桑德斯可能承諾他永遠不會放棄晶圓廠，但以前用小刀與鑷子設計晶片的那一代工程師正在離開這個領域。他們的後繼者受過電腦教育，許多人主要是透過1980年代與1990年代出現的新晶片設計軟體來瞭解半導體。對矽谷的許多人來說，桑德斯對晶圓廠的執念，似乎跟他那種大男人氣概一樣不合時宜。2000年代與2010年代接掌美國半導體公司的新一代執行長，說的通常是企管碩士（MBA）與博士的語言，可以在法說會上與華爾街的分析師閒談資本支出與利潤。以多數的衡量標準來看，這種新世代的管理人才比創建矽谷的化學家與物理學家專業多了。但相較於以前的產業巨擘，他們往往顯得乏味。
以前的半導體業會瘋狂押注於看似不可能的技術，如今這種瘋狂押注被較有組織、專業、合理的東西所取代了。此外，精算的風險管理也取代了豪賭。這難免讓人覺得過程中失去了某種東西。晶片業的創辦者中，只剩張忠謀還留在業界，他在台灣的辦公室裡抽著菸斗（他辯稱這個習慣對他的健康有益，或至少對他的情緒有益）。2000年代，連張忠謀也開始考慮接班計畫。2005年，74歲的他辭去執行長一職，但仍擔任台積電的董事長。很快地，就不會再有人記得和基爾比一起在實驗室裡工作，或和諾伊斯一起喝啤酒的那段歷史了。
晶片業高層的更迭，加速了晶片設計與製造的分拆，晶片的製造大多轉移到海外。桑德斯從AMD退休五年後，AMD也宣布要1拆分晶片設計與製造業務，華爾街為此歡呼雀躍。他們認為新的AMD少了資本密集的晶圓廠，獲利將會更好。AMD把晶圓廠分拆出去，成立了一家新公司，新公司會是像台積電那樣的代工廠，不僅為AMD生產晶片，也為其他的客戶生產晶片。阿布達比政府的主權基金穆巴達拉（Mubadala）變成那家新代工廠的主要投資者，對一個以石油聞名、而不是以高科技聞名的國家來說，這是一項令人意外的投資。負責審查外國收購策略資產的美國外資投資委員會（CFIUS）批准了這筆交易，它認為這不會影響國家安全。但AMD產能的命運最終將塑造晶片業，並確保最先進的晶片製造將在海外進行。
格芯（GlobalFoundries）這家承襲AMD晶圓廠的新公司，進入了這個一如既往競爭激烈又無情的產業。2000年代與2010年代，摩爾定律持續推進，迫使先進的晶片製造商投入愈來愈多的資金，大約每兩年就得推出更先進的新製程。智慧型手機、個人電腦、伺服器晶片迅速移轉到新的「節點」，善用更密集的電晶體所帶來的更高處理力與更低功耗。每次的節點轉移，都需要更昂貴的機器來生產。
多年來，每一代製造技術都是以電晶體的閘極長度來命名（閘極是矽晶片的一部分，其導電性會開啟與關閉，從而連接與中斷電路）。180奈米製程（180nm）的節點是在1999年首次出現，隨後出現的是130奈米、90奈米、65奈米、45奈米，每一代電晶體的體積都縮小到足以在同一區域容納約兩倍的電晶體。這降低了每個電晶體的功耗，因為更小的電晶體需要更少的電子流過它們。
約莫是2010年代的初期，想透過在二維空間上縮小電晶體來塞進更多電晶體，已經不可行了。一個挑戰是，當電晶體根據摩爾定律縮小時，導電通道的狹窄偶爾會導致電路漏電，即便開關是關閉狀態也會。最重要的是，每個電晶體頂部的二氧化矽層變得很薄，以至於「穿隧」（tunneling）之類的量子效應開始嚴重影響電晶體的性能（穿隧是指跳過經典物理學認為應該無法逾越的障礙）。到了2000年代中期，每個電晶體上面的二氧化矽層只有幾個原子厚，因為實在太小了，無法蓋住矽裡的所有電子。
為了更好地控制電子的移動，需要新的材料與電晶體設計。22奈米的節點與1960年代以來使用的2D設計不同，它導入了一種新的3D電晶體，稱為鰭式場效電晶體（FinFET）。它把電路的兩端以及連接它們的半導體材料通道放在矽片上方，看起來像鯨魚的背鰭。因此，連接電路兩端的通道不僅可以從頂部施加電場，也可以從鰭片的側面施加電場，從而增強對電子的控制，並克服威脅新一代電晶體性能的漏電問題。這些奈米級的3D結構，對於延續摩爾定律非常重要，但製造難度極高，在沉積、蝕刻、微影成像方面都需要更加精密。這也增加了不確定性：主要的晶片製造商都能完美地切換成FinFET架構嗎？還是有晶片廠商可能會落後呢？
2009年格芯成為獨立公司時，業界分析師認為格芯在這場朝著3D電晶體邁進的競賽中，很有機會搶到市占率。台積電的前高層坦言，2連台積電都擔心落後。格芯在德國承接了一座巨大的晶圓廠，也正在紐約興建一座先進的新廠。它與競爭對手不同，選擇把最先進的產能設在已開發國家，而不是亞洲。格芯與IBM及三星建立了合作夥伴關係，共同開發技術，使客戶可以直接與格芯或三星簽約生產晶片。此外，無晶圓廠的晶片設計公司迫切需要一個可以與台積電抗衡的可靠代工者，因為台積電這家台灣巨擘已經囊括了3全球約一半的代工市場。
