克里斯·米勒:全球半导体正在进入碎片化时期

沈怡然2023-10-30 14:36

(图片来源:视觉中国)

经济观察报 沈怡然/文 越来越多的学界和商界人士意识到,《芯片法案》的生效与层出不穷的出口管制措施,大幅加速了半导体供应链的分裂,这个曾辉煌十年的全球合作的产物,正站在全球化的十字路口。

全球半导体身处一个极为特殊的背景中,《芯片战争》(CHIP WAR)的出版恰逢其时。它提醒读者,当全球化的蜜月期已过,接下来的半导体会进入一个碎片化时期,尤其在尖端芯片方面,越来越多的供应链分成两条独立的供应链,一条专注于中国大陆,另一条则专注于美国、日本、中国台湾、韩国和荷兰。

这本畅销全球的芯片历史书,被《金融时报》和《经济学人》评为年度最佳图书,其版权销售至全球近20个国家和地区,简体中文版于2023年5月由浙江人民出版社出版。这本书出自一位无半导体背景的、研究俄罗斯的历史学家之手——克里斯·米勒(Chris Miller),他是美国塔夫茨大学弗莱彻学院的国际史副教授、美国外交政策研究所欧亚区的主任。

《芯片战争》完整地描述了各国为发展半导体技术而进行长达数十年斗争的历程,时至今日,以半导体为代表的前沿技术,仍然是事关国运的一件大事。 

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《芯片战争: 世界最关键技术的争夺战》
[美]克里斯·米勒 /著
之江文化| 浙江人民出版社
蔡树军/译
2023年5月

芯片事关国运

算力正在改变军事力量,而芯片作为人工智能、5G、量子计算等技术的算力支撑,可以说,现代世界中一切重要的主题都需要参考芯片的情况来理解。

20世纪初期的政府和商业大型机构就已经在发展计算机,第二次世界大战加速了对计算能力的追求,比如当时几个国家的空军开发了机械炸弹瞄准镜,以帮助飞行员击中目标,轰炸机机组人员为了在飞机瞄准时聚焦视野,需要转动旋钮来输入风速和高度,这些旋钮和杠杆要能精确“计算”高度和角度。

当前军事智能化的时代,曾经带有旋钮和杠杆轰炸机演变成了能自动控制、自主决策的新型武器装备,这背后依赖于超级计算机的运算、互联网的带宽、人工智能的水平等。

上世纪也有国际政治形式带来的技术竞赛,比如美苏冷战中两个大国各自发展半导体技术,美国以自由市场的模式发展半导体,相比之下,苏联领导人赫鲁晓夫聚拢一批人才成立了苏联“硅谷”,但是由于摩尔定律的存在、体制和系统的封闭、对军事系统的过度依赖等因素,苏联的晶体管技术始终没能赶上美国。

同时,日本、韩国、中国台湾参与全球半导体分工的历程,相比美国的自由市场模式,这三大国家地区对本地市场的干预较大,并认为政府补贴、规划和调控是必不可少的。

中国发展半导体的时间相对晚,早在中美贸易战之前,中国正在进行新一轮产业升级,在价值链上由低到高发展,在互联网、移动通信、人工智能等诸多电子信息产业中,中美两国各有优势,但是在电子信息工业的基石——半导体方面,中国的基础是薄弱的,这关乎科技实力和制造业的长远发展。

如今的半导体分裂时期恰逢周期低谷,全球各地半导体市场增长情况均不乐观,中国也不例外。与此同时,中国半导体贸易额仍然领跑全球,根据WSTS的2022年数据,中国半导体进口贸易额月4165亿美元,出口1545亿美元。

如今,中国企业难以生产最先进的芯片,也很难向世界市场出售尖端芯片。在中国,中芯国际等一系列本土代工厂没有美国政府许可无法采购含美技术的先进设备,台积电、SK海力士等海外厂商,若想将先进设备搬到自家的中国工厂,也需要获得美国政府的许可,或是避开《芯片法案》设下的“围栏”。而有更多国家正在讨论限制芯片的对外投资。

全球化为何如此重要

很多人会问,为何全球化如此重要,为何中国自主发展半导体如此之难?

