一芯激起多重浪(圖)
晶元（圖片來源：Annabelle Chih）
【看中國2023年10月11日訊】七納米晶元激起了國際上的一連串強烈反應。首先是國際業界開始關注，中國是不是成功地突破了美國的晶元管制，開始在高端晶元的生產上「彎道超車」。隨後，美國的國會議員開始關心此事；同時，美國行政當局正在研究，是否進一步收緊對中國進口最新光刻設備以及高端晶元相關技術的管制。
為什麼晶元升級會引起這麼強烈的反應？這樣的反應是否意味著美中科技戰在不斷升級？本文從中國生產七納米晶元說起，因為這塊小小晶元激起了多重浪。生產這種晶元的，是中國晶元產業龍頭老大中芯公司，它的發展充滿了故事。
一、挖角台積電起家的中芯公司
華為公司的新款手機採用的是中芯公司的七納米麒麟晶元。中芯公司是中國晶元產業（IC產業）的龍頭老大，但這家公司的網站卻不願提到它起家的歷史。而這段被該公司遮蓋的歷史，恰恰詮釋了中芯公司試圖「彎道超車」的路徑。
中芯公司的創立者是臺灣人張汝京，他曾在臺灣著名的IC公司台積電任職。中芯公司2000年4月在開曼群島註冊，以外企的名義在上海開業。該公司創立後，張汝京曾遭到台積電控告，指控他涉及竊取商業機密。張汝京現年75歲，當已退休。曾任台積電共同首席運營官的蔣尚義，也被中芯公司請去擔任過副董事長，後來從中芯公司挂冠而去。
中芯公司有中國政府支持，資金充裕，但技術上還是必須依靠臺灣來的同業高管，其中的關鍵人物就是現任中芯公司聯合首席執行官的梁孟松。今年71歲的梁孟松以前是台積電的資深研發處長，他離開台積電之後，先是去了韓國的三星，不久三星就在晶元製程方面取得了突破。但台積電在臺灣起訴了梁孟松，指控他泄露專有技術，且台積電有離職兩年內不得去同行業其他企業任職的限制期。2015年臺灣最高法院判決台積電勝訴，禁止梁孟松為三星工作，於是梁孟松離開了三星公司。
中芯公司立刻抓住這個機會，把梁孟松請去擔任要職。此後，台積電曾兩次起訴中芯公司抄襲台積電的製程技術。中芯公司正是依靠這樣的挖角手法，讓台積電的高管「帶槍投靠」，在晶元製作方面快速推進，開發出了14納米晶元代工的技術和相關產品。去年《華爾街日報》曾專門報導梁孟松的故事，標題是，《七旬臺灣晶元魔法師，助推中國半導體夢想》。此文從旁側說明，梁孟松對中芯公司的發展具有十分重要的作用。
直到今天，中芯公司的技術總管，仍然還只能倚重離開台積電近十年的梁孟松。在技術日新月異的晶元產業，此現象絕非「彎道超車」有望之兆。而中共對臺灣持續的軍事威脅，也讓臺灣對高科技人才的流失越來越重視和防範，梁孟松後望無人，便是一個證明。
二、中芯公司晶元進程撞牆
尖端晶元的製造必須要用光刻技術，而高端光刻設備是荷蘭的阿斯麥公司（ASML）之獨家產品。它生產的設備過去十年來有兩代，老一代的設備是「深紫外光刻機（DUV）」，已經過時；新一代的叫做「極紫外光刻機（EUV）」。新老設備的技術代差非常明顯，使用老設備加工晶元時，只能對堆疊多層的晶元分層逐次曝光；而最新的極紫外光刻（EUV）設備只需要一次曝光，就可以在晶圓表面放上多層積體電路的圖案。從2019年開始，國際上晶元行業都開始使用這種新設備，來生產7納米工藝和更先進的2納米晶元。
中芯公司加快推進高端晶元製程之初，中共還沒點燃中美冷戰，美國政府並沒意識到中共威脅美國的戰略意圖，因此中芯公司可以方便地買到上述的DUV光刻機，得以升級其晶元製程。然而，正當中芯公司「高歌猛進」時，卻突然被中南海點燃冷戰的「回力鏢」精準擊中了。自從2020年初中國的艦隊深入中途島海域演習，喊出了「劍指珍珠港」的口號，美軍開始覺醒了，隨後美國的兩任政府先後採取了一系列應對措施。而中共發起一波又一波的對臺軍事威脅之後，去年美國開始採取科技制裁措施，以免中共運用高端晶元來裝備其攻臺和威脅美國的武力。
