圖源：經(jīng)濟學(xué)人。

 

　　硅谷是美國科技產(chǎn)業(yè)的中心地帶，它的名字來自化學(xué)元素，這是制造芯片的最重要的成分?，F(xiàn)在該地區(qū)吸引的大部分注意力都集中在Facebook，谷歌和蘋果等公司，這些公司以其軟件和漂亮的設(shè)備而不是那些使它們工作的芯片而聞名。但是在20世紀(jì)50年代和60年代的硅谷，晶體管和集成電路等發(fā)明得到了改進，幫助計算機從一個房間大小的不可靠機器轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康脑O(shè)備，甚至可以放入口袋中。這反過來又推動了如今的技術(shù)巨頭繁榮起來。

 

　　如今的微芯片已經(jīng)嵌入到汽車、洗衣機和戰(zhàn)斗機等各種電子或傳統(tǒng)機械設(shè)備中。根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)，2017年全球芯片市場規(guī)模達到4120億美元，比去年增長21.6%。但是，這些數(shù)據(jù)仍然仍然無法體現(xiàn)芯片制造的重要性。例如，全球電子商務(wù)行業(yè)每年的收入超過2萬億美元。如果將數(shù)據(jù)比喻為新一代的汽油，那么芯片就是內(nèi)燃機，能將其變成很多有價值的應(yīng)用。

 

　　顯然，無處不在的芯片推動了龐大的全球產(chǎn)業(yè)的增長?，F(xiàn)代微芯片擁有數(shù)十億個晶體管，并且是在超先進的晶圓代工廠生產(chǎn)的，這些工廠要花費數(shù)百億美元來建造。事實上，這些芯片得以制造，正是專業(yè)化和全球貿(mào)易的力量的證明。

 

　　這些極其復(fù)雜的芯片催生了同樣復(fù)雜的供應(yīng)鏈，涉及全球成千上萬半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。美國貿(mào)易組織半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（SIA）估計其成員中有一家擁有超過16000家供應(yīng)商，其中超過8500家在美國境外。作為芯片組件的原材料和零件交叉并重新遍布世界，最終成為智能手機的大腦、汽車的防抱死制動系統(tǒng)或數(shù)以千計的其他產(chǎn)品。

 

　　現(xiàn)在，兩股力量將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)牢牢地推向了聚光燈下。首先是地緣政治，芯片產(chǎn)業(yè)陷入了當(dāng)前技術(shù)超級大國美國和極力追趕的中國之間日益惡化的競爭中。第二是物理學(xué)極限。50年以來摩爾定律推動了半導(dǎo)體行業(yè)的進步，但是該定律越來越多被質(zhì)疑已經(jīng)失效，半導(dǎo)體行業(yè)的未來看起來比以往任何時候都更加混亂和不確定。

 

 

　　首先看地緣政治。美國長期以來一直把芯片制造的領(lǐng)先地位視為重要的戰(zhàn)略資產(chǎn)。硅谷的芯片最早的用途之一就是核導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)，來自五角大樓的贊助，以及風(fēng)投資本的支持。2017年白宮發(fā)表的一份報告點名了其重要性：“尖端半導(dǎo)體技術(shù)對國防系統(tǒng)和美國軍事力量至關(guān)重要。”

 

　　中國同樣高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)。2014年，中國成立了國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，即大基金，推動中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目標(biāo)本土芯片產(chǎn)業(yè)的收入從2016年的650億美元增長到2030年的3050億美元，并實現(xiàn)大部分供應(yīng)自主化，而目前這一比例僅有三分之一左右。

 

　　美國并不樂見中國見縫插針進入產(chǎn)業(yè)鏈，并試圖減緩競爭對手的發(fā)展腳步。例如，2015年，美國禁止英特爾制造的高端芯片出售給中國的超級計算機實驗室，并多次阻撓了中資對美國企業(yè)的收購。

 

　　今年初特朗普政府對中興通訊進行制裁。中興營收約為160億美元，產(chǎn)品銷往世界各地，但是其所使用的部分芯片來自美國企業(yè)。當(dāng)供應(yīng)中斷時，中興幾乎一夜之間就陷入癱瘓，特朗普同意解除禁令后，才得以免除破產(chǎn)。

 

 

　　美國也對在中國的“行業(yè)間諜”進行了指控。

 

　　11月1日美國檢察官起訴大陸存儲芯片制造商福建晉華和其臺灣合作伙伴聯(lián)電，指責(zé)他們從美國企業(yè)美國竊取商業(yè)機密。

 

　　一些政府官員還對使用中國制造設(shè)備的風(fēng)險發(fā)出了警告，理由是擔(dān)心“這可能會將敏感信息匯集回中國”。10月12日兩位參議院公開警告加拿大不要讓華為參與其5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。本周新西蘭阻止了其運營商Spark在其即將推出的5G網(wǎng)絡(luò)中使用華為的設(shè)備。

 

　　在特朗普與中國以關(guān)稅主導(dǎo)的貿(mào)易戰(zhàn)中，芯片也是被加稅的重要部分，美國8月份提出了一系列相關(guān)電子產(chǎn)品名單。

