長文解讀中美半導體爭端

長文解讀中美半導體爭端拜登政府認為，通過切斷先進計算機芯片的供應，可以保持美國的技術領先地位。這個計劃會適得其反嗎?去年十月，美國工業(yè)與安全局發(fā)布了一份文件，涵蓋139頁的繁雜官僚術語和詳細技術細節(jié)。這一行動的重要性由于其來源的相對不為人知而顯得更為顯著。作為商務部下屬的13個局之一，工業(yè)與安全局規(guī)模微?。浩?022年預算僅為1.4億美元左右，約為單個“愛國者”防空導彈系統(tǒng)成本的八分之一。該局約有350名特工和官員，共同監(jiān)控全球價值數(shù)萬億美元的交易活動。在冷戰(zhàn)高峰期間，當對蘇聯(lián)集團的出口控制最為嚴格時，工業(yè)與安全局成為西方國家防線的關鍵樞紐，每年處理高達10萬個出口許可證。在相對和平穩(wěn)定的上世紀90年代，該局失去了部分存在理由，也減少了人員和資金，并且許可證數(shù)量減少到每年約1萬個。如今，這個數(shù)字已經(jīng)達到了4萬個，并且還在不斷增加。工業(yè)與安全局擁有一個龐大的貿(mào)易黑名單，被稱為實體清單（當前有662頁并不斷增加），還參與了眾多現(xiàn)有的多邊出口控制協(xié)議，并針對俄羅斯和中國采取行動，工作比以往任何時候都要繁忙。商務部負責出口管理的副助理部長馬特·博爾曼表示：“我們百分之百的時間用在對俄羅斯的制裁上，還有另外百分之百的時間用在其他事情上?！苯陙?，半導體芯片成為該局工作的核心。芯片是現(xiàn)代經(jīng)濟的命脈，是各種電子設備和系統(tǒng)的核心，從iPhone到烤面包機，從數(shù)據(jù)中心到信用卡。一輛新車可能有超過一千個芯片，每個芯片管理車輛運行的不同方面。半導體還推動著即將在未來一個世紀改變生活的創(chuàng)新，如量子計算和人工智能。據(jù)報道，OpenAI的ChatGPT模型就是在目前最先進的一萬個芯片上進行訓練的。這一措施的邏輯很簡單：先進的芯片以及由其驅(qū)動的超級計算機和人工智能系統(tǒng)，使得新武器和監(jiān)控裝置的生產(chǎn)成為可能。然而，這些措施的影響范圍和意義遠遠超出了僅僅瞄準安全體制的目標。“關鍵在于要理解美國希望影響中國的人工智能產(chǎn)業(yè)”，華盛頓智庫戰(zhàn)略與國際問題研究中心瓦德瓦尼人工智能與先進技術中心主任格雷戈里·C·艾倫表示，“芯片只是達到這個目標的手段?！比绻@些控制措施成功，它們可能受挫一代人；如果失敗，可能會產(chǎn)生嚴重的逆效果，加速美國竭力避免的未來?？刂拼胧┑慕Y果可能會塑造未來幾十年的中美格局和全球秩序?！?022年將有兩個日期在歷史上回響”，艾倫說道，“第一個是2月24日，俄羅斯入侵烏克蘭的日子；第二個是10月7日。”盡管其設計極為復雜，但半導體從某種意義上來說相當簡單：它們是由硅片制成，上面刻有一系列電路。電路根據(jù)名為晶體管的開關的活動進行開關操作。當電路開啟時，它產(chǎn)生1；關閉時，產(chǎn)生0。第一批芯片于20世紀50年代末發(fā)明，只有少數(shù)幾個晶體管。如今，新款智能手機中的主要半導體芯片擁有100到200億個晶體管，每個晶體管的尺寸大約與病毒相當，像一層蛋糕一樣雕刻在硅的結構中。在過去的六十年中，進展速度以著名的摩爾定律來描述，該定律觀察到芯片上可以容納的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番?？死锼埂っ桌眨–hrisMiller）是《ChipWar》一書的作者，也是塔夫茨大學弗萊徹學院國際歷史副教授，他喜歡指出，如果飛機的改進速度與芯片相同，那么現(xiàn)在飛機的速度將是光速的數(shù)倍。在人類文明史上，沒有任何一種技術能夠與計算能力的驚人提升相媲美。半導體制造工廠，也被稱為晶圓廠，是世界上成本最高的工廠，進行著前所未有的最復雜制造，以前所未有的規(guī)模生產(chǎn)任何其他設備。與此同時，整個芯片行業(yè)是一個相互依存的網(wǎng)絡，遍布全球高度專業(yè)化的地區(qū)和公司，其成就得益于異常長且復雜的供應鏈——換句話說，它是全球化的典范?！昂茈y想象在沒有全球最聰明的人們共同努力的情況下，他們達到的能力是如何可能的，”米勒說道。然而，正是這種相互連接性使得該行業(yè)容易受到像拜登政府正在追求的那樣的監(jiān)管措施的影響。只有少數(shù)幾家公司可以在尖端領域進行競爭，那里的突破需要數(shù)十億美元的投入和數(shù)十年的研究。