踏入芯片角逐場(chǎng)，無(wú)問(wèn)西東
2023-09-13 03:46:17施晶晶
南風(fēng)窗 2023年18期
施晶晶
在全新的大國(guó)角逐場(chǎng)上，芯片是最誘人的戰(zhàn)略獵物。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，芯片供應(yīng)鏈建立在全球化合作基礎(chǔ)之上。而在當(dāng)前圍繞制造高端芯片的競(jìng)爭(zhēng)中，原材料、生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)缺一不可。
自8月1日起，中國(guó)針對(duì)廣泛用于高端芯片制造的金屬原材料鎵、鍺及其相關(guān)物項(xiàng)，實(shí)施出口管制，出口經(jīng)營(yíng)者需要從商務(wù)部那里辦理出口許可手續(xù)。這兩類金屬及其化合物并非難以獲取，但多年來(lái)，中國(guó)憑借更低的價(jià)格成為這兩類金屬最大的供應(yīng)商，美、日、德、荷等國(guó)多從中國(guó)進(jìn)口它們。
說(shuō)到荷蘭，繼去年10月美國(guó)就高端芯片及其制造設(shè)備對(duì)華管制出口后，荷蘭也在不久前推出針對(duì)最新型號(hào)“光刻機(jī)”的出口管制計(jì)劃。該計(jì)劃9月1日生效后，中國(guó)將難以從荷蘭公司阿斯麥處，獲得全球最先進(jìn)的芯片制造設(shè)備。
8月9日，拜登又簽署一項(xiàng)行政命令，在半導(dǎo)體和微電子、量子信息技術(shù)、部分人工智能領(lǐng)域里，禁止私募股權(quán)和風(fēng)險(xiǎn)投資公司投資中國(guó)的高科技企業(yè)。一位高級(jí)官員解釋，此舉目的不在于錢，重在限制中國(guó)獲得技術(shù)和知識(shí)專家。在45天討論期結(jié)束前，這一行政令尚未生效。
《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)》一書(shū)作者、美國(guó)學(xué)者克里斯·米勒說(shuō)：“半導(dǎo)體定義了我們生活的世界，決定了國(guó)際政治的形態(tài)、世界經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)和軍事力量的平衡?！碧と脒@片角逐場(chǎng)，每個(gè)國(guó)家拼的不是當(dāng)下，而是未來(lái)，依賴的不是單個(gè)優(yōu)勢(shì)，而是綜合實(shí)力。
芯片巨無(wú)霸
當(dāng)你用手機(jī)發(fā)出一條微信，屏幕之下，上百顆芯片正同時(shí)運(yùn)行。芯片，既簡(jiǎn)單又復(fù)雜。
在科學(xué)原理上，芯片的確很簡(jiǎn)單，它就是把真實(shí)世界的圖像、文字、聲音、無(wú)線電波等訊息，用最簡(jiǎn)單的兩個(gè)數(shù)字“0和1”進(jìn)行編碼。當(dāng)它倆組成密密麻麻的字符串，那就是計(jì)算機(jī)能讀懂的語(yǔ)言，0表示“關(guān)”，1表示“開(kāi)”，以此來(lái)控制電子的流動(dòng)，傳輸和處理信息。
說(shuō)它復(fù)雜，指的是制造。這些電子開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)在一個(gè)個(gè)微小的、可以導(dǎo)電的晶體管里。每一個(gè)晶體管比人體細(xì)胞小，高端的甚至比冠狀病毒還要小。而一顆手機(jī)芯片里，就由幾百萬(wàn)個(gè)甚至幾十億個(gè)這樣的晶體管組成。
2021年，蘋(píng)果公司在7個(gè)月內(nèi)賣出了1億部iPhone12。為此，光是制造它最具賣點(diǎn)的A14處理器芯片，制造商臺(tái)積電最先進(jìn)的18號(hào)工廠，就穩(wěn)定生產(chǎn)了超過(guò)100億億個(gè)晶體管（每個(gè)A14處理器芯片包含118億個(gè)晶體管）。
完成這一筆訂單，臺(tái)積電最寶貝的生產(chǎn)設(shè)備是EUV光刻機(jī)，只有它才能大規(guī)模地制造出如此精細(xì)的晶體管，集合成一塊指甲大小的高端芯片。這些EUV光刻機(jī)從荷蘭阿斯麥公司采購(gòu)，那是世界上最貴的設(shè)備，生產(chǎn)一臺(tái)的成本就超過(guò)了1億美元，目前全世界只有阿斯麥公司造得出來(lái)。
