硅谷，美國(guó)科技產(chǎn)業(yè)的心臟，其名字來(lái)源于一種化學(xué)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(píng)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(shè)備。然而，正是得益于二十世紀(jì)五六十年代晶體管、集成電路等發(fā)明的精細(xì)化，電腦才從房間大小的巨型機(jī)器，逐漸縮小為口袋大小的便攜設(shè)備，巨頭們能有今天的輝煌正仰賴(lài)于此。

如今，現(xiàn)代化的芯片已被嵌入汽車(chē)、洗衣機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)等各種設(shè)備中。據(jù)數(shù)據(jù)提供商「全球半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織」(WSTS)估計(jì)，2017 年，芯片市場(chǎng)規(guī)模為 4120 億美元，較去年增長(zhǎng) 21.6%。不過(guò)，這些原始數(shù)據(jù)容易讓人低估芯片制造的重要性。比如，對(duì)比來(lái)看，全球電子商務(wù)行業(yè)每年的收入約超 2 萬(wàn)億美元。如果說(shuō)數(shù)據(jù)是新的石油，那么，芯片就是把數(shù)據(jù)變得有用的內(nèi)燃機(jī)。芯片的無(wú)處不在催生了一個(gè)龐大的全球產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代芯片約含數(shù)十億個(gè)元器件，需要在超先進(jìn)的工廠(chǎng)中生產(chǎn)，其制造成本高達(dá)數(shù)百億美元。事實(shí)上，能夠完全建造這些設(shè)備也是專(zhuān)業(yè)化和貿(mào)易實(shí)力的一個(gè)體現(xiàn)。這些極其復(fù)雜的產(chǎn)品催生出同樣復(fù)雜的供應(yīng)鏈，全球數(shù)千家專(zhuān)業(yè)公司都參與其中。美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)估算過(guò)，其成員之一擁有超過(guò) 1.6 萬(wàn)家供應(yīng)商，其中 8500 多家在美國(guó)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(jī)、汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)或其他數(shù)以千計(jì)產(chǎn)品的大腦之前，它們會(huì)經(jīng)歷一番環(huán)球旅行。如今，兩股力量正將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推到聚光燈下。首先是地緣政治。芯片產(chǎn)業(yè)正深受中美日趨敏感的對(duì)抗關(guān)系影響。其次是物理學(xué)。這場(chǎng)醞釀中的技術(shù)變革正處于歷史性時(shí)刻。50 年來(lái)，芯片行業(yè)一直受到摩爾定律的推動(dòng)。根據(jù)摩爾定律，芯片上可容納的元器件數(shù)量每?jī)赡攴环?，芯片性能也將提升一倍。但摩爾定律正在失效，芯片行業(yè)的未來(lái)似乎也比以往任何時(shí)候都更加不確定。

電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的政治斗爭(zhēng)

讓我們從地緣政治談起。長(zhǎng)久以來(lái)，美國(guó)都是芯片制造業(yè)的領(lǐng)頭羊，芯片產(chǎn)業(yè)也是國(guó)家重要戰(zhàn)略資產(chǎn)。芯片的最早應(yīng)用之一出自硅谷，主要被用于核彈的導(dǎo)航系統(tǒng)，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(fēng)投在其崛起中起到的重要作用。2017 年，一份由白宮發(fā)布的報(bào)告也放棄咬文嚼字，直接指出「前沿半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)于國(guó)防和軍方的強(qiáng)大，至關(guān)重要?！谷缃?，中國(guó)也將芯片制造視為未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的重要砝碼。2014 年，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)基金成立，資本滾滾流入半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域?！钢袊?guó)制造 2025」戰(zhàn)略也將焦點(diǎn)放在提升中國(guó)生產(chǎn)力，希望國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)營(yíng)收能從 2016 年的 650 億美元，增至 2030 年的 3050 億美元，并基本實(shí)現(xiàn)自足(當(dāng)前僅能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求的三分之一)。美國(guó)當(dāng)然不歡迎中國(guó)入侵自己的利益范圍，也正試著阻礙這位對(duì)手的前進(jìn)。2015 年美國(guó)禁止向中國(guó)實(shí)驗(yàn)室出售英特爾高端芯片，并給中國(guó)公司收購(gòu)美國(guó)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(guó)公司向中興出售半導(dǎo)體部件。這家公司的芯片設(shè)計(jì)來(lái)自好幾家美國(guó)公司的許可授權(quán)，此舉一出，無(wú)異于讓其瞬間癱瘓。當(dāng)特朗普出乎意料地表示解除禁令時(shí)，這家公司才免于破產(chǎn)險(xiǎn)境。

