最も重要な会社」と表現しました。NvidiaのCEO、ジェンセン・ファンはより色彩豊かに「基本的に、空気とTSMCがある」と言っています。

TSMCのチップ製造施設、すなわちファブは、台湾の西海岸に位置し、中国本土からわずか110マイルの距離にあります。この地図では、台湾はオレンジ色、中国は緑色で示されています。今日、中国と台湾は数十年来の最も戦争に近い状態にあります。ワシントンの多くの政策立案者は、中国が今後5年以内に台湾を侵攻すると予測しています。中国と台湾の紛争は、多くの理由から壊滅的な結果をもたらします。多大な人的被害を除けば、あまり注目されていない結果の一つは、グローバルなAIエコシステムが麻痺することです。簡単に言えば、人工知能の全分野が、台湾という驚くべきほど不安定な単一の失敗点に依存しているのです。今日のAIに対する熱狂の中で、この事実は十分に認識されていません。AIに携わっている、または興味を持っているなら、この問題に注目する必要があります。どうしてこのような状況になったのでしょうか、そしてそれに対して何ができるのでしょうか?まずは、半導体産業の簡単で急速な概要から始めましょう。

半導体、つまりチップは、人類が大量生産する方法を知っている中で最も複雑な物体です。半導体を作るには、世界で最も純度の高い金属、世界で最も高価な機械、そして高度に専門化されたエンジニアの大軍団と原子レベルの製造精度が必要です。まずは2種類の異なるチップ会社を区別することが重要です。第一に、ファブレスチップメーカー、つまり自分たちでチップを製造せずに設計だけを行う会社です。第二に、他社が設計したチップを製造するファウンドリーです。今日、ほぼすべての有名なチップ会社はファブレスです。例えばNvidia、AMD、Qualcommなどです。これらの会社は自分たちでチップを製造しません。彼らはチップを設計し、その後、実際にそのチップを製造するためにTSMCのようなファウンドリーに依存しています。現在、半導体技術の最前線でチップを製造できるのは世界でわずか3社です:TSMC、サムスン、そしてインテルです。

その中で、世界で最も先進的なAIチップを安定して製造できるのは1社だけです。例えば、NvidiaのH100 GPUのようなチップを製造できるのは、TSMCだけです。今朝の時点で、TSMCの時価総額は4700億ドルで、これは世界で13番目に大きな会社であり、エクソンモービル、JPモルガン・チェース、またはウォルマートよりも大きいです。TSMCがこれほどの支配力を持つに至った理由は何でしょうか?短く言えば、チップ製造の世界には強力な規模の経済が存在し、それが必然的に勝者総取りのダイナミクスを生み出すからです。先進的な半導体を作るには、巨額の初期投資と継続的な資本支出が必要です。2021年、TSMCは製造能力を拡大するために今後3年間で1000億ドルを投資することを発表しました。世界の他のどの会社もそのレベルの投資を正当化することはできません。TSMCは、世界中で他のどの会社よりもはるかに多くのチップを製造しているため、その投資を正当化できます。

TSMCの揺るぎない地位を説明するもう一つの動態は、TSMCグランドアライアンスとして知られるものです。TSMCは数十年にわたり、半導体供給チェーン全体の多数の企業と深いパートナーシップを築くために多額の投資を行ってきました。ソフトウェアプロバイダーのCadenceや装置メーカーのASML、チップ設計会社のNvidiaなどが含まれます。これらの企業はそれぞれTSMCのロードマップに基づいて自社製品を開発してきました。この結果、強力なロックインが生じました。要するに、規模の経済、ネットワーク効果、そして比類なき専門化の組み合わせが、TSMCを不可欠な存在にし、世界全体を深く、不安定な状況に陥らせています。

これが現在の微妙な地政学的瞬間に繋がります。昨年10月、バイデン政権は中国のすべてのエンティティへの高級AIチップの輸出を禁止するという劇的な措置を取りました。この措置の背後にある理由は明確でした。つまり、米国がグローバルな半導体供給チェーンの支配を利用して、中国のAI能力を抑え込むことです。現在、米国政府はこの政策の拡大を策定中です。同時に、米国は東アジアにあるチップ製造施設への依存を減らすための措置を講じています。2022年末、TSMCはアリゾナ州に最先端の2つの新しい製造工場を建設するために400億ドルを投資すると発表しました。この2つの工場のうち、最初のものは2025年に生産を開始する予定です。先進的なチップの生産を米国内に持ち込むことは、AI業界の台湾にある工場への絶対的な依存を緩和するのに役立ちます。しかし、アリゾナの工場だけでは全ての問題を解決することはできません。その生産能力は控えめであり、TSMCの世界全体の生産量の5%未満に過ぎません。そして、最も先進的な半導体生産能力と技術は台湾に残ることになります。

