硅谷，美國科技產業的心臟，其名字來源于一種化學元素，該元素也是芯片最為重要的成分。如今，芯片正吸引著 Facebook、谷歌和蘋果等巨頭公司的注意力，而讓這些公司聞名于世的并非芯片，而是軟件和那些漂亮的硬件設備。然而，正是得益于二十世紀五六十年代晶體管、集成電路等發明的精細化，電腦才從房間大小的巨型機器，逐漸縮小為口袋大小的便攜設備，巨頭們能有今天的輝煌正仰賴于此。
如今，現代化的芯片已被嵌入汽車、洗衣機、戰斗機等各種設備中。據數據提供商「全球半導體貿易統計組織」(WSTS)估計，2017 年，芯片市場規模為 4120 億美元，較去年增長 21.6%。不過，這些原始數據容易讓人低估芯片制造的重要性。比如，對比來看，全球電子商務行業每年的收入約超 2 萬億美元。如果說數據是新的石油，那么，芯片就是把數據變得有用的內燃機。芯片的無處不在催生了一個龐大的全球產業。現代芯片約含數十億個元器件，需要在超先進的工廠中生產，其制造成本高達數百億美元。事實上，能夠完全建造這些設備也是專業化和貿易實力的一個體現。這些極其復雜的產品催生出同樣復雜的供應鏈，全球數千家專業公司都參與其中。美國半導體產業協會(SIA)估算過，其成員之一擁有超過 1.6 萬家供應商，其中 8500 多家在美國境外。原材料和元部件是芯片的重要組成部分，在最終成為智能手機、汽車防抱死制動系統或其他數以千計產品的大腦之前，它們會經歷一番環球旅行。如今，兩股力量正將半導體產業推到聚光燈下。首先是地緣政治。芯片產業正深受中美日趨敏感的對抗關系影響。其次是物理學。這場醞釀中的技術變革正處于歷史性時刻。50 年來，芯片行業一直受到摩爾定律的推動。根據摩爾定律，芯片上可容納的元器件數量每兩年翻一番，芯片性能也將提升一倍。但摩爾定律正在失效，芯片行業的未來似乎也比以往任何時候都更加不確定。
電子產業領域的政治斗爭
讓我們從地緣政治談起。長久以來，美國都是芯片制造業的領頭羊，芯片產業也是國家重要戰略資產。芯片的最早應用之一出自硅谷，主要被用于核彈的導航系統，硅谷將自己的存在歸功于五角大樓的贊助，其重要性不亞于風投在其崛起中起到的重要作用。2017 年，一份由白宮發布的報告也放棄咬文嚼字，直接指出「前沿半導體技術對于國防和軍方的強大，至關重要。」如今，中國也將芯片制造視為未來競爭的重要砝碼。2014 年，國家集成電路產業基金成立，資本滾滾流入半導體研發領域。「中國制造 2025」戰略也將焦點放在提升中國生產力，希望國內芯片產業營收能從 2016 年的 650 億美元，增至 2030 年的 3050 億美元，并基本實現自足(當前僅能滿足國內需求的三分之一)。美國當然不歡迎中國入侵自己的利益范圍，也正試著阻礙這位對手的前進。2015 年美國禁止向中國實驗室出售英特爾高端芯片，并給中國公司收購美國芯片公司使絆子。今年中興事件中，特朗普政府利索地表示禁止美國公司向中興出售半導體部件。這家公司的芯片設計來自好幾家美國公司的許可授權，此舉一出，無異于讓其瞬間癱瘓。當特朗普出乎意料地表示解除禁令時，這家公司才免于破產險境。
政治風向搖擺不定，芯片產業也受牽連
美國還指控中國從事商業間諜活動。11 月 1 日，福建晉華公司被指控與其臺灣合作方聯華電子從事商業間諜活動，盜取一家大型美國公司鎂光的商業秘密。官方不斷發出警告，使用中國制造的設備存在風險，因為它們可能將一些敏感信息盜取回國內。10 月 12 日，兩位議員公開警告加拿大不要讓華為參與該國 5G 移動網絡建設。本周，新西蘭禁止本土移動網絡運營商 Spark 使用華為 5G 設備。在特朗普先生掀起的中美貿易戰中，芯片又被置于首當其沖的位置。8 月，美國上調了一系列產品關稅，包括芯片。中國也加強了報復力度。