結果形成了一個由一系列瓶頸點構成的行業(yè)。最著名的例子是由荷蘭制造巨頭ASML生產(chǎn)的極紫外（EUV）光刻機，用于印刷芯片的層。1997年，ASML聘請了一位名叫JosBenschop的年輕工程師，他擁有物理學博士學位，負責領導一個新系統(tǒng)的創(chuàng)建，這個系統(tǒng)將幫助ASML的半導體行業(yè)客戶制造比以往更小、更快、更密集的芯片?；怂哪陼r間才達到了必要的概念驗證，才能正當?shù)胤峙湟粋€小團隊來開展任務，然后又花了五年時間團隊才建造出一臺原型機。2010年12月，在韓國的一個研究設施里，一臺更新的原型機——TWINSCANNXE:3100，終于進行了首次成功的測試。直到將近十年后，第一批支持EUV技術的產(chǎn)品才會上市。"這臺機器是人類創(chuàng)造出的最復雜的東西，我真心相信這一點?！?/p>

這臺最新版本的機器可以制造出小到10納米的結構；相比之下，人類的紅血細胞直徑約為7,000納米。它使用激光產(chǎn)生比太陽表面熱40倍的等離子體，發(fā)射出對人眼不可見的極紫外光，通過一系列鏡子折射到硅芯片上。這臺激光器來自德國一家公司，有457,329個零件；整個極紫外機器則擁有超過100,000個同樣復雜的部件。極紫外機器只是整個過程的一部分：一個尖端的晶圓廠可以包括500多臺機器和1,000多個步驟。然而，單獨一個極紫外機器就是一個幾乎神奇的人類成就，能夠在難以想象的尺度和精度上工作。“我真的相信我們的機器是人類創(chuàng)造出的最復雜的東西，”現(xiàn)任ASML技術公司副總裁的本斯霍普說道。如今，距離TWINSCAN首次試運行已經(jīng)過去十多年，沒有其他公司能夠復制ASML的成就。通過對該行業(yè)的自然瓶頸施加壓力，拜登政府旨在阻止在芯片技術的未來方向上取得進展。如今，科學進展通常是通過運行模擬和分析大量數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，而不是通過試錯實驗。模擬被用于發(fā)現(xiàn)新的挽救生命的藥物，模擬氣候變化的未來，探索碰撞星系的行為，以及高超音速導彈和核爆炸的物理學。田納西大學創(chuàng)新計算實驗室的創(chuàng)始主任杰克·東加拉告訴我：“擁有最好的超級計算機的人可以做出最好的科學研究?！睎|加拉負責一個名為TOP500的計劃，定期發(fā)布全球最快超級計算機的排名。截至今年6月，中國占據(jù)了134個名額，而美國則為150個。但這個畫面還不完整：大約在2020年左右，中國的提交數(shù)量暴跌，這讓東加拉認為中國有意避免引起不必要的注意。有關新型超級計算機的傳聞透過科學論文和研究公告流出，觀察者只能猜測競爭的真實狀況以及中國所謂的領先規(guī)模?！傲钊瞬毮康氖牵?001年中國沒有任何一臺計算機上榜，”東加拉說，“現(xiàn)在它們發(fā)展到了主導地位?！?020年，中國國內(nèi)芯片生產(chǎn)商只滿足了該國總需求的15.9%。就在今年4月，中國在進口芯片上的支出超過了對石油的支出。長期以來，出口管制法律被視為一種陳舊而晦澀的邊角領域，與美國實際行使的權力相距甚遠。但在華為事件之后，美國發(fā)現(xiàn)自己在半導體供應鏈中的主導地位是一種尚未發(fā)掘的潛在杠桿。在新芯片上容納數(shù)十億個晶體管的排列方案中，三家均位于美國的公司主導著芯片設計軟件市場。先進芯片制造工具市場也類似集中，少數(shù)幾家公司能夠?qū)﹃P鍵機器或工藝擁有實際壟斷地位，而幾乎所有這些公司都是美國公司或依賴于美國的組件。在整個供應鏈的每一步中，都經(jīng)過美國、美國的條約盟友或臺灣（地區(qū)），它們都在一個由美國主導的生態(tài)系統(tǒng)中運作?！拔覀兣既话l(fā)現(xiàn)了這一點，”希恩說。根據(jù)市場分析公司Canalys的數(shù)據(jù)，2020年，華為是全球最大的智能手機銷售商，占據(jù)18%的市場份額，甚至超過了蘋果和三星。但華為的收入在2021年下降了近三分之一，該公司還出售了其中一個智能手機品牌，以求生存。到2022年，其市場份額已下降到2%。更重要的是，美國認識到，削弱一個公司，無論其規(guī)模有多大，只會為新競爭者騰出空間。需要采取更全面的方法?！疤乩势照驌舻氖枪?，”CSIS專家艾倫說?！鞍莸钦驌舻氖切袠I(yè)。”這些規(guī)定比以往任何一項措施都更深入地介入了半導體供應鏈。