在2020年8月18日,美國驅逐艦馬斯廷號(USS Mustin)獨航穿越台灣海峽的北端,艦上的五吋砲口朝向南方,並重申這些國際水域並非由中國掌控——至少現在還不是。
半導體的製造與微型化,一直是我們這個時代最大的工程挑戰。如今,沒有一家公司能比台積電更精準地製造晶片。2020年,當全球因一種直徑約100奈米的病毒所造成的封城而動盪不安時,台積電最先進的Fab 18廠正在刻由微小電晶體所組成的微型迷宮,蝕刻出比新冠病毒的一半還小的圖案(約一個粒線體的百分之一)。台積電以人類史上前所未有的規模,複製這個製程。蘋果售出逾1億支iPhone 12,每一支都採用A14處理晶片,那晶片上刻了118億個微小電晶體。換句話說,iPhone 12內建十幾種晶片,在短短幾個月內,台積電的Fab 18廠就為iPhone 12內建的一種晶片製造了超過1萬兆個電晶體(1萬兆這個數字有18個零)。去年,晶片業生產的電晶體數量,比人類史上所有其他產業的所有公司生產的所有商品的總和還多。任何東西的產量都無法與之匹敵。
僅僅60年前,一塊頂尖晶片上的電晶體數量,不是118億個,而是4個。從1965年展望未來,摩爾預測未來十年將呈指數級成長,但這種驚人的進步速度如今已持續了半個多世紀。1970年,摩爾創立的第二家公司英特爾(Intel)推出一款可儲存1024條資訊(「位元」)的記憶體晶片,價格約20美元,亦即每個位元約2美分。如今20美元可買到一個儲存超過10億位元的隨身碟。
現在我們想到矽谷,腦中浮現的是社群網路與軟體公司,而不是讓矽谷得名的那個物質。然而,網路、雲端、社群媒體、整個數位世界之所以存在,都是因為工程師學會掌控電子在矽晶片上流動時的最小移動。要不是處理及記憶1與0的成本在過去半個世紀大降了10億倍,那些大型科技公司根本不可能存在。
如今拜摩爾定律所賜,半導體嵌入每台需要運算力的裝置中——在物聯網時代,這意味著幾乎每台裝置都內建半導體。即使是汽車這種有百年歷史的產品,現在通常也內建價值上千美元的晶片。全球大部分的GDP都是由依賴半導體的裝置創造出來的。對於一個75年前還不存在的產品來說,這是一種非比尋常的進步。
2020年8月,馬斯廷號往南航行時,世界才剛開始意識到我們對半導體的依賴,以及對台灣的依賴。我們每年使用的新運算力中,有三分之一是來自台灣製造的晶片。世界上幾乎所有最先進的處理晶片,都是由台灣的台積電生產。2020年,當新冠病毒席捲全球時,晶片業也受到衝擊。一些工廠暫時關閉,車用晶片的採購量大幅下滑。隨著世界各地許多地區準備在家工作,個人電腦與資料中心的晶片需求大幅飆升。接著,2021年,一連串的事件又導致上述供應鏈中斷的現象加劇:日本一間半導體工廠失火;德州發生冰風暴(那裡是美國的晶片製造中心);馬來西亞開始新一輪的新冠疫情封城(許多晶片是在馬來西亞組裝及測試)。突然間,許多離矽谷很遠的產業都面臨嚴重的晶片短缺。從豐田(Toyota)到通用汽車(GM)等大型汽車製造商都不得不關廠數週,因為他們無法取得需要的半導體。即使是最簡單的晶片短缺,也會導致地球另一端的工廠關閉。這一切彷彿是全球化出問題的完美寫照。
矽時代──半導體定義的世界
過去幾十年來,美國、歐洲、日本的政治領導人從未多想過半導體。他們就像一般人一樣,以為「科技」指的是搜尋引擎或社群媒體,而不是矽晶圓。當美國總統拜登(Joe Biden)與德國總理梅克爾(Angela Merkel)問道,為什麼他們國家的汽車廠關閉時,答案隱藏在錯綜複雜的半導體供應鏈背後。一個典型的晶片,可能是一個加州與以色列的工程師團隊,使用美國的設計軟體,根據總部位於英國、軟銀集團旗下的ARM公司的藍圖設計出來的。設計完成後,會送到台灣的工廠,那家工廠從日本購買超純矽晶圓及特殊氣體,接著利用全球最精密的機器,把前述設計刻在矽上。那種精密機器可以蝕刻、沉積、測量幾個原子厚度的材料層。這些工具主要是由五家公司生產,一家荷蘭公司、一家日本公司與三家加州公司。如果沒有這些公司,基本上不可能製造出先進的晶片。之後,晶片會經過封裝與測試,通常是在東南亞進行,然後才運到中國,裝進手機或電腦。