芯片制造這一工程遠(yuǎn)比我們想象的更偉大。60年前，一個(gè)尖端芯片上的晶體管數(shù)量只有4個(gè)，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了118億個(gè)，沒(méi)人知道它的極限究竟在哪里。
持續(xù)更迭的技術(shù)和工藝，讓晶體管越來(lái)越小、越來(lái)越穩(wěn)定，它更省電，更輕便；巨大的規(guī)模效應(yīng)下，單個(gè)晶體管的制造成本更低廉，得以面向大眾。一個(gè)對(duì)比更直觀突顯這個(gè)規(guī)模的龐大：2021年，芯片行業(yè)生產(chǎn)的晶體管數(shù)量，超過(guò)了人類歷史上所有其他行業(yè)的產(chǎn)品數(shù)量總和。
《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)》一書(shū)作者、美國(guó)學(xué)者克里斯·米勒說(shuō)：“半導(dǎo)體定義了我們生活的世界，決定了國(guó)際政治的形態(tài)、世界經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)和軍事力量的平衡?！?/blockquote>正是因?yàn)閾碛凶顝?qiáng)大腦的工程師們學(xué)會(huì)了在硅片上控制電子的微小運(yùn)動(dòng)，并在半個(gè)世紀(jì)里將它的單個(gè)成本控制到微不足道的程度，芯片行業(yè)才得以崛起，數(shù)字時(shí)代才真正到來(lái)。
如今，中國(guó)每年進(jìn)口芯片的花費(fèi)比進(jìn)口石油還要多。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2022年，中國(guó)進(jìn)口芯片5384億顆，花了2.8萬(wàn)億元人民幣，而進(jìn)口5億噸原油，總花費(fèi)是2.4萬(wàn)億元，芯片繼續(xù)成為我國(guó)第一大進(jìn)口商品。
同樣是需求迫切的資源，但芯片和原油卻有很大的不同。中國(guó)可以從48個(gè)國(guó)家購(gòu)買原油，很容易讓它們彼此替代，但芯片生產(chǎn)卻有很多卡脖子難題，從原料、元件到生產(chǎn)設(shè)備，有不少高度集中在少數(shù)幾家公司，有時(shí)僅有一家公司生產(chǎn)，就像荷蘭的阿斯麥?zhǔn)俏ㄒ坏?EUV光刻機(jī)廠商一樣。
掌控芯片制造的完整供應(yīng)鏈?zhǔn)钱愊胩扉_(kāi)，也沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家能主導(dǎo)全部關(guān)鍵領(lǐng)域，因?yàn)樗呀?jīng)高度全球化。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，為降低生產(chǎn)成本，以美國(guó)為主的芯片制造企業(yè)就開(kāi)始將諸多環(huán)節(jié)外包，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，芯片產(chǎn)業(yè)鏈就沿著全球化的脈絡(luò)擴(kuò)散。
在先后兩輪浪潮里，東亞國(guó)家和地區(qū)承接了源起于美國(guó)硅谷的芯片產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。日本電氣和東芝、韓國(guó)三星，后來(lái)者居上，抓住了存儲(chǔ)芯片，在這一細(xì)分元器件領(lǐng)域，把美國(guó)企業(yè)擠到二流位置；中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電，則成為芯片代工制造廠的領(lǐng)頭羊，獨(dú)占半壁江山，就連美國(guó)曾經(jīng)的芯片老大英特爾，都不能與之比肩；荷蘭阿斯麥最初只是行業(yè)邊緣一家小公司，如今它已獨(dú)步全球。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展史波瀾壯闊，但這不是芯片跨國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的全貌，供應(yīng)鏈格局之下，即便不再有“一枝獨(dú)秀”，仍有一條集中的脈絡(luò)。
美國(guó)的產(chǎn)業(yè)權(quán)力從哪里來(lái)