因此，從去年十月起，荷蘭阿斯麥公司的「極紫外光刻機（EUV）」被列入禁運，高端晶元的成品也相繼名列禁運清單。從此，中芯公司無法再買到新一代的光刻機，它的晶元升級之路碰壁了，這家公司從此只能用老設備來繼續生產次高端晶元。《金融時報》去年10月9日的報導曾引用中國一家投行華興資本的董事總經理吳思浩的話，「往輕說點，（中國公司）基本上是回到了石器時代」。
從旁觀看，中芯公司撞牆，其實並不意外。當代高科技的快速進步，已經把晶元變成了極其重要的戰略物資，它成了冷戰雙方增強軍力的關鍵手段。二十一世紀不再是航母艦隊支配海洋的時代，無人機和自導飛彈等等先進武器正在構成對海軍水面艦隊的巨大威脅。在這樣的背景下，高端晶元既然是無人機、自導飛彈等等先進軍事裝備的必要配備，美國就不能把這樣的晶元再當作單純的民用產品來對待，而中芯公司的准軍工身份自然就成了靶標。
三、中國的七納米晶元突破了什麼？
現在，中芯公司的麒麟晶元被華為手機大量採用，這是否意味著中芯公司已經突破了光刻機禁運，取得了巨大的技術突破呢？如果不是，它又是怎樣用老設備生產出7納米晶元的？
中芯公司現在是使用比「極紫外光刻設備（EUV）」早一代的老設備「深紫外光刻設備（DUV）」來製作晶元。它受到這種落後設備和技術極限的約束，在晶元製造過程中，必須多次曝光才能完成晶元製作。由於多層曝光的影像效果比較差，製作出來的晶元合格率會比較低；也就是說，每製作一批晶元，其中必然包括大量的廢品，而能夠通過成品測試的只佔幾分之一。
其實，中芯公司的7納米晶元已試制數年，一開始的產品合格率據稱只有15%；有專家認為，這種晶元能夠量產，表明其合格率可能有所提升。但是，與台積電用新設備生產晶元的90%合格率相比，中芯公司還差得太遠。中芯公司的差距主要表現在兩個方面。其一，老設備無法製作精度要求更高的5納米以上的尖端晶元；其二，7納米晶元的低合格率意味著成本非常昂貴。
加拿大的一個半導體產業資訊平臺TechInsights-The Semiconductor Information Platform去年發現，中芯國際的7納米晶元那時就已投入使用。這家平臺從美國的一家比特幣挖礦公司旗下的系統晶元中，發現了中芯的7納米晶元，出貨時間是2021年7月。TechInsight運用逆向工程，拆解了中芯的晶元，該機構的報告說，此晶元「是台積電7納米製程技術的近似複製」；這些晶元嚴格來說，並不符合7納米技術的標準。
雖然中芯公司會繼續用高昂的成本來生產次一級的晶元，商業上虧損嚴重，但中共會出錢力挺下去。客觀來看，它的7納米晶元現在算是相對比較先進的晶元中技術落後的產品，只能滿足高性能計算晶元的最低要求，這樣的晶元可用於處理從伺服器到智能手機的數據，但也僅此而已。中國半導體行業協會IC設計分會的理事長魏少軍去年年底在一場演講中提到，中國已到了晶元的「被動國產化替代」時代，「不要盲目樂觀，認為自己什麼都行」。這是句實話。
四、經濟全球化的高度敏感點