如果半導體的生產過程中有任一步驟中斷,全球新運算力的供給就會受到威脅。在人工智慧時代,大家常說資料是新石油。然而,我們面臨的真正限制,其實不是資料的取得,而是資料的處理力。儲存與處理資料的半導體數量是有限的,生產半導體的流程極其複雜,而且成本高的可怕。石油可以從許多國家購買,但運算力不一樣。運算力的生產,根本上是取決於連串的關鍵控制點:機台、化學物、軟體。這些通常是由少數幾家公司生產,有時甚至只有一家公司生產。經濟上找不到如此依賴那麼少公司的產業了。台灣的晶片每年提供全球37%的新運算力;兩家韓國公司生產全球44%的記憶晶片;全球所有的極紫外光(EUV)曝光機都是由荷蘭的ASML製造,沒有這些機器,頂尖的晶片根本不可能製造出來。相較之下,石油輸出國組織(OPEC)的產油量占全球產量的40%,那看起來就沒什麼大不了了。
美、中、台晶片業之間的相互連結極其複雜,令人眼花繚亂。找不到比台積電創辦人更適合說明這點的人了。截至2020年,台積電還把美國的蘋果與中國的華為視為兩個最大的客戶。張忠謀生於中國,二戰時期在香港成長,後來在哈佛、麻省理工學院、史丹佛接受教育。他在達拉斯為德儀工作期間,幫忙建立了美國早期的晶片業。他獲得了美國最高機密的安全許可,為美國軍方開發電子產品,並使台灣成為世界半導體製造的中心。中國與美國的一些外交政策的策略家,夢想著讓兩國的科技業不再有牽連。但是像張忠謀這樣的人幫忙建立了一個由晶片設計師、化學品供應商、機台製造商所組成的超高效率國際網絡,這個網絡是不可能輕易解體的。
當然,除非有什麼東西爆炸,那就另當別論了。中國明確表示,絕不排除武力犯台以追求統一的可能。但它不會採取兩棲攻擊那樣戲劇性的手段,而導致半導體引發的震波席捲全球經濟。即使中國軍隊展開部分封鎖,那也可能引發毀滅性的破壞。對台積電最先進的晶片製造廠發動一次導彈襲擊,就可以輕易造成成千上百億美元的損失(把手機、資料中心、汽車、電信網路、其他技術的生產延誤成本加總起來,就非同小可)。
讓全球經濟受制於世界上最危險的政治爭端之一,似乎是一個可能在歷史上留下記錄的重大錯誤。然而,先進的晶片製造集中在台灣、南韓、東亞的其他地區並非偶然。政府官員與企業高管連串深思熟慮的決定,創造了如今這些遍及全球的供應鏈。亞洲龐大的廉價勞力資源,吸引了尋找低成本勞力的晶片製造商。該區的政府與企業利用海外的晶片組裝廠,來學習並最終開發出更先進的技術。美國外交政策的策略家把複雜的半導體供應鏈,視為把亞洲與美國主導的世界綁在一起的工具。資本主義對經濟效率的持續要求,促使業者不斷地削減成本,也促進企業整合。摩爾定律背後的穩定技術創新,需要更複雜的材料、機械與製程,那些東西都只能透過全球市場供應或資助。我們對運算力的龐大需求只會持續成長。(摘錄整理自《晶片戰爭》前言,天下雜誌出版提供)
圖片來源_天下雜誌出版
書名 晶片戰爭
克里斯・米勒(Chris Miller)/著;洪慧芳/譯
天下雜誌出版
定價:720元
圖片來源_Chris Miller
作者簡介
克里斯・米勒(Chris Miller)
克里斯・米勒(Chris Miller)在塔夫茨大學(Tufts University)的弗萊徹學院教授國際史,他也是美國企業研究院(American Enterprise Institute)的Jeane Kirkpatrick客座院士、外交政策研究院(Foreign Policy Research Institute)的歐亞主任,以及總經與地緣政治顧問公司綠罩(Greenmantle)的董事。米勒著有《普丁經濟學》(Putinomics)等書,他也經常為《紐約時報》、《華爾街日報》、《外交事務》、《外交政策》、《美國利益》等媒體撰稿。他於耶魯大學取得歷史學博士學位,於哈佛大學取得歷史學學士學位。米勒個人網站:ChristopherMiller.net,以及推特帳號:@crmiller1。
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