踏入芯片角逐場，無問西東
2023-09-13 03:46:17施晶晶
南風(fēng)窗 2023年18期
施晶晶
在全新的大國角逐場上，芯片是最誘人的戰(zhàn)略獵物。半個多世紀(jì)以來，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爭中，原材料、生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)缺一不可。
自8月1日起，中國針對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，實施出口管制，出口經(jīng)營者需要從商務(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，中國憑借更低的價格成為這兩類金屬最大的供應(yīng)商，美、日、德、荷等國多從中國進(jìn)口它們。
說到荷蘭，繼去年10月美國就高端芯片及其制造設(shè)備對華管制出口后，荷蘭也在不久前推出針對最新型號“光刻機(jī)”的出口管制計劃。該計劃9月1日生效后，中國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)險投資公司投資中國的高科技企業(yè)。一位高級官員解釋，此舉目的不在于錢，重在限制中國獲得技術(shù)和知識專家。在45天討論期結(jié)束前，這一行政令尚未生效。
《芯片戰(zhàn)爭》一書作者、美國學(xué)者克里斯·米勒說：“半導(dǎo)體定義了我們生活的世界，決定了國際政治的形態(tài)、世界經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)和軍事力量的平衡。”踏入這片角逐場，每個國家拼的不是當(dāng)下，而是未來，依賴的不是單個優(yōu)勢，而是綜合實力。
芯片巨無霸
當(dāng)你用手機(jī)發(fā)出一條微信，屏幕之下，上百顆芯片正同時運(yùn)行。芯片，既簡單又復(fù)雜。
在科學(xué)原理上，芯片的確很簡單，它就是把真實世界的圖像、文字、聲音、無線電波等訊息，用最簡單的兩個數(shù)字“0和1”進(jìn)行編碼。當(dāng)它倆組成密密麻麻的字符串，那就是計算機(jī)能讀懂的語言，0表示“關(guān)”，1表示“開”，以此來控制電子的流動，傳輸和處理信息。
說它復(fù)雜，指的是制造。這些電子開關(guān)存儲在一個個微小的、可以導(dǎo)電的晶體管里。每一個晶體管比人體細(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，就由幾百萬個甚至幾十億個這樣的晶體管組成。
2021年，蘋果公司在7個月內(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，制造商臺積電最先進(jìn)的18號工廠，就穩(wěn)定生產(chǎn)了超過100億億個晶體管（每個A14處理器芯片包含118億個晶體管）。
完成這一筆訂單，臺積電最寶貝的生產(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，那是世界上最貴的設(shè)備，生產(chǎn)一臺的成本就超過了1億美元，目前全世界只有阿斯麥公司造得出來。
芯片制造這一工程遠(yuǎn)比我們想象的更偉大。60年前，一個尖端芯片上的晶體管數(shù)量只有4個，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了118億個，沒人知道它的極限究竟在哪里。
持續(xù)更迭的技術(shù)和工藝，讓晶體管越來越小、越來越穩(wěn)定，它更省電，更輕便；巨大的規(guī)模效應(yīng)下，單個晶體管的制造成本更低廉，得以面向大眾。一個對比更直觀突顯這個規(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》一書作者、美國學(xué)者克里斯·米勒說：“半導(dǎo)體定義了我們生活的世界，決定了國際政治的形態(tài)、世界經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)和軍事力量的平衡?！?/blockquote>正是因為擁有最強(qiáng)大腦的工程師們學(xué)會了在硅片上控制電子的微小運(yùn)動，并在半個世紀(jì)里將它的單個成本控制到微不足道的程度，芯片行業(yè)才得以崛起，數(shù)字時代才真正到來。