高通公司收購恩智浦，最終在中國這里流產。中國政府也正在調查美國與韓國內存芯片制造商的價格壟斷行為，其中包括鎂光公司。美國挫敗中國的努力可能會越來越堅決。最近，中國大張旗鼓報道生產出世界最快的超級計算機(「神威太湖之光」)，采用了 40,960 個自主研發的申威 26010，田納西大學的超級計算機專家 Jack Dongarra 表示，主要原因還是英特爾被禁止向中國出售高端芯片，「中國就將更多資金投入到高性能計算研究中。」而使用了更為先進芯片的「太湖之光」的繼承者們也已投入使用。貿易戰以及日趨緊張的中美敵對性競爭正對最復雜、也最為全球化的產業之一產生負面影響。「這些(芯片)公司已經明白，過去三十年，全球化確實是機遇。如今全球化突然變成一個國家安全問題，他們不得不針對新的環境，做出調整。」歐亞集團(Eurasia Group)的一位政治風險咨詢顧問 Paul Triolo 表示。然而，重塑一個關乎全球經濟核心、正高速發展的產業鏈條，并非易事。芯片產業早期，這些制造商們都是在國內完成整個生產流程。1961 年，情況開始發生變化，當時，仙童半導體開始將組裝和測試工作移到香港，因為那里的勞動力更加便宜。隨著芯片變得更加復雜，這一外包趨勢開始加速，越來越多的工序被外包給專門公司。結果，全球幾千家公司就這樣彼此關聯、錯綜復雜地聯系在一起，大致可以被分為三類：設計、制造、組裝和封測商。
從最初的硅到成品芯片，通常需要經過一系列非常復雜的加工流程，從中也可窺見芯片供應鏈有多么復雜。供應鏈的開端，可能位于阿巴拉契亞山脈，這里盛產世界最高品質之一的二氧化硅。接著，二氧化硅會被運至日本，加工成純硅錠，切割成標準尺寸的晶圓后，又被運至韓國或臺灣某個晶圓公司，在這里，由荷蘭制造的光刻機器進行光刻顯影等工序。具體的管道設計取決于芯片的整體設計，可能源自 ARM。不過，設計者也能根據該公司多種授權方式之一，針對具體應用進行調整。完成后，芯片會被封裝并進行測試。此時，芯片之旅已抵達中國、越南或者菲律賓。
低端發力，力爭上游
芯片被集成到電路板上，可能發生在另一個地方。接著，產品會被運至從墨西哥到德國、再到中國等不同廠家，安裝到工業機器人、智能電表或者云端服務器中。中國本土芯片產業從供應鏈低端開始切入，香港理工大學電子工程教授 Jiang Xu 說，比較擅長組裝和封測。上海所在的長江三角洲，坐落著十幾家封裝測試企業。公司名字雖不為人熟知，但是它們的收入卻很可觀，達數十億美元。如今，西方芯片公司離不開這些供應鏈上的中國公司，另一方面，國內需求也正在快速增長，因此，中國開始朝設計與制造環節發力，并已經打入低端芯片市場，而三星、蘋果、英特爾、臺積電等公司則針對智能手機、云計算等領域，設計制造功能更為強勁和昂貴的芯片。但是，「75% 到 80% 的半導體產品用不到如此前沿的技術。」研究機構 ihsMarkit 的 Len Jelinek 說。諸如物聯網所需的芯片，其實就是在日常物件中植入傳感器和聯網功能，「(它們所用的芯片)絕對可以由中國芯片公司設計出來。」中國公司正在供應鏈上力爭上游。華為海思和清華紫光(國有)已位居世界十大芯片設計公司行列(以收入論)。海思的麒麟系列智能手機芯片已經可以媲美西方公司的設計。
告別摩爾定律