政治風(fēng)向搖擺不定，芯片產(chǎn)業(yè)也受牽連

美國(guó)還指控中國(guó)從事商業(yè)間諜活動(dòng)。11 月 1 日，福建晉華公司被指控與其臺(tái)灣合作方聯(lián)華電子從事商業(yè)間諜活動(dòng)，盜取一家大型美國(guó)公司鎂光的商業(yè)秘密。官方不斷發(fā)出警告，使用中國(guó)制造的設(shè)備存在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈兛赡軐⒁恍┟舾行畔⒈I取回國(guó)內(nèi)。10 月 12 日，兩位議員公開(kāi)警告加拿大不要讓華為參與該國(guó) 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。本周，新西蘭禁止本土移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商 Spark 使用華為 5G 設(shè)備。在特朗普先生掀起的中美貿(mào)易戰(zhàn)中，芯片又被置于首當(dāng)其沖的位置。8 月，美國(guó)上調(diào)了一系列產(chǎn)品關(guān)稅，包括芯片。中國(guó)也加強(qiáng)了報(bào)復(fù)力度。高通公司收購(gòu)恩智浦，最終在中國(guó)這里流產(chǎn)。中國(guó)政府也正在調(diào)查美國(guó)與韓國(guó)內(nèi)存芯片制造商的價(jià)格壟斷行為，其中包括鎂光公司。美國(guó)挫敗中國(guó)的努力可能會(huì)越來(lái)越堅(jiān)決。最近，中國(guó)大張旗鼓報(bào)道生產(chǎn)出世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)(「神威太湖之光」)，采用了 40,960 個(gè)自主研發(fā)的申威 26010，田納西大學(xué)的超級(jí)計(jì)算機(jī)專(zhuān)家 Jack Dongarra 表示，主要原因還是英特爾被禁止向中國(guó)出售高端芯片，「中國(guó)就將更多資金投入到高性能計(jì)算研究中?！苟褂昧烁鼮橄冗M(jìn)芯片的「太湖之光」的繼承者們也已投入使用。貿(mào)易戰(zhàn)以及日趨緊張的中美敵對(duì)性競(jìng)爭(zhēng)正對(duì)最復(fù)雜、也最為全球化的產(chǎn)業(yè)之一產(chǎn)生負(fù)面影響。「這些(芯片)公司已經(jīng)明白，過(guò)去三十年，全球化確實(shí)是機(jī)遇。如今全球化突然變成一個(gè)國(guó)家安全問(wèn)題，他們不得不針對(duì)新的環(huán)境，做出調(diào)整?！箽W亞集團(tuán)(Eurasia Group)的一位政治風(fēng)險(xiǎn)咨詢(xún)顧問(wèn) Paul Triolo 表示。然而，重塑一個(gè)關(guān)乎全球經(jīng)濟(jì)核心、正高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈條，并非易事。芯片產(chǎn)業(yè)早期，這些制造商們都是在國(guó)內(nèi)完成整個(gè)生產(chǎn)流程。1961 年，情況開(kāi)始發(fā)生變化，當(dāng)時(shí)，仙童半導(dǎo)體開(kāi)始將組裝和測(cè)試工作移到香港，因?yàn)槟抢锏膭趧?dòng)力更加便宜。隨著芯片變得更加復(fù)雜，這一外包趨勢(shì)開(kāi)始加速，越來(lái)越多的工序被外包給專(zhuān)門(mén)公司。結(jié)果，全球幾千家公司就這樣彼此關(guān)聯(lián)、錯(cuò)綜復(fù)雜地聯(lián)系在一起，大致可以被分為三類(lèi)：設(shè)計(jì)、制造、組裝和封測(cè)商。

從最初的硅到成品芯片，通常需要經(jīng)過(guò)一系列非常復(fù)雜的加工流程，從中也可窺見(jiàn)芯片供應(yīng)鏈有多么復(fù)雜。供應(yīng)鏈的開(kāi)端，可能位于阿巴拉契亞山脈，這里盛產(chǎn)世界最高品質(zhì)之一的二氧化硅。接著，二氧化硅會(huì)被運(yùn)至日本，加工成純硅錠，切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的晶圓后，又被運(yùn)至韓國(guó)或臺(tái)灣某個(gè)晶圓公司，在這里，由荷蘭制造的光刻機(jī)器進(jìn)行光刻顯影等工序。具體的管道設(shè)計(jì)取決于芯片的整體設(shè)計(jì)，可能源自 ARM。不過(guò)，設(shè)計(jì)者也能根據(jù)該公司多種授權(quán)方式之一，針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。完成后，芯片會(huì)被封裝并進(jìn)行測(cè)試。此時(shí)，芯片之旅已抵達(dá)中國(guó)、越南或者菲律賓。