数十年来,半导体以利润和价值为中心形成了一条全球化的供应链:美国的芯片设计、中国台湾的芯片代工、日本的芯片材料、欧洲的光刻机设备、韩国的存储芯片等,构成了一个循环体。

这条供应链是以追求利润和价值为核心目标的。因为半导体生产工序高度复杂,大体来看要经历设计、生产、封装几大步骤。纵深来看,在芯片的生产过程中需要多个工序,涉及近百种设备和耗材,在芯片的设计过程中也需要多种软件工具。

不仅如此,产业链的各部分涉及到的技术层次和技能水平也是不同的,例如芯片的设计环节更注重创新能力、技术转移、标准统一,到了晶圆厂,则需要极高的加工精度和洁净度,工厂的设备需要极高的精密度和可靠性。

在强大摩尔定律的支配下,芯片的工艺不断进步,成本不断降低,从28nm、14nm到7nm、5nm演进,每一代都需要从设计、生产环节的技术更新,任何一个环节不进步,都无法促成新一代的技术。对于企业,某一代技术的投资跟不上,就会步步落后。

这根本无法由一国或者少数几个国家来完成,即便可以,也无法实现成本、交货周期、技术的最优化,所以分工是必然的,也是靠无数企业家追求利润的一种内在动力而形成的。更多商界人士将此称之为一种政府支持(或者说默许)、市场驱动下的产业分工行为。

正如米勒在《芯片战争》中所言,全球化是符合产业发展规律的。此前,没有任何一个国家建立起自给自足的尖端供应链。自给自足并不是一个伟大的策略,因为它在某种程度上违反了半导体发展的规律,会增加成本、降低效率,这也违反了人类社会遵循经济发展、生产力提升的规律。

对中国半导体的思考

从产业政策的演进来看,各国对发展半导体的态度都显示出了明确的排他性,尝试发展并强化本土的半导体产业,局势也并非两个阵营那么简单,而是进一步地走向四分五裂。很多企业家痛心的是:他们花费数十年建立起来的最优模式正在被打破,如果技术和产品的合作只能在本国循环,是难以实现最优资源配置的。

《芯片战争》也写到了中国面临的芯片挑战,米勒认为,基于现状,中国唯一的选择将是接受技术水平相对成熟的芯片或尝试自行开发先进的芯片供应链,尽管这将是一场非常困难和成本高昂的斗争,需要独特的技术并且涉及大量的资本投资。

对于发展中国半导体,米勒提出一个有建设性的意见:在尝试自行开发先进的芯片供应链之外,中国也应该发展技术水平相对成熟的芯片。

以半导体工艺节点划分,业界普遍认为28nm是成熟芯片与先进芯片的分野,也有14nm之说。此前各国产业政策设立的“围栏”也是围绕先进半导体工艺的,从28nm、40nm到90nm这些成熟工艺不在此列。

7nm、5nm的先进芯片的成本造价比28nm、40nm要昂贵,给企业带来的利润也更丰厚,所以产业的更多目光停留在这些前沿技术上,这部分产能主要满足智能手机,但是,随着摩尔定律的发展趋缓,通过微缩技术、先进封装来实现微型化多功能化的行为在继续,但经济价值在减少,先进芯片的研究也进入了不确定的时代。

与此同时,更多企业家发觉了芯片中长尾市场的价值,如汽车电子、工业控制,这些新兴市场需要大量的成熟芯片,走薄利多销模式,价值空间也很大。中国芯片工厂的产能以中低端芯片为主。如果全部自产自用,仍有很大缺口。

先进芯片的一个巨大市场是手机,但全球手机近年增长乏力,与之相对的是全球电动汽车、人工智能、物联网市场的迅速增长。基于中国巨大的市场需求和产能,特别是在成熟芯片方面巨大的需求,企业家依然可以找到合作的空间。

以下访谈根据《经济观察报》记者与克里斯·米勒持续数月的文字问答整理:

经济观察报:谈谈您写作《芯片战争》的动机,是什么激发了您对这个话题的兴趣?

米勒:过去,我在研究军事技术演变的时候,越来越清楚一点,真正的变化并非发生在特定的军事系统中,如战斗机或坦克,真正的变化在于算力,算力正在改变军队的战斗方式。这令我认识到整个世界都已经被算力改变,不仅仅是军队。

这理所当然地让我对半导体产生了兴趣,半导体是理解现代世界的关键,所以我决定写《芯片战争》。现代世界中一切重要的主题都需要参考芯片的情况来理解,世界经济的全球化、大型科技公司的崛起以及军事力量的平衡——所有这些趋势都是由芯片技术的进步推动的。

经济观察报:写作中有哪些令人兴奋的发现,或者给您留下深刻印象的事?