就像一滴墨水融入浩瀚大海會(huì)被稀釋一樣，全球化合作也會(huì)削減任何一方對(duì)于全局的控制力，但毋庸諱言的是，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)受到的冷峻打壓表明，美國(guó)在這一產(chǎn)業(yè)上仍有極強(qiáng)的控制力，并將之轉(zhuǎn)化為打擊對(duì)手的武器。
“我們是偶然發(fā)現(xiàn)的，在我們真正知道如何使用這些武器之前，我們就開(kāi)始使用它們了?！瘪R特·希恩是卡內(nèi)基國(guó)際和平基金會(huì)研究員，長(zhǎng)期關(guān)注中國(guó)科技生態(tài)系統(tǒng)。他的這句分析點(diǎn)出了一個(gè)關(guān)鍵，這種產(chǎn)業(yè)格局并不是完全依靠政府力量搭建起來(lái)的，它也依賴于企業(yè)自發(fā)卷入市場(chǎng)，在競(jìng)爭(zhēng)與合作中進(jìn)行優(yōu)勝劣汰。
那么，美國(guó)對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)的控制力乃至產(chǎn)業(yè)霸權(quán)，具體從哪里來(lái)？中國(guó)人民大學(xué)國(guó)際關(guān)系學(xué)院教授李巍認(rèn)為：“美國(guó)的產(chǎn)業(yè)權(quán)力源于其對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在技術(shù)鏈、金融鏈和消費(fèi)鏈三個(gè)方面所擁有的強(qiáng)大控制能力，這種產(chǎn)業(yè)控制力并沒(méi)有因?yàn)槠洚a(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的衰退而有所減弱?！?/p>
控制力首先建立在，美國(guó)占據(jù)了芯片產(chǎn)業(yè)鏈最為核心且不可或缺的技術(shù)，并且涵蓋了設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)硬件。其中，三家位于美國(guó)的公司主導(dǎo)著芯片設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)，新芯片上的幾十億個(gè)晶體管怎么配置，就通過(guò)這些軟件來(lái)完成。
美國(guó)不是唯一重視核心技術(shù)的國(guó)家，上世紀(jì)70年代，它也遭遇過(guò)日本的挑戰(zhàn)。在存儲(chǔ)芯片上，日企產(chǎn)品殺出重圍，美國(guó)企業(yè)被擠兌，十年間，市占率從75%降至25%。80年代末，光刻機(jī)領(lǐng)域里，日本尼康勢(shì)如破竹，美國(guó)廠商GCA瀕臨破產(chǎn)。
隨后美國(guó)發(fā)起了反擊，引入第三方競(jìng)爭(zhēng)力量，推動(dòng)同樣位于東亞的韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣發(fā)展芯片制造業(yè)，以此鉗制日本。在光刻機(jī)領(lǐng)域，美國(guó)發(fā)力攻克EUV光刻技術(shù)，并通過(guò)共享技術(shù)，扶持荷蘭的阿斯麥抗衡日本公司，后者也承諾在銷往美國(guó)的EUV光刻機(jī)中，一半以上使用美國(guó)零部件。
為保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)，即便現(xiàn)在，美國(guó)頭部芯片企業(yè)也在研發(fā)投入上保持領(lǐng)先。2020年，從研發(fā)支出占營(yíng)收比例來(lái)看，美國(guó)的三家企業(yè)高通、博通和英偉達(dá)占據(jù)前三甲。
“正是在這種強(qiáng)化自身技術(shù)控制、削弱對(duì)手技術(shù)控制的技術(shù)鏈治理思路下，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的順利運(yùn)轉(zhuǎn)始終無(wú)法脫離美國(guó)技術(shù)，美國(guó)也就從中獲取了基于技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)權(quán)力。”李巍總結(jié)。
芯片迭代速度無(wú)與倫比，研發(fā)技術(shù)也需要密集且龐大的資金。美國(guó)的投資機(jī)構(gòu)實(shí)力最雄厚，金融市場(chǎng)體系也更完善，穿透全球芯片巨頭的股權(quán)，仍以美國(guó)投資者的身影最活躍。