如今，中國每年進(jìn)口芯片的花費(fèi)比進(jìn)口石油還要多。據(jù)國家統(tǒng)計局，2022年，中國進(jìn)口芯片5384億顆，花了2.8萬億元人民幣，而進(jìn)口5億噸原油，總花費(fèi)是2.4萬億元，芯片繼續(xù)成為我國第一大進(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。中國可以從48個國家購買原油，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_，也沒有任何一個國家能主導(dǎo)全部關(guān)鍵領(lǐng)域，因為它已經(jīng)高度全球化。從上世紀(jì)60年代開始，為降低生產(chǎn)成本，以美國為主的芯片制造企業(yè)就開始將諸多環(huán)節(jié)外包，半個多世紀(jì)以來，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，東亞國家和地區(qū)承接了源起于美國硅谷的芯片產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。日本電氣和東芝、韓國三星，后來者居上，抓住了存儲芯片，在這一細(xì)分元器件領(lǐng)域，把美國企業(yè)擠到二流位置；中國臺灣的臺積電，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，但這不是芯片跨國競爭的全貌，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)。
美國的產(chǎn)業(yè)權(quán)力從哪里來
就像一滴墨水融入浩瀚大海會被稀釋一樣，全球化合作也會削減任何一方對于全局的控制力，但毋庸諱言的是，中國芯片產(chǎn)業(yè)受到的冷峻打壓表明，美國在這一產(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，我們就開始使用它們了?！瘪R特·希恩是卡內(nèi)基國際和平基金會研究員，長期關(guān)注中國科技生態(tài)系統(tǒng)。他的這句分析點(diǎn)出了一個關(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的，它也依賴于企業(yè)自發(fā)卷入市場，在競爭與合作中進(jìn)行優(yōu)勝劣汰。
那么，美國對芯片產(chǎn)業(yè)的控制力乃至產(chǎn)業(yè)霸權(quán)，具體從哪里來？中國人民大學(xué)國際關(guān)系學(xué)院教授李巍認(rèn)為：“美國的產(chǎn)業(yè)權(quán)力源于其對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在技術(shù)鏈、金融鏈和消費(fèi)鏈三個方面所擁有的強(qiáng)大控制能力，這種產(chǎn)業(yè)控制力并沒有因為其產(chǎn)業(yè)競爭力的衰退而有所減弱。”
控制力首先建立在，美國占據(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)計軟件和生產(chǎn)硬件。其中，三家位于美國的公司主導(dǎo)著芯片設(shè)計軟件市場，新芯片上的幾十億個晶體管怎么配置，就通過這些軟件來完成。
美國不是唯一重視核心技術(shù)的國家，上世紀(jì)70年代，它也遭遇過日本的挑戰(zhàn)。在存儲芯片上，日企產(chǎn)品殺出重圍，美國企業(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，日本尼康勢如破竹，美國廠商GCA瀕臨破產(chǎn)。
隨后美國發(fā)起了反擊，引入第三方競爭力量，推動同樣位于東亞的韓國、中國臺灣發(fā)展芯片制造業(yè)，以此鉗制日本。在光刻機(jī)領(lǐng)域，美國發(fā)力攻克EUV光刻技術(shù)，并通過共享技術(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的EUV光刻機(jī)中，一半以上使用美國零部件。
為保持技術(shù)優(yōu)勢，即便現(xiàn)在，美國頭部芯片企業(yè)也在研發(fā)投入上保持領(lǐng)先。2020年，從研發(fā)支出占營收比例來看，美國的三家企業(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、削弱對手技術(shù)控制的技術(shù)鏈治理思路下，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的順利運(yùn)轉(zhuǎn)始終無法脫離美國技術(shù)，美國也就從中獲取了基于技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)權(quán)力?！崩钗】偨Y(jié)。
芯片迭代速度無與倫比，研發(fā)技術(shù)也需要密集且龐大的資金。美國的投資機(jī)構(gòu)實力最雄厚，金融市場體系也更完善，穿透全球芯片巨頭的股權(quán)，仍以美國投資者的身影最活躍。
盡管三星沒在美國上市，但其股份的28%掌握在美國投資者手里，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，美國投資者就參與其中。
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，也不只是錢和市場的事。美國在芯片產(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)、金融與市場通力合作的結(jié)果。再看臺積電，2021年它托管在美國花旗銀行的股份占比高達(dá)20.52%，更不用說還有大量芯片企業(yè)在美國上市了。這些芯片企業(yè)不僅受美國明面上的監(jiān)管，融資、合并收購等交易活動也可能受干擾。2021年，中國的智路資本擬收購總部位于韓國的一家芯片公司，原本兩邊談好了意向，但因為后者在美國上市，交易需要美國批準(zhǔn)；7個月審查后，美國外國投資委員會最終否決了這一合并收購案。