では、今後の展開はどうなるでしょうか。この三次元チェスボード上のいくつかの可能性を簡単に考えてみましょう。まずは楽観的なシナリオから始めましょう。台湾のグローバル半導体産業における中心的役割は「シリコンシールド」と呼ばれることがよくあります。この基本理論は次の通りです:中国が自国の経済を運営するために必要なチップの供給を台湾に大きく依存しているため、中国はTSMCの生産を危険にさらすことなく台湾への侵攻を差し控えるだろうというものです。そして、世界の他の国々も同様にTSMCに大きく依存しているため、米国や他の大国は台湾を保護し、その主権を守るためにあらゆる手段を講じるだろうということです。この理論によれば、中国は軍事力を拡大し、海峡を挟んだ威嚇行動を続けるかもしれませんが、台湾に対する実際の攻撃は控えるでしょう。しかし、シリコンシールドはあくまで理論であり、保証ではありません。もし中国が台湾を決定的に奪還するために動いた場合、何が起こるのでしょうか?

TSMCの工場はほぼ確実に稼働不能になるでしょう。台湾人、あるいは米軍が、CCP(中国共産党)がこの貴重な戦略資源を掌握するのを防ぐために、先制的に工場を破壊する可能性も考えられます。たとえ中国の侵攻後に物理的な建物が無傷で残っても、CCPが最先端のチップを生産するために工場を運営し続けるのは非現実的です。最先端の工場を稼働させ続けるためには、世界中の半導体エコシステム全体との継続的かつ深いパートナーシップが必要であり、材料、設備、サービスの安定した供給が必要です。これらは侵略する勢力には供給されないでしょう。

もう一度言いますが、中国が台湾を侵略した場合、TSMCの工場はほぼ間違いなく稼働停止になります。これは、Nvidia H100などの最先端のAIチップが世界中で一切生産できなくなることを意味します。これがAIの世界にとって何を意味するのでしょうか?

TSMCの次に、最先端のAIチップを生産するためのポジションにある企業はサムスンです。現在、TSMC以外で三ナノメートルチップを生産できる唯一の企業がサムスンです。しかし、サムスンの生産能力は現在のTSMCに比べると大幅に劣ります。最良のシナリオでも、サムスンがTSMCの現在のAIチップの生産量と品質に追いつくには数年かかるでしょう。

これにより、アメリカの元チップチャンピオンであるインテルに話が移ります。ほんの10年前までは、インテルのチップ製造能力は世界中の羨望の的でした。しかし、近年インテルは後れを取っています。同社は10ナノメートルおよび7ナノメートルノード技術への移行に苦労し、最先端の生産の一部をTSMCに委託することさえありました。CEOのパット・ゲルシンガーの下で、インテルはチップ製造の覇権を取り戻すべく、2024年に2ナノメートルチップの生産を開始するという野心的な計画を立てています。しかし、この野心的な計画が実現可能かどうかはまだ分かりません。

あまりにも絶望する前に、いくつかの励みとなる点に注目しましょう。まず、世界には既にかなりの量のAIチップの在庫があることを忘れないでください。最悪の場合でも、これらのチップは引き続き使用されます。次に、GoogleのTPUやNvidiaのH100のような最先端のAIチップは台湾でしか製造できませんが、アメリカからヨーロッパ、イスラエルまで、世界中にスケールで遅れたロジックチップを製造できる多くの工場があります。これらは今日の最先端のAIチップに比べると性能は劣りますが、緊急時にはAI計算作業を支えるために使用することができます。

しかし最終的には、今日の最先端の人工知能を支えるチップの生産能力を失うことは人類にとって壊滅的な打撃となるでしょう。AIの進歩は大きく阻害されることになります。外交が勝利することを願いましょう。

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