盡管三星沒(méi)在美國(guó)上市，但其股份的28%掌握在美國(guó)投資者手里，總部位于紐約的貝萊德集團(tuán)是擁有三星最多決議權(quán)股份的Top4之一。2020年，在華為向三星尋求芯片代工幫助遭拒時(shí)，美國(guó)投資者就參與其中。
光刻機(jī)老大阿斯麥也一樣，它雖是家荷蘭公司，但2020年，美國(guó)資本集團(tuán)以及貝萊德集團(tuán)二者共持有阿斯麥公司近1/4股份，大多有投票決議權(quán)。不只是這兩家金融機(jī)構(gòu)，美國(guó)投資者更占據(jù)阿斯麥股權(quán)的半壁江山，荷蘭投資者的份額反而不到1%。
這不只是技術(shù)的事，也不只是錢和市場(chǎng)的事。美國(guó)在芯片產(chǎn)業(yè)的控制力本身，就是多要素彼此關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，是政府和企業(yè)基于技術(shù)、金融與市場(chǎng)通力合作的結(jié)果。再看臺(tái)積電，2021年它托管在美國(guó)花旗銀行的股份占比高達(dá)20.52%，更不用說(shuō)還有大量芯片企業(yè)在美國(guó)上市了。這些芯片企業(yè)不僅受美國(guó)明面上的監(jiān)管，融資、合并收購(gòu)等交易活動(dòng)也可能受干擾。2021年，中國(guó)的智路資本擬收購(gòu)總部位于韓國(guó)的一家芯片公司，原本兩邊談好了意向，但因?yàn)楹笳咴诿绹?guó)上市，交易需要美國(guó)批準(zhǔn)；7個(gè)月審查后，美國(guó)外國(guó)投資委員會(huì)最終否決了這一合并收購(gòu)案。
芯片成品最終會(huì)面向市場(chǎng)，雖然中國(guó)買的芯片最多，但美國(guó)也不弱，排在全球第二位，而且，美國(guó)需要高端芯片的超級(jí)企業(yè)最多，蘋(píng)果公司就是全球最大的芯片買主。蘋(píng)果和臺(tái)積電交情頗深，臺(tái)積電最開(kāi)始就是蘋(píng)果不想依賴三星獨(dú)家代工芯片而培養(yǎng)的一個(gè)備胎。2021年，光蘋(píng)果公司就給臺(tái)積電投喂了1/4的營(yíng)收，更不用說(shuō)臺(tái)積電的主要客戶基本是美企。
所以，這不只是技術(shù)的事，也不只是錢和市場(chǎng)的事。美國(guó)在芯片產(chǎn)業(yè)的控制力本身，就是多要素彼此關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，是政府和企業(yè)基于技術(shù)、金融與市場(chǎng)通力合作的結(jié)果。
如今，美國(guó)以中國(guó)為對(duì)手持續(xù)打擊，對(duì)于效果的評(píng)估，負(fù)責(zé)美國(guó)出口執(zhí)法的助理部長(zhǎng)馬特受訪時(shí)的表態(tài)，傳遞出短期實(shí)用的邏輯：“在這個(gè)行業(yè)，一擊即中不等于成功，我們的目標(biāo)是能阻止多少算多少。”各方都心里有數(shù)，管制措施做不到一勞永逸，最多只是一種拖延戰(zhàn)術(shù)。
科學(xué)，無(wú)盡的前沿
國(guó)與國(guó)的較量，需要看清現(xiàn)實(shí)和對(duì)手，但當(dāng)下美國(guó)政府的危機(jī)感，也表明中國(guó)崛起的優(yōu)勢(shì)客觀存在。
復(fù)旦大學(xué)世界經(jīng)濟(jì)研究所教授羅長(zhǎng)遠(yuǎn)撰文指出，與美韓、中國(guó)臺(tái)灣相比，中國(guó)大陸最大的優(yōu)勢(shì)是應(yīng)用市場(chǎng)；龐大的消費(fèi)需求、差異化的消費(fèi)層次，對(duì)回報(bào)周期長(zhǎng)、追求薄利多銷的芯片產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。尤其，高端芯片的應(yīng)用若想盡快獲得投資回報(bào)，中國(guó)仍是最具潛力的市場(chǎng)。同時(shí)，龐大的市場(chǎng)可以給出更多反饋，加快芯片迭代速度，有助于催生更先進(jìn)的技術(shù)。
以美國(guó)《芯片與科學(xué)法案》為背景，中國(guó)社科院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所研究員賀俊認(rèn)為，相關(guān)措施對(duì)中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的主要影響是：扼前路，而非斷后路。該法案推動(dòng)的中美芯片產(chǎn)業(yè)鏈脫鉤，也只針對(duì)5納米及以下高端制程產(chǎn)業(yè)鏈的脫鉤，并不是全盤(pán)脫鉤。