 

　　中國也進行了一系列反制措施，例如拖延高通收購恩智浦的反壟斷審批，同時也調(diào)查包括美光在內(nèi)的美國、韓國內(nèi)存芯片制造商的價格壟斷問題。

 

　　事實上，美國希望挫敗中國的一系列行為可能只會讓中國更堅定發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的決心。例如最近，中國實現(xiàn)了全球最快的超級計算機，由無錫國家超算中心研制的“太湖之光”，使用了完全由中國設(shè)計的40960個神威26010芯片。田納西大學(xué)的超級計算專家Jack Dongarra表示，當(dāng)年的英特爾禁令的主要結(jié)果是“中國為高性能計算研究投入了更多資金”。后續(xù)使用更高級芯片的“太湖之光”計算機正在開發(fā)中。

 

　　無論如何，中美之間的貿(mào)易摩擦和不太友好的競爭意識日益增強，對半導(dǎo)體這個全球最復(fù)雜、最全球化的行業(yè)之一產(chǎn)生不良的影響。政治風(fēng)險咨詢公司歐亞集團的Paul Triolo說，這些芯片公司以往都認(rèn)為過去30年全球化是最偉大的，然而突然之間，這個行業(yè)儼然上升到一個國家安全問題，他們必須努力適應(yīng)這一點。

 

　　重塑龐大、快速增長且對全球經(jīng)濟至關(guān)重要的行業(yè)并非易事。行業(yè)早期，芯片制造商在企業(yè)內(nèi)部完成整個流程，1961年仙童半導(dǎo)體（Fairchild）開始在香港進行組裝和測試產(chǎn)品——因為熟練的勞動力的更便宜——時，產(chǎn)業(yè)開始發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨著芯片變得越來越復(fù)雜，制造流程開始越來越多地被外包給專業(yè)公司，這種過程一直在加速，逐漸形成了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的分工，主要是設(shè)計、制造、裝配和封裝三個部分。IDM模式演變到Foundry+Fabless+OST。

 

　　從最初的沙子（硅）到芯片完成的整個過程反應(yīng)了供應(yīng)鏈的精細(xì)程度。追溯一顆芯片的來源，它可能始于阿巴拉契亞山脈，那里的二氧化硅沉積物質(zhì)量最高，沙子被運到日本制成純硅錠，然后切成300毫米寬的標(biāo)準(zhǔn)尺寸晶圓，并送到臺灣貨韓國的晶圓代工廠。在這里，使用荷蘭制造的光刻設(shè)備將硅片“印上”集成電路圖形。

　　整個制造流程將由芯片的整體設(shè)計決定，它可能來自英國的IP公司Arm，芯片設(shè)計公司將其IP進行定制化設(shè)計，然后進行代工，之后再加上封裝進行測試，這可能在中國、越南或菲律賓完成。

 

　　成品芯片集成到電路板上，可能會再次發(fā)生在其他地方，可能來自墨西哥、德國或是中國的眾多組件被組裝成智能手機、工業(yè)機器人、智能電表或是數(shù)百萬計的計算機。

 

　　香港科技大學(xué)電氣工程系教授Jiang Xu表示，中國國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)始于這一過程的低價值部分，該該地區(qū)的優(yōu)勢還在于組裝和包裝芯片。上海附近的長三角周圍的數(shù)十家公司專門從事這類工作，例如天水華天和通富微電，名聲不大但收入?yún)s達到數(shù)十億美元。

 

　　現(xiàn)在，隨著西方半導(dǎo)體企業(yè)依賴中國完成這一產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，并在快速增長的國內(nèi)市場推動下，中國致力轉(zhuǎn)向芯片設(shè)計和制造并已進入低端市場。市場研究公司IHS的Len Jelinek指出，盡管半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的三星、英特爾、蘋果和臺積電等頂尖公司為智能手機或云計算設(shè)計、制造功能強大、價格高昂的芯片，但是75％到80％的半導(dǎo)體產(chǎn)品并不是尖端產(chǎn)品。LCD電視、家用路由器或構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的各種智能硬件、為日常物品增加傳感和物聯(lián)網(wǎng)連接等應(yīng)用所使用的芯片，絕對可以由中國制造。

　　部分中國企業(yè)也開始在價值鏈上取得進一步的成功。華為海思和清華紫光已進入全球十大芯片設(shè)計企業(yè)，海思的麒麟系列智能手機芯片已能與高通等西方公司的產(chǎn)品相媲美。

 

　　Jiang Xu表示，通過這些努力，中國逐漸在減少對國外的依賴，雖然并未完全消除這種依賴。目前中國半導(dǎo)體企業(yè)仍然嚴(yán)重依賴Arm的IP，該公司的架構(gòu)已經(jīng)在移動計算領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，并將目光瞄向了物聯(lián)網(wǎng)，還試圖打入高性能計算等云計算芯片市場。Arm總部位于英國，然而此前已被日本軟銀集團收購。這兩國都是美國的親密盟友。

 