中國公司雖然力爭減少對海外的依賴，但也沒辦法完全杜絕這一需求。Xu 教授指出，中國公司非常依賴基于ARM公版設計的修改。ARM 的設計已經占領移動計算領域，并正以類似的姿態進軍物聯網智能設備。這家公司也在努力進入高性能計算芯片領域。不過，ARM 位于英國，最近被軟銀收購。英、日本都是美國的盟友。中國已經發現，在前沿制造業取得進展也越來越不容易，芯片正是其中最難的一部分。中國的新貴勢必與那些現有企業競爭，而這些企業不僅擁有令人生畏的技術領先地位，也擁有大批經驗老道的技術工程師。Jelinek表示:「實際上，半導體(制造業)其實是不斷重復學習周期。」麒麟980是第一個采納7納米制程的智能手機芯片，由于中國并無晶圓廠家，像海思這樣的公司(其競爭對手是高通、蘋果這樣的美國公司)不得不訴諸臺積電來制造芯片。摩爾定律的日落西山，也成為限制中國野心的一個手段。芯片組件每縮小一次，制造就變得更加復雜和昂貴。尖端晶圓廠的生產已經變得極其昂貴。三星(Samsung)將斥資140億美元在韓國平澤(Pyeongtaek)附近建造一座工廠。芯片制造商開玩笑地說，這是摩爾第二定律，即芯片工廠的成本每四年翻一番。因此，芯片制造的前沿陣地出現了行業整合。根據麥肯錫咨詢公司的數據，2001 年，能提供最先進晶圓設備的廠家有29家(見圖表)，如今只剩五家。這可能更易于西方的技術鷹派阻礙中國的步伐，因為這些晶圓廠由美國、臺灣和韓國的公司所有，他們都是盟友。鷹派可資利用的另一個手段就是為這些晶圓廠提供設備的公司，特別是一家荷蘭公司ASML。經過十多年的嘗試，這家公司成功實現「極紫外光刻技術」商業化，制造最先進芯片離不開該技術。這也可以成為西方政策制定者們的抓點。
但摩爾定律的終結也給中國帶來了希望。曾經，隨著元件收縮，芯片能夠更快地運行。如今，所謂的縮放定律效應已經開始衰退，也就是說，芯片組件縮減帶來的好處比過去要少。芯片行業分析師 Linley Gwennap 表示，正是出于這個原因，如今落后領先者一兩步，不如過去那么重要了。硬件設計師 Andrew Huang 表示，與此同時，摩爾定律的放緩也敦促整個行業尋找其它方法來制造更好的芯片。換句話說，人們的注意力正逐漸從改善制造工藝，轉向尋求更聰明的設計和新想法。如果這能改變芯片行業的運作方式，那么，中國企業就能試著挺進這個尚未被宣示主權的新領地。
華為海思的芯片就是一個例子。他們的產品包括高度定制化、主要用于加速人工智能算法的芯片，這也是「中國制造」和國家意欲重金投入的領域。量子計算也是被寄予厚望的領域。量子計算，利用量子力學效應加速大規模計算。中國已經為此押上賭注，據報道，已經投入百億美元在合肥打造一家大型實驗室。然而，量子計算需要掌握非常規物理規律，比如超導線、離子阱以及非常不同于芯片所要用到的技術。隨著中國在芯片制造領域的猛進，美國也開始推進前沿技術。包括谷歌、微軟、IBM在內的美國公司正在開展自己的量子計算項目。2017 年，總統科技顧問委員會的一份報告建議，對中國崛起最好的回應方式就是投資并維持美國的領頭羊地位。比如，DARPA正在進行一個電子產業復興計劃(ERI)，研發可以商業化的新技術。
加快步伐
其中的一些項目也旨在提升既有芯片工藝。比如，據 ERI 項目負責人 William Chappell 透露，讓小型芯片設計公司更容易地將其特殊設計集成到大公司產品中的技術，能減低芯片成本。不過，ERI也會投資一些更具探索性的領域，比如利用光(而非電子)設計芯片的光子計算芯片;依靠量子效應發揮作用的自旋電子晶體管，以及犧牲精確性以換取節能的近似計算。
探索更加前沿的芯片設計與制造，會讓美國繼續保持領導者的角色。無論如何，Triolo 說，較之調整全球產業鏈的做法，這種策略更容易實現。實際上，抵制中國的舉措并未受到美國國內歡迎。高通三分之二的收入來自中國;鎂光收入的 57% 來自中國。隨著微軟、亞馬遜相繼在中國開設研究結構，中美之間的合作也正成為趨勢，這也意味著大洋兩岸之間持續不斷的資金往來。尋求貿易保護主義來遏制中國的做法，將導致遠超國界的負面影響。
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