中美貿(mào)易將改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈格局

尋求貿(mào)易保護(hù)主義來(lái)限制中國(guó)發(fā)展，將帶來(lái)遠(yuǎn)超國(guó)界的傷害。發(fā)展更具高科技含量的芯片產(chǎn)業(yè)才能保證本國(guó)的領(lǐng)先地位。

圖源：經(jīng)濟(jì)學(xué)人。

硅谷是美國(guó)科技產(chǎn)業(yè)的中心地帶，它的名字來(lái)自化學(xué)元素，這是制造芯片的最重要的成分?，F(xiàn)在該地區(qū)吸引的大部分注意力都集中在Facebook，谷歌和蘋果等公司，這些公司以其軟件和漂亮的設(shè)備而不是那些使它們工作的芯片而聞名。但是在20世紀(jì)50年代和60年代的硅谷，晶體管和集成電路等發(fā)明得到了改進(jìn)，幫助計(jì)算機(jī)從一個(gè)房間大小的不可靠機(jī)器轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康脑O(shè)備，甚至可以放入口袋中。這反過(guò)來(lái)又推動(dòng)了如今的技術(shù)巨頭繁榮起來(lái)。

如今的微芯片已經(jīng)嵌入到汽車、洗衣機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)等各種電子或傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備中。根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)，2017年全球芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4120億美元，比去年增長(zhǎng)21.6%。但是，這些數(shù)據(jù)仍然仍然無(wú)法體現(xiàn)芯片制造的重要性。例如，全球電子商務(wù)行業(yè)每年的收入超過(guò)2萬(wàn)億美元。如果將數(shù)據(jù)比喻為新一代的汽油，那么芯片就是內(nèi)燃機(jī)，能將其變成很多有價(jià)值的應(yīng)用。

顯然，無(wú)處不在的芯片推動(dòng)了龐大的全球產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)?，F(xiàn)代微芯片擁有數(shù)十億個(gè)晶體管，并且是在超先進(jìn)的晶圓代工廠生產(chǎn)的，這些工廠要花費(fèi)數(shù)百億美元來(lái)建造。事實(shí)上，這些芯片得以制造，正是專業(yè)化和全球貿(mào)易的力量的證明。

這些極其復(fù)雜的芯片催生了同樣復(fù)雜的供應(yīng)鏈，涉及全球成千上萬(wàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。美國(guó)貿(mào)易組織半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）估計(jì)其成員中有一家擁有超過(guò)16000家供應(yīng)商，其中超過(guò)8500家在美國(guó)境外。作為芯片組件的原材料和零件交叉并重新遍布世界，最終成為智能手機(jī)的大腦、汽車的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)或數(shù)以千計(jì)的其他產(chǎn)品。

現(xiàn)在，兩股力量將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)牢牢地推向了聚光燈下。首先是地緣政治，芯片產(chǎn)業(yè)陷入了當(dāng)前技術(shù)超級(jí)大國(guó)美國(guó)和極力追趕的中國(guó)之間日益惡化的競(jìng)爭(zhēng)中。第二是物理學(xué)極限。50年以來(lái)摩爾定律推動(dòng)了半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)步，但是該定律越來(lái)越多被質(zhì)疑已經(jīng)失效，半導(dǎo)體行業(yè)的未來(lái)看起來(lái)比以往任何時(shí)候都更加混亂和不確定。

電子領(lǐng)域的政治

首先看地緣政治。美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)一直把芯片制造的領(lǐng)先地位視為重要的戰(zhàn)略資產(chǎn)。硅谷的芯片最早的用途之一就是核導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)，來(lái)自五角大樓的贊助，以及風(fēng)投資本的支持。2017年白宮發(fā)表的一份報(bào)告點(diǎn)名了其重要性：“尖端半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)國(guó)防系統(tǒng)和美國(guó)軍事力量至關(guān)重要?！?/p>

中國(guó)同樣高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)。2014年，中國(guó)成立了國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，即大基金，推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目標(biāo)本土芯片產(chǎn)業(yè)的收入從2016年的650億美元增長(zhǎng)到2030年的3050億美元，并實(shí)現(xiàn)大部分供應(yīng)自主化，而目前這一比例僅有三分之一左右。

美國(guó)并不樂(lè)見(jiàn)中國(guó)見(jiàn)縫插針進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈，并試圖減緩競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的發(fā)展腳步。例如，2015年，美國(guó)禁止英特爾制造的高端芯片出售給中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，并多次阻撓了中資對(duì)美國(guó)企業(yè)的收購(gòu)。