芯片成品最終會面向市場，雖然中國買的芯片最多，但美國也不弱，排在全球第二位，而且，美國需要高端芯片的超級企業(yè)最多，蘋果公司就是全球最大的芯片買主。蘋果和臺積電交情頗深，臺積電最開始就是蘋果不想依賴三星獨(dú)家代工芯片而培養(yǎng)的一個備胎。2021年，光蘋果公司就給臺積電投喂了1/4的營收，更不用說臺積電的主要客戶基本是美企。
所以，這不只是技術(shù)的事，也不只是錢和市場的事。美國在芯片產(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)、金融與市場通力合作的結(jié)果。
如今，美國以中國為對手持續(xù)打擊，對于效果的評估，負(fù)責(zé)美國出口執(zhí)法的助理部長馬特受訪時的表態(tài)，傳遞出短期實用的邏輯：“在這個行業(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)，無盡的前沿
國與國的較量，需要看清現(xiàn)實和對手，但當(dāng)下美國政府的危機(jī)感，也表明中國崛起的優(yōu)勢客觀存在。
復(fù)旦大學(xué)世界經(jīng)濟(jì)研究所教授羅長遠(yuǎn)撰文指出，與美韓、中國臺灣相比，中國大陸最大的優(yōu)勢是應(yīng)用市場；龐大的消費(fèi)需求、差異化的消費(fèi)層次，對回報周期長、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，中國仍是最具潛力的市場。同時，龐大的市場可以給出更多反饋，加快芯片迭代速度，有助于催生更先進(jìn)的技術(shù)。
以美國《芯片與科學(xué)法案》為背景，中國社科院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所研究員賀俊認(rèn)為，相關(guān)措施對中國芯片產(chǎn)業(yè)的主要影響是：扼前路，而非斷后路。該法案推動的中美芯片產(chǎn)業(yè)鏈脫鉤，也只針對5納米及以下高端制程產(chǎn)業(yè)鏈的脫鉤，并不是全盤脫鉤。
賀俊也指出，中國已經(jīng)成為全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈體系最完整的國家，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生產(chǎn)。在相當(dāng)長時期內(nèi)，28納米至7納米工藝應(yīng)用將保持主流地位。當(dāng)然，中國也不會安于現(xiàn)狀。
如今，當(dāng)“卡脖子”成為一個熱門詞，人們開始透過芯片反思。追問美國何以強(qiáng)大，以及美國現(xiàn)在為什么如此焦慮時，不少研究者提到了一份名為《科學(xué)：無盡的前沿》的報告。它寫于二戰(zhàn)后的1945年，作者是羅斯福總統(tǒng)的科學(xué)顧問萬尼瓦爾·布什博士。這份報告的分量很重，拜登也公開說，這篇報告為美國的科學(xué)探索奠定了基礎(chǔ)。
當(dāng)我們追溯美國對芯片產(chǎn)業(yè)的控制力時，人們很容易忽略科學(xué)的作用，而側(cè)重于關(guān)注更實在的技術(shù)、資金、市場。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間，成功發(fā)明了第一個晶體管。肖克利可不只是個發(fā)明家，他還是個物理學(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，成為整個產(chǎn)業(yè)的開端。肖克利也因此獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎。
任正非也說，“技術(shù)創(chuàng)新是可以依據(jù)理論，獨(dú)立設(shè)計、發(fā)明出來的”，哪怕美國主張中美科技脫鉤，“論文都會公開發(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“，技術(shù)創(chuàng)新是可以依據(jù)理論，獨(dú)立設(shè)計、發(fā)明出來的”，哪怕美國主張中美科技脫鉤，“論文都會公開發(fā)表，是大江、大洋、大山阻隔不了的”。
但從國家的層面去看，1945年的布什博士或許更加高瞻遠(yuǎn)矚，他在報告里早早提醒：“一個依靠別人來獲得基礎(chǔ)科學(xué)知識的國家，無論其機(jī)械技能如何，其工業(yè)進(jìn)步都將步履緩慢，在世界貿(mào)易中的競爭力也會非常弱……政府加強(qiáng)工業(yè)研究最簡單、最有效的方式，是支持基礎(chǔ)研究和培養(yǎng)科學(xué)人才。”
基于科技實力的競爭已愈發(fā)激烈，各國政府都需要更大的戰(zhàn)略視野，無問西東，用科學(xué)為自己織一件軟猬甲、造一塊護(hù)心鱗，在大國角逐場上更好地沖鋒，爭取更光明的未來。
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