《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》第八部分：短缺和供應鏈

《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》是美國經濟史學家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導體產業全球分工為主線，追溯從冷戰至今的芯片技術發展歷程，闡釋芯片在現代軍事、經濟和地緣政治中的戰略地位。全書涵蓋美國通過技術博弈確立主導地位、臺灣半導體產業崛起、華為5G技術受限等案例，分析全球芯片短缺與供應鏈危機背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補貼政策、EUV光刻機研發困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術領域的核心博弈。

短缺和供應鏈

美國總統拜登向一大群首席執行官宣布：“作為一個國家，我們已經很長時間沒有做出超越全球競爭對手所需的非常大膽的投資。”拜登坐在白宮的特迪·羅斯福（Teddy Roosevelt）畫像前，高舉著一塊12英寸的硅片，看著Zoom屏幕，告訴高管們“在研發和制造方面已經落后……我們必須加快步伐”。 在屏幕上的19名高管中，許多人表示同意。為了討論美國對芯片短缺的反應，拜登邀請了臺積電、英特爾等芯片制造商，以及遭受嚴重半導體短缺的知名半導體用戶。福特和通用的首席執行官通常不會被邀請參加關于芯片的高層會議，一般他們也不會感興趣。但在2021年，隨著世界經濟及其供應鏈在新冠疫情中引起的中斷之間動蕩，世界各地的人開始意識到他們的生活，通常是他們的生計，在多大程度上依賴半導體。

2020年，正當美國開始對中國施加芯片扼制，切斷一些領先科技公司獲取美國芯片技術的渠道時，第二個芯片瓶頸開始扼殺世界經濟的一部分。某些類型的芯片變得難以獲得，尤其是廣泛用于汽車的基本邏輯芯片。這兩種芯片的瓶頸部分相關。華為等中國企業至少自2019年以來就一直在囤積芯片，為美國未來可能的制裁做準備，而中國的晶圓廠在盡可能多地購買制造設備，以防美國決定收緊芯片制造工具的出口限制。

但中國的庫存只能解釋新冠疫情時代芯片瓶頸的部分原因。更重要的原因是，疫情開始后芯片訂單的大幅波動，因為公司和消費者調整了對不同商品的需求。2020年，隨著大量員工將電腦升級并居家工作，個人電腦需求激增。數據中心對服務器的需求也在增長，因為越來越多的人開始上網。汽車公司預計汽車銷量會下滑，開始削減芯片訂單。當需求迅速恢復時，汽車公司發現芯片制造商已經將產能重新分配給其他客戶。根據行業組織美國汽車政策委員會的數據，世界上最大的汽車公司中的每輛車需要使用1000多個芯片。如果少一個芯片，汽車就不能發貨。汽車制造商在2021年的大部分時間里苦苦掙扎，而且往往無法獲得芯片。據行業估計，這些公司在2021年生產的汽車數量比正常情況下少770萬輛，這意味著集體收入損失2100億美元。

拜登政府和大多數媒體將芯片短缺解釋為供應鏈問題。美國白宮委托編寫了一份250頁的供應鏈漏洞報告，重點是半導體。但半導體短缺的主要原因并不是芯片供應鏈中的問題。盡管其中也出現了一些供應中斷的情況，比如馬來西亞的新冠疫情的防控措施，影響了那里的半導體封裝業務。但研究公司IC Insights稱，2021年全球生產的半導體器件數量比以往任何時候都多，超過1.1萬億個，與2020年相比增長了13%。 半導體短缺的原因主要是需求增長，而非供應問題。這是由新的個人電腦、5G手機、支持人工智能的數據中心以及我們對計算能力永不滿足的需求驅動的。

因此，世界各地的政客都誤判了半導體供應鏈的困境。問題并不是芯片行業的生產流程對新冠疫情和由此產生的封控處理得很差。很少有行業能在疫情期間如此順利地渡過難關。出現的這些問題，尤其是汽車芯片的短缺，主要是由于汽車制造商在疫情初期瘋狂而不明智地取消芯片訂單，再加上它們幾乎沒有誤差的準時制（Just-in-Time）生產方式。

對于汽車行業來說，其收入遭受了巨額的損失，有足夠的理由促使它們重新思考該如何管理自己的供應鏈。但是，半導體行業迎來了輝煌的一年。除了大地震（一種低概率但非零概率的風險）之外，我們很難想象和平時期對供應鏈的沖擊會比該行業自2020年初以來所經歷的沖擊更嚴重。2020年和2021年，芯片產量的大幅增加并不是跨國供應鏈破裂的跡象，而是供應鏈成功的標志。