賀俊也指出，中國(guó)已經(jīng)成為全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈體系最完整的國(guó)家，特別是已經(jīng)形成了28納米及以上較為完備的研發(fā)體系和生產(chǎn)制造體系，全球約4/5以上的芯片是基于這一制程來(lái)生產(chǎn)。在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，28納米至7納米工藝應(yīng)用將保持主流地位。當(dāng)然，中國(guó)也不會(huì)安于現(xiàn)狀。
如今，當(dāng)“卡脖子”成為一個(gè)熱門詞，人們開(kāi)始透過(guò)芯片反思。追問(wèn)美國(guó)何以強(qiáng)大，以及美國(guó)現(xiàn)在為什么如此焦慮時(shí)，不少研究者提到了一份名為《科學(xué)：無(wú)盡的前沿》的報(bào)告。它寫(xiě)于二戰(zhàn)后的1945年，作者是羅斯?？偨y(tǒng)的科學(xué)顧問(wèn)萬(wàn)尼瓦爾·布什博士。這份報(bào)告的分量很重，拜登也公開(kāi)說(shuō)，這篇報(bào)告為美國(guó)的科學(xué)探索奠定了基礎(chǔ)。
當(dāng)我們追溯美國(guó)對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)的控制力時(shí)，人們很容易忽略科學(xué)的作用，而側(cè)重于關(guān)注更實(shí)在的技術(shù)、資金、市場(chǎng)。但芯片的產(chǎn)業(yè)大廈，就建立在基礎(chǔ)科學(xué)的研究成果之上。
產(chǎn)業(yè)奇跡是從硅谷開(kāi)始的，創(chuàng)造硅谷傳奇的八名叛逆者，最初受雇于一家名為“肖克利”的公司。他們的老板肖克利用年末的兩周時(shí)間，成功發(fā)明了第一個(gè)晶體管。肖克利可不只是個(gè)發(fā)明家，他還是個(gè)物理學(xué)家。在這之前，也是他提出的理論，正確解釋了半導(dǎo)體獨(dú)特的導(dǎo)電性，成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)的開(kāi)端。肖克利也因此獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
任正非也說(shuō)，“技術(shù)創(chuàng)新是可以依據(jù)理論，獨(dú)立設(shè)計(jì)、發(fā)明出來(lái)的”，哪怕美國(guó)主張中美科技脫鉤，“論文都會(huì)公開(kāi)發(fā)表，是大江、大洋、大山阻隔不了的”。今天，芯片的科學(xué)原理早已不是秘密，網(wǎng)絡(luò)上很容易獲取。任正非也說(shuō)“，技術(shù)創(chuàng)新是可以依據(jù)理論，獨(dú)立設(shè)計(jì)、發(fā)明出來(lái)的”，哪怕美國(guó)主張中美科技脫鉤，“論文都會(huì)公開(kāi)發(fā)表，是大江、大洋、大山阻隔不了的”。
但從國(guó)家的層面去看，1945年的布什博士或許更加高瞻遠(yuǎn)矚，他在報(bào)告里早早提醒：“一個(gè)依靠別人來(lái)獲得基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的國(guó)家，無(wú)論其機(jī)械技能如何，其工業(yè)進(jìn)步都將步履緩慢，在世界貿(mào)易中的競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)非常弱……政府加強(qiáng)工業(yè)研究最簡(jiǎn)單、最有效的方式，是支持基礎(chǔ)研究和培養(yǎng)科學(xué)人才?！?/p>
基于科技實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)已愈發(fā)激烈，各國(guó)政府都需要更大的戰(zhàn)略視野，無(wú)問(wèn)西東，用科學(xué)為自己織一件軟猬甲、造一塊護(hù)心鱗，在大國(guó)角逐場(chǎng)上更好地沖鋒，爭(zhēng)取更光明的未來(lái)。
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