中國不僅被切斷了進口最先進的芯片的渠道，還被限制獲取發(fā)展自己先進半導體和超級計算機所需的材料，甚至被限制使用美國產(chǎn)的組件、技術和軟件來生產(chǎn)半導體制造設備，最終建立自己的晶圓廠生產(chǎn)自己的芯片?！斑@是一個‘所有可能都用上’的戰(zhàn)略，”前工業(yè)與安全局官員沃爾夫說。其中一些元素是全新的，比如限制“美國人員”的活動范圍——包括公司和公民、綠卡持有者和永久居民。自10月7日起，美國人員不再允許參與任何支持中國生產(chǎn)先進半導體的活動，無論是在中國的晶圓廠維修設備，提供建議，甚至授權交付給中國的半導體制造商。臺灣（地區(qū)）已在幾個月前簽署協(xié)議，就在管制措施宣布之際。這個島嶼是一個芯片制造的巨頭：它每年生產(chǎn)全球近三分之二的半導體，其中超過90%是最先進的。其中很大一部分產(chǎn)量要歸功于一家公司，臺積電（TSMC），這是亞洲最有價值的上市公司，也是全球最先進的半導體制造商。單單臺積電就占據(jù)了合同芯片制造全球市場的約三分之一。試圖控制全球半導體流動的問題之一是，它們非常小、輕巧而有價值?！白咚秸呦矚g這樣的東西，”艾倫說。但中國需要大量的芯片來支撐龐大的數(shù)據(jù)中心和設施，這使得它們的采購變得非常具有挑戰(zhàn)性?！澳切┦谴笮徒ㄖ铮粫苿?，”米勒說。“這非常適合美國情報機構的了解。”市場結構也會對試圖規(guī)避管制的任何人構成障礙：能夠生產(chǎn)先進芯片的公司數(shù)量極少，購買過這些芯片的買家也很少。但是執(zhí)法系統(tǒng)中也存在漏洞。今年3月，中國的云計算和服務器制造企業(yè)浪潮集團被列入實體清單。但據(jù)《華爾街日報》報道，該公司的至少一個關聯(lián)公司未被列入清單，這使得美國企業(yè)可以無阻地向該子公司銷售產(chǎn)品。芯片也通過更迂回的渠道在中國流動。上個月，路透社報道了深圳一項繁榮的地下高端芯片交易，多家零售商宣傳他們能夠供應美國公司英偉達生產(chǎn)的強大芯片A100。美國政府在檢測和阻止這類面對面交易方面的能力有限：工業(yè)與安全局在中國只有三名執(zhí)法人員。但地下市場的存在實際上是管制措施有效性的一個早期信號。據(jù)路透社采訪的零售商稱，這些芯片只能以小批量供應，可能是在禁令生效前運到中國的存貨?！斑@突顯了管制措施正在發(fā)揮作用，”一位要求匿名的行業(yè)高管對我說，“如果芯片暢通無阻，他們就不會這樣做?！睂χ袊鴣碚f，追求技術自給自足的競賽可能是該國面臨的最大挑戰(zhàn)之一。在過去幾年中，隨著發(fā)展國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)變得更加緊迫，至少有六個價值數(shù)十億美元的芯片項目失敗，并有一些高管因腐敗問題接受調(diào)查。同時，成千上萬家公司涌入半導體行業(yè)，其中一些公司對芯片幾乎沒有或沒有任何專業(yè)知識，僅僅是為了追求政府的容易獲得的資金?！邦I導人或高管很容易認為，如果我們向這個問題投入足夠的資金和工程師，我們就能解決它，”前白宮科學技術政策辦公室副主任杰森·馬西尼說。但科學的巨大復雜性和橫跨全球的供應鏈難以模仿。“在某個時刻，”馬西尼說，“你正在復制整個人類文明?！比欢?，如果有任何一個國家能夠克服這樣的挑戰(zhàn)，那很可能是中國。盡管10月7日的出口管制措施在可預見的未來將削弱中國的先進芯片制造能力，但它們可能最終會刺激長期增長。當中國公司可以獲得優(yōu)秀的西方芯片和供應商時，國內(nèi)制造商很難找到業(yè)務?，F(xiàn)在，中國公司必須共同創(chuàng)新，否則只能失敗。“我們剝奪了選擇，”基爾克里斯說?！耙郧八麄兛梢栽趪覐椥院蜕虡I(yè)動機之間選擇，現(xiàn)在他們沒有這個選擇。”如果中國每年4000億美元的芯片進口的很大一部分被內(nèi)部消化，國內(nèi)芯片公司可能最終有了趕超的手段和動力。強調(diào)創(chuàng)新是必然的選擇。由于無法獲得美國的芯片和技術，華為被迫重新設計和重新制造其所有傳統(tǒng)產(chǎn)品，以確保它們不含有美國的元件。該公司還推動了整個國內(nèi)供應鏈的發(fā)展，派遣自己的工程師幫助培訓和提升中國供應商的能力，這些供應商曾經(jīng)因為選擇外國替代品而被華為回避。最近，華為聲稱在用于生產(chǎn)先進半導體的電子設計軟件方面取得了重大突破，盡管與美國還有幾代的差距，但已經(jīng)超過了其他任何中國公司。如果華為成功，它可能比以往任何時