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作者: mlkj (N ) 看板: Tech_Job
标题: [新闻] 经济学人 美中角力下的半导体业危机
时间: Mon Dec 3 19:44:20 2018
这是本期经济学人的特别报导，内容较长，翻译的网页版分成上下篇。
小弟非半导体业界出身，若有一些专有名词不够正确请指教。
美中角力下的半导体业危机 The chips are down (上)
http://mlkj24.pixnet.net/blog/post/32621512
美中角力下的半导体业危机 The chips are down (下)
http://mlkj24.pixnet.net/blog/post/32622163
Economist Dec 1st 2018
硅谷，美国科技产业的心脏地带。其名称来自某个化学元素，是微芯片中最重要的成分。
现在硅谷吸引到的外界注意力，多半集中在脸书、Google、苹果电脑等企业上。这些公司
以其软件或精巧的装置闻名，而不是让这些软件、装置动起来的芯片。但在50、60年代的
硅谷，是改善电晶体、积体电路等发明的地方，让电脑从占据一整个房间、不可靠的机器
，变成可以放入口袋的精巧设备。这又让今日这些科技巨擘得以兴盛。
现代的微芯片，已嵌入汽车、洗衣机以及战斗机等各种设备中。半导体贸易统计协会
(World Semiconductor Trade Statistics)预估，2017年的芯片市场市值高达4,120亿美
金，比前年度上升21.6%。如果要说的话，这些统计数字低估了芯片制造的重要性。比如
说，全球的电子商务市场，一年约有两兆美金的规模。如果把数据比做新的石油，芯片就
是让这些数据转换成真正有用事物的内燃机。
芯片的无所不在，也导致了一个全球庞大产业的成长。现代的芯片有着数十亿个元件，生
产这些芯片的，则是非常先进、耗资数十亿美金建造的工厂。事实上，这些工厂能造出来
，就已经是专业化与贸易之力最好的证明。
这些极其复杂的产品，也催生了同样复杂的供应链，全球数千家专业公司涉及其中。美国
的半导体行业协会(The Semiconductor Industry Association)估计，他们有一名成员拥
有超过16,000家供应商，其中超过8,500家位于美国境外。芯片的原料、元件在最终成为
智慧型手机、汽车防锁死煞车系统或其他产品的大脑前，早已交叉穿梭于全世界。
现在有两股力量，将半导体业紧紧地推向镁光灯下。首先，是地缘政治。芯片陷入了既有
的科技超级强权美国，以及渴望成为科技强权的中国间，日益恶化的竞争漩涡中。第二股
力量，则是物理学。这场酝酿中的技术竞争，正处于历史性时刻。五十年来，半导体业的
进步，由摩尔定律掌控著，意即可以塞入芯片中的元件，每两年就会成长一倍。也就是说
，芯片的计算速度也是两年成长一倍。但摩尔定律正在瓦解，让半导体业的未来，看起来
比过往任何时刻都更加混乱、更缺乏确定性。
电子政治学
Electronic politics
从地缘政治开始说起。美国长期以来，一直把芯片制造的领先地位视为重要战略资产。硅
谷出产芯片的最早用途之一，就是核弹的导向系统，由五角大厦及创投支持着。2017年时
，白宫发表的一份报告中，完全不隐晦地使用以下字眼：“对国防系统和美国军事力量来
说，尖端半导体技术至关重要。”
中国也认为芯片对其未来非常重要。2014年时，中国为了半导体产业研究、发展的金流所
需，成立了“国家集成电路产业投资基金”。这个资金的目标之一，是“2025中国制造”
，是要增加中国国内高科技产业本土制造的计画。中国希望在2030年时，多数芯片可国产
(目前仅有约三分之一为国产)，将本土芯片产业的收益，从2016年的650亿美金，增加到
3,050亿美金。
美国并不欢迎中国侵入自己的地盘。美国做了一些动作，试图减缓中国的进展。比如说在
2015年时，美国禁止世界第二大芯片商英特尔，贩卖给中国作为超级电脑用途的高阶芯片
。美国也阻扰中国企业收购美国公司。
今年中国智慧型手机、通讯设备制造商中兴通讯在违反和解协议，违法出口技术给伊朗后
，川普政府曾短暂地禁止美国企业卖零件给他们。中兴通讯年营收高达160亿美金，产品
销售到全世界。但这间中国公司的芯片，是几间美国企业授权制造的，当供应源被切断后
，中兴一夜之间陷入瘫痪状态。川普出人意料地同意解禁后，中兴才避免破产一途。
挡风玻璃下的芯片
Chips in the windscreen