低端發(fā)力，力爭(zhēng)上游

芯片被集成到電路板上，可能發(fā)生在另一個(gè)地方。接著，產(chǎn)品會(huì)被運(yùn)至從墨西哥到德國(guó)、再到中國(guó)等不同廠(chǎng)家，安裝到工業(yè)機(jī)器人、智能電表或者云端服務(wù)器中。中國(guó)本土芯片產(chǎn)業(yè)從供應(yīng)鏈低端開(kāi)始切入，香港理工大學(xué)電子工程教授 Jiang Xu 說(shuō)，比較擅長(zhǎng)組裝和封測(cè)。上海所在的長(zhǎng)江三角洲，坐落著十幾家封裝測(cè)試企業(yè)。公司名字雖不為人熟知，但是它們的收入?yún)s很可觀(guān)，達(dá)數(shù)十億美元。如今，西方芯片公司離不開(kāi)這些供應(yīng)鏈上的中國(guó)公司，另一方面，國(guó)內(nèi)需求也正在快速增長(zhǎng)，因此，中國(guó)開(kāi)始朝設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)發(fā)力，并已經(jīng)打入低端芯片市場(chǎng)，而三星、蘋(píng)果、英特爾、臺(tái)積電等公司則針對(duì)智能手機(jī)、云計(jì)算等領(lǐng)域，設(shè)計(jì)制造功能更為強(qiáng)勁和昂貴的芯片。但是，「75% 到 80% 的半導(dǎo)體產(chǎn)品用不到如此前沿的技術(shù)?！寡芯繖C(jī)構(gòu) ihsMarkit 的 Len Jelinek 說(shuō)。諸如物聯(lián)網(wǎng)所需的芯片，其實(shí)就是在日常物件中植入傳感器和聯(lián)網(wǎng)功能，「(它們所用的芯片)絕對(duì)可以由中國(guó)芯片公司設(shè)計(jì)出來(lái)。」中國(guó)公司正在供應(yīng)鏈上力爭(zhēng)上游。華為海思和清華紫光(國(guó)有)已位居世界十大芯片設(shè)計(jì)公司行列(以收入論)。海思的麒麟系列智能手機(jī)芯片已經(jīng)可以媲美西方公司的設(shè)計(jì)。

告別摩爾定律

中國(guó)公司雖然力爭(zhēng)減少對(duì)海外的依賴(lài)，但也沒(méi)辦法完全杜絕這一需求。Xu 教授指出，中國(guó)公司非常依賴(lài)基于A(yíng)RM公版設(shè)計(jì)的修改。ARM 的設(shè)計(jì)已經(jīng)占領(lǐng)移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域，并正以類(lèi)似的姿態(tài)進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備。這家公司也在努力進(jìn)入高性能計(jì)算芯片領(lǐng)域。不過(guò)，ARM 位于英國(guó)，最近被軟銀收購(gòu)。英、日本都是美國(guó)的盟友。中國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在前沿制造業(yè)取得進(jìn)展也越來(lái)越不容易，芯片正是其中最難的一部分。中國(guó)的新貴勢(shì)必與那些現(xiàn)有企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，而這些企業(yè)不僅擁有令人生畏的技術(shù)領(lǐng)先地位，也擁有大批經(jīng)驗(yàn)老道的技術(shù)工程師。Jelinek表示:「實(shí)際上，半導(dǎo)體(制造業(yè))其實(shí)是不斷重復(fù)學(xué)習(xí)周期。」麒麟980是第一個(gè)采納7納米制程的智能手機(jī)芯片，由于中國(guó)并無(wú)晶圓廠(chǎng)家，像海思這樣的公司(其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是高通、蘋(píng)果這樣的美國(guó)公司)不得不訴諸臺(tái)積電來(lái)制造芯片。摩爾定律的日落西山，也成為限制中國(guó)野心的一個(gè)手段。芯片組件每縮小一次，制造就變得更加復(fù)雜和昂貴。尖端晶圓廠(chǎng)的生產(chǎn)已經(jīng)變得極其昂貴。三星(Samsung)將斥資140億美元在韓國(guó)平澤(Pyeongtaek)附近建造一座工廠(chǎng)。芯片制造商開(kāi)玩笑地說(shuō)，這是摩爾第二定律，即芯片工廠(chǎng)的成本每四年翻一番。因此，芯片制造的前沿陣地出現(xiàn)了行業(yè)整合。根據(jù)麥肯錫咨詢(xún)公司的數(shù)據(jù)，2001 年，能提供最先進(jìn)晶圓設(shè)備的廠(chǎng)家有29家(見(jiàn)圖表)，如今只剩五家。這可能更易于西方的技術(shù)鷹派阻礙中國(guó)的步伐，因?yàn)檫@些晶圓廠(chǎng)由美國(guó)、臺(tái)灣和韓國(guó)的公司所有，他們都是盟友。鷹派可資利用的另一個(gè)手段就是為這些晶圓廠(chǎng)提供設(shè)備的公司，特別是一家荷蘭公司ASML。經(jīng)過(guò)十多年的嘗試，這家公司成功實(shí)現(xiàn)「極紫外光刻技術(shù)」商業(yè)化，制造最先進(jìn)芯片離不開(kāi)該技術(shù)。這也可以成為西方政策制定者們的抓點(diǎn)。