今年初特朗普政府對(duì)中興通訊進(jìn)行制裁。中興營(yíng)收約為160億美元，產(chǎn)品銷往世界各地，但是其所使用的部分芯片來(lái)自美國(guó)企業(yè)。當(dāng)供應(yīng)中斷時(shí)，中興幾乎一夜之間就陷入癱瘓，特朗普同意解除禁令后，才得以免除破產(chǎn)。

芯片之爭(zhēng)

美國(guó)也對(duì)在中國(guó)的“行業(yè)間諜”進(jìn)行了指控。

11月1日美國(guó)檢察官起訴大陸存儲(chǔ)芯片制造商福建晉華和其***合作伙伴聯(lián)電，指責(zé)他們從美國(guó)企業(yè)美國(guó)竊取商業(yè)機(jī)密。

一些政府官員還對(duì)使用中國(guó)制造設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)出了警告，理由是擔(dān)心“這可能會(huì)將敏感信息匯集回中國(guó)”。10月12日兩位參議院公開(kāi)警告加拿大不要讓華為參與其5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。本周新西蘭阻止了其運(yùn)營(yíng)商Spark在其即將推出的5G網(wǎng)絡(luò)中使用華為的設(shè)備。

在特朗普與中國(guó)以關(guān)稅主導(dǎo)的貿(mào)易戰(zhàn)中，芯片也是被加稅的重要部分，美國(guó)8月份提出了一系列相關(guān)電子產(chǎn)品名單。

中國(guó)也進(jìn)行了一系列反制措施，例如拖延高通收購(gòu)恩智浦的反壟斷審批，同時(shí)也調(diào)查包括美光在內(nèi)的美國(guó)、韓國(guó)內(nèi)存芯片制造商的價(jià)格壟斷問(wèn)題。

事實(shí)上，美國(guó)希望挫敗中國(guó)的一系列行為可能只會(huì)讓中國(guó)更堅(jiān)定發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的決心。例如最近，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，由無(wú)錫國(guó)家超算中心研制的“太湖之光”，使用了完全由中國(guó)設(shè)計(jì)的40960個(gè)神威26010芯片。田納西大學(xué)的超級(jí)計(jì)算專家Jack Dongarra表示，當(dāng)年的英特爾禁令的主要結(jié)果是“中國(guó)為高性能計(jì)算研究投入了更多資金”。后續(xù)使用更高級(jí)芯片的“太湖之光”計(jì)算機(jī)正在開(kāi)發(fā)中。

無(wú)論如何，中美之間的貿(mào)易摩擦和不太友好的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)日益增強(qiáng)，對(duì)半導(dǎo)體這個(gè)全球最復(fù)雜、最全球化的行業(yè)之一產(chǎn)生不良的影響。政治風(fēng)險(xiǎn)咨詢公司歐亞集團(tuán)的Paul Triolo說(shuō)，這些芯片公司以往都認(rèn)為過(guò)去30年全球化是最偉大的，然而突然之間，這個(gè)行業(yè)儼然上升到一個(gè)國(guó)家安全問(wèn)題，他們必須努力適應(yīng)這一點(diǎn)。

重塑龐大、快速增長(zhǎng)且對(duì)全球經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要的行業(yè)并非易事。行業(yè)早期，芯片制造商在企業(yè)內(nèi)部完成整個(gè)流程，1961年仙童半導(dǎo)體（Fairchild）開(kāi)始在香港進(jìn)行組裝和測(cè)試產(chǎn)品——因?yàn)槭炀毜膭趧?dòng)力的更便宜——時(shí)，產(chǎn)業(yè)開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨著芯片變得越來(lái)越復(fù)雜，制造流程開(kāi)始越來(lái)越多地被外包給專業(yè)公司，這種過(guò)程一直在加速，逐漸形成了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的分工，主要是設(shè)計(jì)、制造、裝配和封裝三個(gè)部分。IDM模式演變到Foundry+Fabless+OST。

從最初的沙子（硅）到芯片完成的整個(gè)過(guò)程反應(yīng)了供應(yīng)鏈的精細(xì)程度。追溯一顆芯片的來(lái)源，它可能始于阿巴拉契亞山脈，那里的二氧化硅沉積物質(zhì)量最高，沙子被運(yùn)到日本制成純硅錠，然后切成300毫米寬的標(biāo)準(zhǔn)尺寸晶圓，并送到***貨韓國(guó)的晶圓代工廠。在這里，使用荷蘭制造的光刻設(shè)備將硅片“印上”集成電路圖形。