美国也对中国的产业间谍提出指控。11月1日时，检察官起诉了中国的芯片制造商福建晋
华，以及其台湾的合作伙伴联华电子。起诉理由是，这两间企业窃取美国大厂美光
(Micron)的营业机密。美国官员警ˋ告，使用中国制造的设备可能会有风险，因为那些设
备可能会把敏感资讯传回中国。10月12日时，两位参议员公开警告加拿大，不要让华为参
与建立加拿大境内的5g网络计画。新西兰也在本周阻止了行动网络营运商Spark，在即将
推出的5g网络中使用华为的设备。在川普主导的与对中关税贸易战中，芯片也是前线之一
。8月份美国提出的一系列增加关税的商品中，芯片也在其中。
中国也在报复行动上更加强硬。美国芯片设计商高通，原本想并购荷兰恩智浦半导体
(NXP)，但因为北京的竞争监管单位拖延，最终只能放弃。中国官方也在调查美国、韩国
制造商是否操纵内存芯片的价格，对象中也有美光。
美国想挫败中国的努力，可能只会让中国更加坚定。直到最近，中国都还拥有世上最快的
超级电脑(译按：2018年6月，美国IBM又夺回宝座)。这台超级电脑的名字叫做“太湖之光
”，位于上海附近的国家超级计算无锡中心。田纳西大学超级电脑专家Jack Dongarra说
，“太湖之光”使用的40,960个神威26010芯片，完全由中国设计。他说，英特尔禁令一
事的主要影响，是“中国投入更多资金到高效能计算研究中”。“太湖之光”之后的超级
电脑，将使用更先进的芯片，目前也正在开发中。
贸易战，以及美中之间不友善竞争意识的增加，让这个世上最复杂、全球化程度最高之一
的产业产生了不良影响。政治风险顾问公司欧亚集团(Eurasia Group)的Paul Triolo说，
“这些芯片公司，在过去三十年都被告知说，全球化有多好。”“突然，这变成了国安问
题，这些公司只能试着调整适应。”
重整一个快速增长、对全球经济非常重要的产业并非易事。早期，芯片制造商在自家工厂
进行每个生产步骤。直到1961年，快捷半导体(Fairchild Semiconductor)做出改变，在
拥有便宜高技术劳工的香港进行组装及测试。随着芯片成为更复杂、越来越多公司将制程
外包给专业商的产业后，这个趋势越来越不可逆。结果就是整个产业变成令人困惑、成千
上万间企业的汇集处。整个产业可以分为三大块 — 设计、生产、组装及封装(见图)。
译按：这个半导体上下游的简图在网页连结的上篇
从原始硅晶到芯片成品的旅途，说明了这个供应链有多精细。源头可能起于阿帕拉契山脉
，那里蕴藏着最高品质的二氧化硅。接着那些二氧化硅砂可能会被送到日本，做成硅晶棒
。接着会被削成标准尺寸的晶圆，每个300mm。然后送到称为“fab”的晶圆厂，也许位于
台湾或韩国。这些晶圆会用荷兰制造的光刻设备，刻上特定样式。
这些样式由芯片设计所决定。设计可能来自英国的ARM，但可能因为ARM许多授权下的特定
用途而进行调整。一旦完成，就进行模组组装及封装程序。这些蚀刻过的硅晶，将放置在
陶瓷或塑胶容器内，而这些容器能放在所有的电路板上，接着进行测试。这个程序可能在
中国、越南或菲律宾进行。
双面切
Slices both ways
接着在崁入电路板中，这可能会在其他地方再发生一次。这将成为抵达墨西哥、德国或中
国工厂的众多零件之一，组装成为工业机器人、智慧型电表，或是云端储存用的众多电脑
之一。
香港科技大学的须江教授说，中国本土半导体业起源自产业链中较低阶的部分。中国的强
项仍在模组组装及封装。比如说，上海附近的长江三角洲一带，有许多企业专门从事这些
工作。这些企业的名字也许外界不熟悉 — 江苏长电科技(JCET)、天水华天科技、通富微
(TFME) — 但他们一年的营收都是数十亿美金。
而现在，随着西方企业仰赖这些公司，以及中国国内市场的火热，中国也转向设计及生产
了。中国芯片已经打进低阶市场了。三星、英特尔、苹果、台积电这些公司设计或生产出
强大、高价的芯片，专为智慧型手机或云端运算使用。但研究机构IHS Markit的Len
Jelinek说，“75%到80%的半导体产品，并不是那么地尖端科技”。为日常物品增加传感
、网络连接连接功能，提供给液晶电视、家用路由器和构成物联网(IoT)的智能设备芯片
，“绝对可以由中国厂商制造”。
中国企业也开始在价值链上取得成功。华为旗下的海思半导体，以及中国国营的紫光集团
，以营业额来看，是全世界前十大半导体商。海思的供给智慧型手机用的“麒麟”系列晶
片，可以媲美西方企业设计的芯片。
摩尔定律不再
No Moore
透过这些努力，中国已减少对外商的仰赖，但无法完全去除。须江教授指出，中国企业仍