但摩爾定律的終結(jié)也給中國(guó)帶來(lái)了希望。曾經(jīng)，隨著元件收縮，芯片能夠更快地運(yùn)行。如今，所謂的縮放定律效應(yīng)已經(jīng)開(kāi)始衰退，也就是說(shuō)，芯片組件縮減帶來(lái)的好處比過(guò)去要少。芯片行業(yè)分析師 Linley Gwennap 表示，正是出于這個(gè)原因，如今落后領(lǐng)先者一兩步，不如過(guò)去那么重要了。硬件設(shè)計(jì)師 Andrew Huang 表示，與此同時(shí)，摩爾定律的放緩也敦促整個(gè)行業(yè)尋找其它方法來(lái)制造更好的芯片。換句話(huà)說(shuō)，人們的注意力正逐漸從改善制造工藝，轉(zhuǎn)向?qū)で蟾斆鞯脑O(shè)計(jì)和新想法。如果這能改變芯片行業(yè)的運(yùn)作方式，那么，中國(guó)企業(yè)就能試著挺進(jìn)這個(gè)尚未被宣示主權(quán)的新領(lǐng)地。

華為海思的芯片就是一個(gè)例子。他們的產(chǎn)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(guó)制造」和國(guó)家意欲重金投入的領(lǐng)域。量子計(jì)算也是被寄予厚望的領(lǐng)域。量子計(jì)算，利用量子力學(xué)效應(yīng)加速大規(guī)模計(jì)算。中國(guó)已經(jīng)為此押上賭注，據(jù)報(bào)道，已經(jīng)投入百億美元在合肥打造一家大型實(shí)驗(yàn)室。然而，量子計(jì)算需要掌握非常規(guī)物理規(guī)律，比如超導(dǎo)線(xiàn)、離子阱以及非常不同于芯片所要用到的技術(shù)。隨著中國(guó)在芯片制造領(lǐng)域的猛進(jìn)，美國(guó)也開(kāi)始推進(jìn)前沿技術(shù)。包括谷歌、微軟、IBM在內(nèi)的美國(guó)公司正在開(kāi)展自己的量子計(jì)算項(xiàng)目。2017 年，總統(tǒng)科技顧問(wèn)委員會(huì)的一份報(bào)告建議，對(duì)中國(guó)崛起最好的回應(yīng)方式就是投資并維持美國(guó)的領(lǐng)頭羊地位。比如，DARPA正在進(jìn)行一個(gè)電子產(chǎn)業(yè)復(fù)興計(jì)劃(ERI)，研發(fā)可以商業(yè)化的新技術(shù)。

加快步伐

其中的一些項(xiàng)目也旨在提升既有芯片工藝。比如，據(jù) ERI 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 William Chappell 透露，讓小型芯片設(shè)計(jì)公司更容易地將其特殊設(shè)計(jì)集成到大公司產(chǎn)品中的技術(shù)，能減低芯片成本。不過(guò)，ERI也會(huì)投資一些更具探索性的領(lǐng)域，比如利用光(而非電子)設(shè)計(jì)芯片的光子計(jì)算芯片;依靠量子效應(yīng)發(fā)揮作用的自旋電子晶體管，以及犧牲精確性以換取節(jié)能的近似計(jì)算。

探索更加前沿的芯片設(shè)計(jì)與制造，會(huì)讓美國(guó)繼續(xù)保持領(lǐng)導(dǎo)者的角色。無(wú)論如何，Triolo 說(shuō)，較之調(diào)整全球產(chǎn)業(yè)鏈的做法，這種策略更容易實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，抵制中國(guó)的舉措并未受到美國(guó)國(guó)內(nèi)歡迎。高通三分之二的收入來(lái)自中國(guó);鎂光收入的 57% 來(lái)自中國(guó)。隨著微軟、亞馬遜相繼在中國(guó)開(kāi)設(shè)研究結(jié)構(gòu)，中美之間的合作也正成為趨勢(shì)，這也意味著大洋兩岸之間持續(xù)不斷的資金往來(lái)。尋求貿(mào)易保護(hù)主義來(lái)遏制中國(guó)的做法，將導(dǎo)致遠(yuǎn)超國(guó)界的負(fù)面影響。