但政府應該比過去更加認真地考慮半導體供應鏈。過去幾年，真正的供應鏈教訓不是關于脆弱性的，而是關于利潤和權力的。中國臺灣的非凡崛起表明，一家有遠見、有財政支持的公司可以重塑整個行業。與此同時，美國對中國大陸獲取芯片技術的限制表明，芯片行業的瓶頸是多么強大。但過去十年，中國半導體行業的崛起提醒人們，這些瓶頸并不是無限持久的。國家和政府通常可以找到繞過瓶頸的方法，盡管這樣做既費時又費錢，有時甚至非常昂貴。另外，技術變革也會削弱瓶頸的功效。

這些瓶頸只有在由少數幾家公司控制的情況下才有效，理想情況是由一家公司控制。盡管拜登政府承諾“與業界、盟友和合作伙伴合作”，但在芯片行業的未來問題上，美國及其盟友并沒有完全結盟。美國希望扭轉其芯片制造份額下降的局面，并保持其在半導體設計和制造設備領域的主導地位。但歐洲和亞洲國家希望在高價值芯片設計市場上占有更大的份額。與此同時，中國臺灣和韓國沒有放棄在制造先進邏輯芯片和存儲芯片方面處于市場領先地位的計劃。隨著中國大陸將擴大自己的制造能力視為國家安全的需要，未來可以在美國、歐洲和亞洲之間共享的芯片制造業務數量有限。如果美國想要增加其市場份額，其他國家的市場份額就必須減少。美國含蓄地希望從擁有現代芯片制造工廠的其他領域搶占市場份額。但世界上所有先進的芯片廠都位于美國的“親密盟友”所在的國家和地區，而不在中國大陸。

韓國計劃保持其在制造存儲芯片方面的領先地位，同時努力擴大其在制造邏輯芯片方面的作用。韓國時任總統文在寅（Moon Jae-in）表示：“半導體企業之間的競爭現在已經開始吸引各國。我的政府還將與商界同心協力，使韓國保持半導體強國的地位。” 韓國政府已向一個名為平澤（Pyeongtaek）的城市投入資金，平澤以前是美國軍事基地的所在地，現在是三星一家大型工廠的所在地。從應用材料到東京電子，所有主要的芯片制造設備公司都在東京開設了辦事處。三星表示，除了在存儲芯片生產方面投入相當的資金外，還計劃于2030年前在邏輯芯片業務上投入1000多億美元。2021年，三星創始人李秉喆的孫子被假釋出獄，之前因受賄在監獄服刑。韓國司法部援引“經濟因素”為他獲釋辯護，媒體報道稱，辯護內容包括對他將幫助公司做出重大半導體投資決策的期望。

三星及其韓國競爭對手SK海力士受益于韓國政府的支持，但陷入了中美之間的兩難境地，兩國都試圖勸導韓國的芯片巨頭在自己國家建立更多的制造業基地。例如，三星最近宣布計劃擴建和升級其在得克薩斯州奧斯汀生產高級邏輯芯片的工廠，預計投資170億美元。但兩家公司都面臨著美國對其在華工廠升級提案的審查。據報道，美國要求限制向SK海力士位于中國無錫的工廠提供EUV光刻機，推遲了工廠的現代化進程，可能會給該公司帶來巨額損失。

用文在寅的話說，在芯片公司與當地政府“組隊合作”方面，韓國并不唯一。中國臺灣仍然強烈保護其芯片產業，認為芯片產業是其在國際舞臺上最大的杠桿來源。表面上已完全從臺積電退休的張忠謀，擔任臺灣地區貿易特使。他的首要任務是確保臺積電在全球芯片產業中保持核心地位。臺積電計劃在2022—2024年投資1000多億美元，以升級其技術并擴大芯片制造能力。臺積電的大部分資金將投資于臺灣，盡管該公司計劃升級其在南京的工廠，并在亞利桑那州開設一家新工廠。但這些新的晶圓廠都不會生產最先進的芯片，因此臺積電最先進的技術將留在臺灣。張忠謀繼續呼吁半導體行業的“自由貿易”，并威脅說，否則“成本將上升，技術發展將放緩”。與此同時，臺灣不斷采取諸如壓低匯率等措施來增加臺積電的競爭力。

歐洲、日本和新加坡是另外三個尋求新半導體投資的地區。一些歐盟領導人表示，歐洲大陸可以“大規模投資”，生產3納米或2納米芯片，使歐洲的晶圓廠處于領先地位。 鑒于歐洲大陸在先進邏輯芯片領域的市場份額較低，這是不可能的。更有可能的是，歐洲將說服像英特爾這樣的大型外國芯片公司建立一個新工廠，為歐洲汽車制造商提供穩定的供應來源。新加坡則繼續為芯片制造提供大量激勵措施，最近贏得了總部位于美國的格芯對一家新工廠的40億美元投資。與此同時，日本正在大力資助臺積電與索尼合作建立一家新的芯片制造廠。