　　不過，中國想要在尖端制造方面取得進展將會更加困難，這是芯片制造中最苛刻的部分。中國新興半導(dǎo)體企業(yè)必須與國外已擁有數(shù)十年累積的技術(shù)領(lǐng)先者和工程師競爭。Len Jelinek表示，半導(dǎo)體制造行業(yè)實際上是重復(fù)學(xué)習(xí)的的循環(huán)。海思的麒麟980是全球首款7nm工藝的智能手機芯片，這是當(dāng)前能實現(xiàn)的最大計算能力的工藝。由于大陸沒有如此先進的制造能力，包括海思、蘋果、高通等公司的最新一代芯片基本都需要通過臺積電來代工。

 

　　后摩爾時代

 

　　摩爾定律的逐漸失效也限制了中國在該領(lǐng)域的目標(biāo)，它顯然無法無限期地延續(xù)下去。每次芯片中晶體管尺寸縮小，制造都會變得更加復(fù)雜和昂貴，全球僅有三星、臺積電等少數(shù)代工廠在斥巨資布局領(lǐng)先工藝。芯片制造商戲稱“摩爾第二定律”，是代工廠的成本每四年翻一番。

 

　　結(jié)果當(dāng)然也是領(lǐng)先者在前沿工藝的地位越來越穩(wěn)固。咨詢公司麥肯錫表示，2001年時還有29家企業(yè)提供最先進的晶圓代工，如今只剩下五個，分別是美國、中國臺灣、韓國的企業(yè)。這可能會使西方技術(shù)鷹派更輕易地找到減緩中國發(fā)展步伐的方式。另一個方式就是想這些晶圓廠提供制造設(shè)備的企業(yè)。例如，經(jīng)過十多年的研發(fā)，荷蘭企業(yè)ASML最終商業(yè)化了EUV技術(shù)，這是最先進芯片制造所必須的技術(shù)，也可能會被西方政策制定者所利用。

 

　　另一方面，摩爾定律接近尾聲也為中國帶來了新的希望。隨著晶體管尺寸縮小，芯片能夠更快地運行，但這種縮微所帶來的性能提升在2000年代開始放緩。芯片行業(yè)分析師Linley Gwennap表示，與代工業(yè)的領(lǐng)先者相比，中國可以比他們當(dāng)時少走一些彎路。

 

　　硬件設(shè)計師Andrew Huang則表示，摩爾定律的放緩使整個行業(yè)都在尋求設(shè)計制造芯片的其他途徑。也就是說，行業(yè)關(guān)注點逐漸從制造轉(zhuǎn)向更好的設(shè)計和新思路。如果這改變了芯片行業(yè)的運作模式，中國企業(yè)由希望借此在這個大家都處于同一起跑線的新領(lǐng)域后來居上。

 

　　例如海思麒麟系列芯片在人工智能領(lǐng)域的采用就是一個很好的例子，人工智能現(xiàn)在也是中國發(fā)展的重點。量子計算則是另一個看起來很有希望的方向，它利用量子力學(xué)效應(yīng)來極大地加速一些類型的計算。目前中國也在量子計算領(lǐng)域加大投資，例如斥資100億美元在安徽合肥建立了大型研究實驗室。但困難在于，量子計算需要掌握一些非常規(guī)物理技術(shù)，例如超導(dǎo)離子阱等，這些技術(shù)與芯片制造商目前使用的技術(shù)截然不同。

 

　　美國也正試圖在這些領(lǐng)域也實現(xiàn)領(lǐng)先，包括谷歌、微軟和IBM等在內(nèi)的美國企業(yè)都有自己的量子計算項目。根據(jù)2017年美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會的一份報告指出，美國對中國崛起的最佳應(yīng)對方式是加大投資以保持自己的技術(shù)領(lǐng)先地位。正是出于這一考慮，美國軍事研究機構(gòu)DARPA啟動了“電子復(fù)興計劃（ERI）”項目，旨在開發(fā)新技術(shù)以便能被私營企業(yè)商業(yè)化。

 

　　ERI的一些項目旨在改進現(xiàn)有的芯片流程。運營ERI的William Chappell表示，其中一個例子就是允許小型芯片設(shè)計企業(yè)將其專業(yè)芯片更容易地集成到大企業(yè)的更大的系統(tǒng)設(shè)計中，這有助于降低成本。同時，ERI也投資一些更具投機性的領(lǐng)域，包括光子計算，旨在建立以光而非電力為基礎(chǔ)的芯片；自旋電子晶體管，依靠量子效應(yīng)工作；近似計算，犧牲了計算精度以節(jié)省能量。

 

　　使芯片更具高科技含量可以使美國保持領(lǐng)先地位。Paul Triolo表示，這可能比重塑半導(dǎo)體行業(yè)的全球化供應(yīng)鏈更容易。事實上，對中國的封禁并不是美國在各地都受歡迎。例如，高通三分之二的營收來自中國地區(qū)，對美光也達到57%，微軟和亞馬遜在中國開設(shè)研究中心等中美合作的趨勢使得投資在整個太平洋地區(qū)保持雙向流動。

 

　　尋求貿(mào)易保護主義來限制中國發(fā)展，將帶來遠(yuǎn)超國界的傷害。