米勒:最令人兴奋的是有机会与许多工程师、商界领袖和学者交谈,他们构建了芯片行业,并促成了非凡的技术进步。我特别高兴有机会采访台积电创始人张忠谋,了解他非凡的职业生涯,他在德州仪器开启职业生涯,当时这家公司正专注为美军制造微电子产品。

1960年代张忠谋开始主导在中国台湾等地建立代工厂,“晶圆代工”模式正是他的创意,这种模式把芯片设计从制造中分离出来,建立了全球最大的芯片制造商。在芯片业,没有人比张忠谋更了解正在发生的变化,他比任何人更贴近带有地缘政治的、超复杂的供应链枢纽,也更贴近哪些扯断供应链的芯片竞争。

经济观察报:《芯片战争》从地缘政治的角度呈现全球半导体历史,尤其是国家和地区之间的拉锯战,颇具价值。如今供应链正从合作转向分裂,“全球化已死”,这种情况将如何塑造半导体经济?

米勒:我同意我们正在进入一个碎片化时期。在尖端芯片方面,越来越多的供应链分成两个独立的链条,一条专注于中国大陆,另一条则专注于美国、日本、韩国、荷兰和中国台湾地区。这种分歧是由政府政策推动的,各地政府希望通过更多的分裂来实现其安全目标,而大多数公司一直对分裂持怀疑态度,因为他们不希望在全球采购零部件和销售产品受到限制。

经济观察报:上世纪也有国际政治形式带来的技术竞赛,目前的情况有什么不同?

米勒:我认为这两次芯片竞赛有两个关键的相似之处。首先,美国起步有些领先,但其领先地位还远未得到保证。其次,美国的行动大多与欧洲和日本等其他发达经济体保持一致。这在冷战时期起到很大作用,因为苏联主要向其国内市场和少数东欧卫星国家销售产品,而西方公司可以进入更大的市场。如今,中国企业难以生产最先进的芯片,也很难向世界市场出售尖端芯片。冷战时期和现在的主要区别在于,今天的中国是一个较为发达的国家,拥有充满活力的科技公司,但需要政府更少的干预以降低对行业的损害。

各国政府现在越来越多地从战略和军事竞争的角度来看待芯片行业。所有这些国家都在寻求将先进计算和人工智能应用到其防御系统中,从而使芯片对其战略地位至关重要。

经济观察报:在芯片技术竞争中,中国和美国的路径会有什么不同?

米勒:美国更容易接受供应链整合,因为它涉及美国亲密的盟友和合作伙伴。两国政府用于支持其芯片制造业的技术有一些相似之处,特别是通过提供补贴。

经济观察报:就目前的状况,您认为中国应该做什么?您对政府和企业有什么建议?

米勒:目前中国唯一的选择将是接受技术水平相对成熟的芯片或尝试自行开发先进的芯片供应链。这将是一场非常困难和成本高昂的斗争,需要独特的技术并且涉及大量的资本投资。此前,没有任何一个国家能够像中国那样以类似的立场建立起自给自足的尖端供应链。

自给自足并不是一个伟大的策略,因为它会增加成本和效率低下,但在当前紧张的地缘政治环境下,深度的高科技融合是一个不太现实的策略。

经济观察报:对于半导体,您最认同哪种发展道路,开放还是封闭,行政主导还是市场主导?

米勒:现在的中国经济体量和国内市场规模更大,整体科技水平更先进。然而,芯片产业在很大程度上是通过国际专业化和合作取得进步的。在如此快速发展的行业中,仅凭一己之力达到最前沿非常困难。在发展模式上,政府一直在芯片行业的投资中发挥着作用,但在设计产品、学习扩大制造规模或优化效率方面,公司一直是更好的决策者。这些都是芯片行业面临的主要挑战,芯片行业的进步较少依赖于新的科学进步(尽管这些进步很重要),而更多地依赖于尖端的高效大规模制造。只有在竞争激烈的国际市场中运营的私营企业才能实现尖端能力。

大科创新闻部记者
关注硬科技领域,包括机器人及人工智能、无人机、虚拟现实(VR/AR)、智能穿戴,以及新材料领域。擅长企业深度报道及上市公司分析报道。发现前沿技术、发展趋势投资价值。