另一個唯一的主要競爭對手是三星，其代工業務的技術與台積電大致相當，但產能遠低於台積電。不過，由於三星的部分業務是製造三星自己設計的晶片，這導致情況變得更加麻煩。像台積電這樣的公司，為數十家客戶生產晶片，而且竭盡所能讓客戶滿意，但三星有自己的智慧型手機和其他的消費電子產品，因此它本身就在與許多客戶競爭。這些公司擔心，他們向三星代工廠透露的想法，可能最終會顯現在三星的產品上。台積電與格芯則沒有這種利益衝突。
格芯創立時，正巧遇到晶片業切換成FinFET電晶體，這個巧合不是晶片業唯一遇到的衝擊。台積電的40奈米製程面臨嚴重的製造問題，這也讓格芯有機會在面對強敵下4脫穎而出。此外，2008至2009年的金融危機也正威脅著晶片業的排序。消費者不再購買電子產品，科技公司也因此不再訂購晶片。半導體的採購量下滑，台積電的一位高層回憶道，感覺5就像電梯沿著空井滑落。如果說有什麼事情能擾亂晶片業，那應該就是全球金融危機了。
不過，張忠謀並不打算放棄代工業務的主導地位。自從他的老同事基爾比發明積體電路以來，他經歷過晶片業的每個景氣循環，他確信經濟衰退終究會結束。過度擴張的公司將被迫退出市場，而那些趁景氣低迷時投資的公司，則可以搶到市占率。此外，張忠謀很早就意識到，智慧型手機將如何改變運算，進而改變晶片業。媒體關注的是臉書的祖克柏（Mark Zuckerberg）這樣的年輕科技大亨，但77歲的張忠謀擁有幾乎無人匹敵的觀點。他對《富比士》（Forbes）表示，行動裝置將改變晶片業的遊戲規則。他認為行動裝置帶來的改變，將與個人電腦帶來的改變一樣重大。他會不惜一切代價，致力搶占這項業務的6最大市占率。
張忠謀意識到，台積電可以在技術上領先競爭對手，因為它是一個中立的參與者，其他的公司是圍繞著它來設計產品，他把這個模式稱為台積電的「大同盟」。這是一個由數十家公司所組成的合作關係，他們分別設計晶片、銷售智慧財產權、生產材料或製造機台。這些公司中，有許多公司相互競爭，但由於沒有一家生產晶圓，所以沒有一家與台積電競爭。因此，台積電可以在這些公司之間協調，制定晶片業的多數公司都同意使用的標準。他們別無選擇，因為與台積電的製程相容，對幾乎每家公司都非常重要。對無晶圓廠公司來說，台積電是它們最有競爭力的製造服務來源。對設備公司與材料公司來說，台積電往往是他們最大的客戶。智慧型手機市場的蓬勃發展，推高了大家對晶片的需求，張忠謀就處於中心的位置，他表示：「台積電知道，利用每個業者的創新很重要。我們的創新、設備製造商的創新、客戶的創新，以及智慧財產權授權者的創新。這就是大同盟的威力所在。」這種策略對財務有深遠的影響，他表示：「台積電與其十大客戶的研發支出加起來，就超過了三星與英特爾的總和。」當業內的其他公司繞著台積電凝聚起來的時候，整合設計與製造的老舊模式7將難以與之匹敵。
台積電在半導體業的中心地位，使它必須擁有為所有的大客戶生產晶片的能力。要做到那樣的程度，成本並不低。在金融危機期間，張忠謀精心挑選的繼任者蔡力行，做了幾乎所有的執行長都會做的事：裁員及削減成本。但張忠謀想做相反的事。要讓台積電40奈米的晶片製造回歸正軌，需要投資人力與技術。要爭取更多的智慧型手機業務，就需要大舉投資晶片製造的產能——尤其是蘋果的iPhone（於2007年推出，最初是向台積電的主要競爭對手三星購買關鍵晶片）。張忠謀認為蔡力行削減成本的做法是失敗主義。「那時投資非常非常少，」張忠謀事後告訴記者，「我一直認為這家公司有能力做得更多……但這沒有發生，8公司陷入停滯不前的狀態。」
於是，張忠謀撤換了繼任者，9親自重掌兵符。當天台積電的股價下跌，因為投資者擔心他會推出報酬不確定的高風險支出計畫。張忠謀認為，真正的風險是接受現狀，他不會讓一場金融危機威脅到台積電競逐業界的領導地位。他在晶片製造業有長達半個世紀的輝煌記錄，從1950年代中期就開始琢磨出這番聲譽。因此，在危機最嚴重的時刻，張忠謀召回了那些被前執行長裁員的員工，並加倍投資於新產能與研發。即使面臨金融危機，他在2009年與2010年仍增加了數十億美元的資本支出。他說，10「產能太多比產能不足」更好。在台積電搶占蓬勃發展的智慧型手機晶片市場時，任何想打入晶片代工業的公司，都會面臨台積電的全力競爭。2012年，張忠謀在半導體業跨入第60個年頭之際表示：「11我們才剛剛開始。」