非常仰赖从ARM的芯片中做设计修改。ARM的芯片已主导行动计算(mobile-computing)业界
，也朝着主导物联网所构成之智慧装置业界方向迈进。ARM同时也打算打入高效能云端运
算。这间英国公司最近被日本软件银行买下来；而英、日都是美国的亲密盟友。
中国已发现，他们很难在高阶制造上取得进展，而这是芯片制程中最严峻的一块。中国新
贵必须要与已在此业界拥有惊人技术领先的企业，以及拥有数十年不败技术的工程师竞争
。Len Jelinek说，“半导体产业实际上是不断学习的循环”。“麒麟980”是中国第一个
利用7奈米制程的手机芯片 — 这个尖端技术用来挤出最大的运算效能。因为中国并没有
晶圆厂拥有这样的技术，海思必须跟其美国的竞争者苹果、高通一样，必须交给台湾的台
积电生产。
摩尔定律的消亡，也许提供了限制中国野心的一种方法。显然，摩尔定律无法无限地发展
下去。每次把芯片中的元件缩小，生产就会变得更加繁琐和昂贵。最先端晶圆厂的建造价
格，已经难以想像地高。三星斥资140亿美元，要在韩国的平泽市盖新厂。芯片制造商开
玩笑说，摩尔第二定律是，每四年晶圆厂的建造价格就会涨一倍。
这个结果造成，芯片制造的领先者地位更稳固。根据麦肯锡的报告，2001年时有二十九间
公司可以提供最先进的晶圆设备；现在仅有五间。这让西方鹰派很容易就能减缓中国的晶
圆进程。这些晶圆厂由美国或台湾、韩国的企业掌握著，后两者都是美国盟友。另一个层
次，则是提供给晶圆厂的设备。特别是荷兰厂ASMAL，经过几十年的尝试，终于让极紫外
光刻技术得以商业化量产。绝大多数先进芯片，都会需要这个制程。这让西方的政策制定
者得以掐住中国咽喉。
但摩尔定律的终结，也提供给中国希望。过去曾有的一个副作用是，随着元件缩小，芯片
原本应该要运行地更快。但这个称作Dennard scaling的作用，在二十一世纪初期破灭了
，也就是说减少元件的好处，不再像过去那么大了。根据这个理由，芯片产业分析师
Linley Gwennap认为，落后业界领先者一到两步，跟以前相比，也没那么痛苦了。
在此同时，硬件设计师Andrew Huang说，摩尔定律的减缓，使得整个业界都在寻求制造更
佳芯片的其他方法。换句话说，注意力逐渐从改善制程，转成更聪明的设计和新想法。如
果这改变了芯片业界的运行方式，中国企业可能会试图切入这个相对新颖、尚无人进入的
领域。
海思的芯片提供了好例子。海思芯片包括了超级专业化的硅晶，这是为了增加人工智能用
途芯片的计算速度。人工智能是“中国制造”的另一个重点，也是现在中国投入大笔资金
的领域。量子计算是另一个有发展性的领域；量子计算是利用量子力学的机制，来极大地
加速某些类型的计算。中国已在量子计算领域投下了大赌注，据报导说中国斥资百亿美元
在合肥市(安徽省省会)建立了一间大型研究实验室。但这些需要掌握非传统的物理技术，
比如说超导线和离子阱。而这些技术，与目前芯片制造商所使用的技术截然不同。
随着中国在芯片制造上取得进展，美国则试图把边界推得更遥远。包括Google、微软及
IBM的美国企业，也拥有自己的量子计算技术。2017年总统科学技术顾问委员会的报告指
出，美国对中国崛起的最佳反应，是持续投资、保持技术领先地位。考虑到这点，美国国
防部高等计画署(DARPA)，已在进行电子复兴计画(Electronics Resurgence
Initiative, ERI)。这个计画的目的在于开发新技术，直至私人企业有办法商业化这些新
技术为止。
追上脚步
Picking up the pace
电子复兴计画中，有一些案件是要改善现有制程。计画主持人William Chappell说，其中
一个例子是，让小型芯片设计公司的专业化硅晶，更容易地崁入大公司的设计中，这应该
有助于降低成本。但电子复兴计画也投资在更高赌注的领域上。目前有一些案件涉及光学
运算(optical computing)，目标是生产出仰赖太阳能而非电力驱动的芯片；依赖量子效
果产生作用的自旋电晶体(spintronic transistors)；牺牲运算精准度来节能的近似运算
(approximate computing)等技术。
让芯片更高科技，可以让美国继续居于领先的位置。欧亚集团的Paul Triolo说，在任何
情况下，这可能会比试着解开全球供应链更简单。事实上，不是所有美国企业都很欢迎冻
结中国一事。比如说，高通有三分之二的收入来自中国；美光则有57%。而且趋势朝向互
相合作，比如说微软跟亚马逊在中国开设研究中心，这让投资在太平洋两岸流通。为了让
中国受到控制而转向保护主义，造成的伤害将远远超出国界。