整個(gè)制造流程將由芯片的整體設(shè)計(jì)決定，它可能來(lái)自英國(guó)的IP公司Arm，芯片設(shè)計(jì)公司將其IP進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行代工，之后再加上封裝進(jìn)行測(cè)試，這可能在中國(guó)、越南或菲律賓完成。

成品芯片集成到電路板上，可能會(huì)再次發(fā)生在其他地方，可能來(lái)自墨西哥、德國(guó)或是中國(guó)的眾多組件被組裝成智能手機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、智能電表或是數(shù)百萬(wàn)計(jì)的計(jì)算機(jī)。

香港科技大學(xué)電氣工程系教授Jiang Xu表示，中國(guó)國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)始于這一過(guò)程的低價(jià)值部分，該該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)還在于組裝和包裝芯片。上海附近的長(zhǎng)三角周圍的數(shù)十家公司專門從事這類工作，例如天水華天和通富微電，名聲不大但收入?yún)s達(dá)到數(shù)十億美元。

現(xiàn)在，隨著西方半導(dǎo)體企業(yè)依賴中國(guó)完成這一產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，并在快速增長(zhǎng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推動(dòng)下，中國(guó)致力轉(zhuǎn)向芯片設(shè)計(jì)和制造并已進(jìn)入低端市場(chǎng)。市場(chǎng)研究公司IHS的Len Jelinek指出，盡管半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的三星、英特爾、蘋果和臺(tái)積電等頂尖公司為智能手機(jī)或云計(jì)算設(shè)計(jì)、制造功能強(qiáng)大、價(jià)格高昂的芯片，但是75％到80％的半導(dǎo)體產(chǎn)品并不是尖端產(chǎn)品。LCD電視、家用路由器或構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的各種智能硬件、為日常物品增加傳感和物聯(lián)網(wǎng)連接等應(yīng)用所使用的芯片，絕對(duì)可以由中國(guó)制造。

部分中國(guó)企業(yè)也開(kāi)始在價(jià)值鏈上取得進(jìn)一步的成功。華為海思和清華紫光已進(jìn)入全球十大芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，海思的麒麟系列智能手機(jī)芯片已能與高通等西方公司的產(chǎn)品相媲美。

Jiang Xu表示，通過(guò)這些努力，中國(guó)逐漸在減少對(duì)國(guó)外的依賴，雖然并未完全消除這種依賴。目前中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)仍然嚴(yán)重依賴Arm的IP，該公司的架構(gòu)已經(jīng)在移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，并將目光瞄向了物聯(lián)網(wǎng)，還試圖打入高性能計(jì)算等云計(jì)算芯片市場(chǎng)。Arm總部位于英國(guó)，然而此前已被日本軟銀集團(tuán)收購(gòu)。這兩國(guó)都是美國(guó)的親密盟友。

不過(guò)，中國(guó)想要在尖端制造方面取得進(jìn)展將會(huì)更加困難，這是芯片制造中最苛刻的部分。中國(guó)新興半導(dǎo)體企業(yè)必須與國(guó)外已擁有數(shù)十年累積的技術(shù)領(lǐng)先者和工程師競(jìng)爭(zhēng)。Len Jelinek表示，半導(dǎo)體制造行業(yè)實(shí)際上是重復(fù)學(xué)習(xí)的的循環(huán)。海思的麒麟980是全球首款7nm工藝的智能手機(jī)芯片，這是當(dāng)前能實(shí)現(xiàn)的最大計(jì)算能力的工藝。由于大陸沒(méi)有如此先進(jìn)的制造能力，包括海思、蘋果、高通等公司的最新一代芯片基本都需要通過(guò)臺(tái)積電來(lái)代工。

后摩爾時(shí)代

摩爾定律的逐漸失效也限制了中國(guó)在該領(lǐng)域的目標(biāo)，它顯然無(wú)法無(wú)限期地延續(xù)下去。每次芯片中晶體管尺寸縮小，制造都會(huì)變得更加復(fù)雜和昂貴，全球僅有三星、臺(tái)積電等少數(shù)代工廠在斥巨資布局領(lǐng)先工藝。芯片制造商戲稱“摩爾第二定律”，是代工廠的成本每四年翻一番。