在盛田昭夫等高管離職后的幾十年里，日本已經失去了大部分芯片制造業，但索尼仍保留著一個規模可觀且盈利豐厚的業務——制造能夠感知圖像的半導體，并在許多消費設備的相機中使用。不過，日本決定補貼臺積電的新工廠，其主要目的不是幫助索尼。日本政府擔心，如果制造業繼續向海外轉移，那么日本在供應鏈中保持強勢地位的部分，比如機械和先進材料，也會向海外轉移。

雖然日本可能需要一個新的盛田昭夫，但美國急需一個新的安迪·格魯夫。美國在芯片產業中仍然擁有令人羨慕的地位，對包括軟件和機械在內的許多行業瓶頸的控制一如既往。像英偉達這樣的公司，很可能在人工智能等計算趨勢的未來扮演基礎角色。此外，在芯片初創公司已經過時的十年之后，在過去幾年里，硅谷向設計新芯片的無晶圓廠公司投入了大量資金，這些公司通常專注于為人工智能應用優化新架構。

但在制造這些芯片方面，美國目前已經落后了。美國先進制造業的主要希望是英特爾。經過多年的舉棋不定，英特爾于2021年任命帕特·格爾辛格（Pat Gelsinger）為首席執行官。格爾辛格出生于美國賓夕法尼亞州小鎮，在英特爾開始了他的職業生涯，并由格魯夫指導。格爾辛格最終離開了兩家擔任高級職位的云計算公司，現在又被請回來扭轉英特爾的局面。他制定了一個雄心勃勃、耗資巨大的戰略。第一，英特爾要重獲制造業的領導地位，超越三星和臺積電。為了做到這一點，格爾辛格與阿斯麥達成協議，讓英特爾購買第一臺下一代EUV光刻機，預計將于2025年交付。如果英特爾能趕在競爭對手之前就學會如何使用這些新工具，英特爾就會擁有技術優勢。

格爾辛格戰略的第二個方面是推出一個與三星和臺積電直接競爭的代工業務，為無晶圓廠公司生產芯片，從而幫助英特爾贏得更多的市場份額。英特爾在美國和歐洲的新工廠上投入巨資，以建設未來潛在代工客戶所需的產能。但要使代工業務在財務上可行，英特爾可能需要贏得一些處于技術前沿的客戶，這意味著英特爾的代工業務，只有在該公司減少與三星和臺積電的技術差距的情況下才能發揮作用。英特爾的代工轉型正值其在數據中心芯片市場份額持續下降之際，這既是因為英特爾與AMD和英偉達的競爭，也是因為亞馬遜和谷歌等云計算公司正在設計自己的芯片。

英特爾的成功與否將取決于它能否執行格爾辛格的戰略，以及三星或臺積電是否會失誤。摩爾定律要求這些公司每隔幾年推出新技術，因此英特爾的一個或兩個競爭對手很容易面臨重大延誤。但英特爾的戰略有一個令人不安的第三方面：從臺積電獲得幫助。在公開場合，英特爾正在鼓勵一股新的芯片民族主義浪潮，并對依賴亞洲生產感到緊張。英特爾正試圖從美國和歐洲政府獲得補貼，在美國建造晶圓廠。

格爾辛格表示：“世界需要一個更加平衡的供應鏈，上帝決定了石油儲備的位置，我們決定了晶圓廠的位置。” 但在試圖解決內部芯片制造問題的同時，英特爾將越來越多設計的先進芯片外包給臺積電在中國臺灣最先進的工廠生產。

隨著美國政府開始處理先進芯片制造在東亞的集中，英特爾說服了臺積電和三星在美國開設新工廠，臺積電計劃在亞利桑那州新建一家工廠，三星計劃在得克薩斯州奧斯汀附近擴建一家工廠。這些晶圓廠的部分目的是安撫美國政客，不過它們也將生產更喜歡“本土造”的美國國防和其他關鍵基礎設施芯片。然而，臺積電和三星都計劃將其絕大多數生產能力和最先進的技術留在自己的土地上。即使有美國政府的補貼承諾，它們也不太可能改變這一點。

在美國國家安全官員中，關于是否利用芯片設計軟件和制造設備出口管制的威脅，迫使臺積電同時在美國和中國臺灣推出其最新工藝技術的討論越來越多。作為替代方案，臺積電可能會被迫承諾，臺積電的每一美元資本支出將與臺積電在日本、亞利桑那州或新加坡的一家新工廠的一美元資本開支相匹配。這些舉措可能會減少世界對臺積電芯片制造的依賴。但目前，華盛頓不愿施加必要的壓力。因此，全世界對臺積電的依賴將繼續增長。