2000年底，在收到中芯国际的加盟邀请后，台积电的质量和可靠性项目经理刘芸茜准备离职奔赴大陆。在办理离职手续期间，她收到一封来自中芯国际首席运营官马尔科·莫拉的邮件，邮件中要求她提供一款产品的详细工艺流程。意大利人莫拉曾经是张汝京在德州仪器时的同事。此事被台积电知晓后，马上报告台湾警方。台湾警方反应迅速，立马搜查了刘芸茜在新竹的家，扣押了她的电脑，发现了莫拉与刘芸茜的往来邮件，邮件中包含了台积电的一些内部资料。
2003年8月，在中芯国际上市前夕的敏感时期，台积电在美国加州起诉中芯国际不当取得其商业机密并侵犯其专利，要求中芯国际赔偿10亿美元。而这一年中芯国际的收入还不到6亿美元，并且尚未盈利。其实中芯国际已与台积电达成了专利交叉授权，不存在专利侵权问题。当时两岸关系的紧张，让通过各种关系进行私下斡旋成了幻想。
2005年1月，中芯国际与台积电达成和解协议，赔偿1.75亿美元，分六年完成支付。中芯国际当年销售收入进一步增长到11.7亿美元，超越特许半导体，在全球晶圆代工行业排名第三（Gartner数据）。看来，中芯国际有能力支付给台积电的赔偿金。
不过，和解协议要求中芯国际“所有技术都需供台积电自由检查”。建厂之初，张汝京曾经雇用了180位前台积电员工。到了中芯国际之后，这些工程师难免把一些在台积电中使用的技术顺手照搬过来。这就埋下了隐患，导致中芯国际在应对台积电的检查时十分被动。
和解协议签订才一年多时间，2006年8月，台积电再次于美国加州起诉中芯国际，指责其违反了两家公司在前一年达成的和解协议，在最新的0.13微米工艺上侵犯了台积电的技术专利。中芯国际被迫再次应诉。
付给台积电的赔款和全球金融风暴带来的经营亏损，让中芯国际的资金出现了紧张。黑石等5家国际知名私募基金找到张汝京，愿意以优厚的价格收购中芯国际，收购股权比例最高可达100%。张汝京认为，私募基金喜欢干将企业拆卖、迅速套现的事情，这样会对中国芯片业的发展很不利，故拒绝了它们的并购。不约而同的是，张忠谋也拒绝了私募基金从飞利浦手中接盘台积电股份的请求。
中国政府部门也给中芯国际推荐了华润、大唐电信等央企。考虑到大唐电信要推3G的TD-SCDMA标准，有大量的TD芯片制造需求，中芯国际希望能获得这个订单，最终大唐电信入围。由于国企的审批流程复杂，前后耗时10个多月，在此期间，中芯国际的股价从1.4美元跌至0.36美元。结果，中芯国际用16.6%的股份才从大唐电信那里得到1.76亿美元的资金，转让价格太低，而且不能完全解决中芯国际的资金短缺问题。同期摩根大通提出要以每股4.8美元的价格收购中芯国际51%以上的股份，又被张汝京拒绝，这导致了外资股东的强烈不满。
为了应对台积电的诉讼，张汝京犯了个大错误，没舍得花大价钱在美国当地请律师，而是听从国内律师的建议，在北京高院反诉台积电，指控其进行不正当竞争和商业诋毁。律师的想法是，北京法院的审理时间早于加州法院，如果台积电选择积极应诉，那么就必须晒出自己掌握的证据，这样就给了中芯国际在加州法院那头应对和反驳这些证据的时间。万一北京法院与加州法院的意见相左，那中芯国际回旋的余地就比较大了。然而，2009年6月，北京高院驳回了中芯国际的全部诉讼请求，官司根本没有进入审理环节。
台积电的副董事长曾繁城被张忠谋指定来负责与中芯国际商谈和解事宜，结束这场持续了很久的诉讼。9月份，他与张汝京谈成了一个相当温和的和解条件，赔偿金额据说仅需3500万美元。“但是，当张汝京回到上海，却没有得到董事会及律师的支持。”曾繁城事后认为，“中芯国际内部自己出现问题，一直没有按照当时说的及时达成和解协议，一定坚持要打到最后。”[2](www.xing528.com)
11月4日，律师传来消息，台积电在美国加州法院再次胜诉。加州法院判决中芯国际应赔付台积电10亿美元，分四年4期支付。而在2009年这一年，受全球半导体产业衰退和内存价格大跌的影响，中芯国际最大的代工客户奇梦达破产，中芯国际收入大幅下滑21%至10.7亿美元，并且产生前所未有的9.6亿美元巨额亏损，根本拿不出这么多钱赔付台积电。
客观地说，中芯国际的确侵犯了台积电的知识产权，张汝京事后自己也承认：“我们做错了。”话又说回来，半导体技术太过复杂，半导体企业之间有点专利纠纷其实很正常。对这样重的判决结果，张汝京完全没有思想准备。在接到律师电话通知的那一刻，张汝京放声痛哭。已是中芯国际董事长的江上舟也急得不行。通过各种关系游说，台积电才勉强同意派出曾繁城面谈。
4天后，江上舟、张汝京和律师一块飞往香港与台积电谈判。不管好话如何说尽，台积电都不同意，连律师都要放弃的时候，只见江上舟横眉冷对、一字一字地向对方说道：“你们如果坚持把这官司继续打下去，你们就要做好承担这样做所带来的任何不良后果的准备！”
对方惊呆了。“不良后果”是什么，他们当然清楚。台积电要求：“我们回去商量商量。”
江上舟斩钉截铁地回答：“不行，必须今天决定！”[3]
台积电最终同意和解。11月9日，台积电和中芯国际达成了和解协议。和解协议包括终止中芯国际根据前份和解协议要求支付的剩余约4000万美元付款责任，中芯国际无偿转让约7%的股份给台积电，分期四年支付台积电2亿美元，并授予台积电在未来三年内以每股1.3港币价格认购中芯国际约3%股份的认股权证。
虽然台湾媒体得意地宣称：“我们从此控制了大陆芯片业的半壁江山。”但台积电并没有如此打算。台积电并没要求中芯国际的股份，是中芯国际自己提出说没那么多现金，要用股份来偿付赔款。由于中芯国际的股权非常分散，已经是第二大股东的台积电原本完全有能力通过在资本市场上的股份增持来实现对中芯国际的控股，但台积电根本就没有这样做，反而是逐步将持有的中芯国际的股份全都卖掉了。台积电甚至从来没有要求过在中芯国际拥有董事席位。在商言商，台积电只是为了维护自己的权益。再说了，台积电也需要大陆市场，不可能对中芯国际逼之过甚。事实上，台积电与中芯国际的专利纠纷，也确实导致了中国芯片产业界对它的不良印象，对它在大陆的发展产生了一定的负面影响。
台积电与中芯国际的最终和解协议一签订，张汝京便引咎辞职，离开了其奋斗了九年的中芯国际。曾繁城否认是台积电要求张汝京离开中芯国际的[4]，他的说法很可能是真的。很可能，中芯国际董事会不仅否定了张汝京谈成的赔偿3500万美元的和解协议，在酿成大错后还要求张汝京用辞职来承担责任。当时中芯国际内部的各种势力已相当复杂，新老股东矛盾重重，不少股东都对张汝京不满，正好借此败诉的机会驱逐张汝京。被迫离开自己一手创办的公司已经够让人伤心了，张汝京一腔热血来大陆办芯片厂，中芯国际却要他签署三年内不得再从事芯片制造的竞业协议，这不能不让他感到悲愤。
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