結(jié)果當(dāng)然也是領(lǐng)先者在前沿工藝的地位越來(lái)越穩(wěn)固。咨詢公司麥肯錫表示，2001年時(shí)還有29家企業(yè)提供最先進(jìn)的晶圓代工，如今只剩下五個(gè)，分別是美國(guó)、中國(guó)***、韓國(guó)的企業(yè)。這可能會(huì)使西方技術(shù)鷹派更輕易地找到減緩中國(guó)發(fā)展步伐的方式。另一個(gè)方式就是想這些晶圓廠提供制造設(shè)備的企業(yè)。例如，經(jīng)過(guò)十多年的研發(fā)，荷蘭企業(yè)ASML最終商業(yè)化了EUV技術(shù)，這是最先進(jìn)芯片制造所必須的技術(shù)，也可能會(huì)被西方政策制定者所利用。

另一方面，摩爾定律接近尾聲也為中國(guó)帶來(lái)了新的希望。隨著晶體管尺寸縮小，芯片能夠更快地運(yùn)行，但這種縮微所帶來(lái)的性能提升在2000年代開(kāi)始放緩。芯片行業(yè)分析師Linley Gwennap表示，與代工業(yè)的領(lǐng)先者相比，中國(guó)可以比他們當(dāng)時(shí)少走一些彎路。

硬件設(shè)計(jì)師Andrew Huang則表示，摩爾定律的放緩使整個(gè)行業(yè)都在尋求設(shè)計(jì)制造芯片的其他途徑。也就是說(shuō)，行業(yè)關(guān)注點(diǎn)逐漸從制造轉(zhuǎn)向更好的設(shè)計(jì)和新思路。如果這改變了芯片行業(yè)的運(yùn)作模式，中國(guó)企業(yè)由希望借此在這個(gè)大家都處于同一起跑線的新領(lǐng)域后來(lái)居上。

例如海思麒麟系列芯片在人工智能領(lǐng)域的采用就是一個(gè)很好的例子，人工智能現(xiàn)在也是中國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)。量子計(jì)算則是另一個(gè)看起來(lái)很有希望的方向，它利用量子力學(xué)效應(yīng)來(lái)極大地加速一些類型的計(jì)算。目前中國(guó)也在量子計(jì)算領(lǐng)域加大投資，例如斥資100億美元在安徽合肥建立了大型研究實(shí)驗(yàn)室。但困難在于，量子計(jì)算需要掌握一些非常規(guī)物理技術(shù)，例如超導(dǎo)離子阱等，這些技術(shù)與芯片制造商目前使用的技術(shù)截然不同。

美國(guó)也正試圖在這些領(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先，包括谷歌、微軟和IBM等在內(nèi)的美國(guó)企業(yè)都有自己的量子計(jì)算項(xiàng)目。根據(jù)2017年美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)的一份報(bào)告指出，美國(guó)對(duì)中國(guó)崛起的最佳應(yīng)對(duì)方式是加大投資以保持自己的技術(shù)領(lǐng)先地位。正是出于這一考慮，美國(guó)軍事研究機(jī)構(gòu)DARPA啟動(dòng)了“電子復(fù)興計(jì)劃（ERI）”項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)新技術(shù)以便能被私營(yíng)企業(yè)商業(yè)化。

ERI的一些項(xiàng)目旨在改進(jìn)現(xiàn)有的芯片流程。運(yùn)營(yíng)ERI的William Chappell表示，其中一個(gè)例子就是允許小型芯片設(shè)計(jì)企業(yè)將其專業(yè)芯片更容易地集成到大企業(yè)的更大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這有助于降低成本。同時(shí)，ERI也投資一些更具投機(jī)性的領(lǐng)域，包括光子計(jì)算，旨在建立以光而非電力為基礎(chǔ)的芯片；自旋電子晶體管，依靠量子效應(yīng)工作；近似計(jì)算，犧牲了計(jì)算精度以節(jié)省能量。

使芯片更具高科技含量可以使美國(guó)保持領(lǐng)先地位。Paul Triolo表示，這可能比重塑半導(dǎo)體行業(yè)的全球化供應(yīng)鏈更容易。事實(shí)上，對(duì)中國(guó)的封禁并不是美國(guó)在各地都受歡迎。例如，高通三分之二的營(yíng)收來(lái)自中國(guó)地區(qū)，對(duì)美光也達(dá)到57%，微軟和亞馬遜在中國(guó)開(kāi)設(shè)研究中心等中美合作的趨勢(shì)使得投資在整個(gè)太平洋地區(qū)保持雙向流動(dòng)。

尋求貿(mào)易保護(hù)主義來(lái)限制中國(guó)發(fā)展，將帶來(lái)遠(yuǎn)超國(guó)界的傷害。