筆者在本網站上月末發表的文章《二十一世紀美中關係的新特徵》，提到了經濟全球化造成了美中經濟關係中高度的相互經濟依存性（economic mutual dependence），這是一個許多人都認同的判斷。所謂的相互依存性，是從經濟全局的角度作出的簡單描述；但具體到各個產業，就不盡然了。比如，外企在中國的加工出口工廠需要外企母公司提供的零部件，才能完成產品製造並出口發達國家市場，這是一種雙向的相互依存；然而，並非所有的產業都是如此，有一些產業，比如晶元產業，中國對外企技術的單向依賴就相當嚴重，這就構成了經濟全球化當中的高度敏感點。
這樣的高度敏感點如果只是民用產品行業，未必具備戰略重要性；若高度敏感點恰恰像晶元這樣，具有極高的軍事價值，這個敏感點就可能成為冷戰中雙方科技戰的著力點。但是，如果不能從軍事角度去理解這個著力點，而是把高端晶元的戰略價值混同於手機、液晶大屏幕之類民用產品的普通商業價值，就可能產生認知盲區，會忽視戰略型產品對國家安全的關鍵性制約作用。Henry Farrell的新書《Underground Empire:How America Weaponized the World Economy（地下帝國：美國如何將世界經濟武器化）》的主要觀點，就存在著這樣的盲區。
美蘇冷戰時期，高精度的數控機床就屬於這種戰略型產品，它可以用於民用，但也可以用來加工潛艇傳動部位的精密軸承，從而大大降低潛艇的機械噪音。美國當時把這種數控機床列為對蘇聯的禁運物資，但克格勃買通了日本的東芝公司，偷偷地進口了這種機床，降低了蘇軍潛艇的噪音，因此大大增加了美國海軍偵防蘇聯潛艇的難度。
如今，中共之所以急於在高端晶元的製造方面取得突破，正是為了達到蘇聯當年偷偷進口數控機床的相似目的。但是，上述新書的作者Henry Farrell認為，經濟上的相互依賴被武器化，可能導致相互依賴蕩然無存的糟糕結果。他忽略了重要的一點，就是美國如果對晶元這樣的戰略型產品放開技術管制，將危害到美國的國家安全；而中共迅速縮小晶元技術方面的差距，則必然迫使美國政府為了穩固國防安全而投入大量資金去開發防範中國軍事威脅的裝備和技術。其實，切斷中國對美國尖端晶元的單向技術依賴，並不妨礙中美之間民用產品的雙向依賴，同時又可以減輕美國的防務負擔。
五、紅色大國為何敗於科技戰？
美國禁運尖端晶元製造設備的做法，是冷戰雙方科技戰的典型表現。而冷戰大國之間的科技戰之勝負，很大程度上是雙方政治經濟制度的長時期較量。中美科技戰方才開始，欲判斷其未來演進，可以回顧美蘇冷戰期間雙方科技戰的成與敗。當年蘇聯發動冷戰後，在科技戰方面始終處於下風。這不是因為蘇聯捨不得先進科技的投資，也不是因為蘇聯的科技教育落後；相反，蘇聯的基礎科學教育不輸西方國家，蘇聯政府推動的軍工科技研發也從未停步。蘇聯之所以輸掉科技戰，其主要原因是制度失敗。
蘇聯的專制制度集重要決策權於官僚體系；同時，蘇聯那種培養社會順從的制度，也扼殺了科技人員的獨立思維和創造性，這就使得蘇聯的科技人員只能在官僚體系劃下的路徑上摸索。由不懂科技、缺乏科技眼光的職業官僚來決定科技投入和結果評估，自然不會達成科技上全面趕超的成果。
本文從手機入題，這方面也舉一個手機的例子。其實，世界上最早發明移動通訊設備的是蘇聯科學家，手機的樣機也造出來了，比美國的摩托羅拉手機早好幾年。但是，這個發明上報蘇聯政府的主管部門後，官僚們關心的是，上面一心一意要在太空戰方面趕超美國；因此，他們的決定是，這個手機不過是方便民用而已，不符合上面的科技發展方針，不值得大力投資。就這樣，蘇聯的這個領先的發明被放置一旁，從此蘇聯再也沒在微波和手機通訊方面取得明顯進展。蘇聯解體已四十多年，直到今天，俄國依然只能依靠進口中國的便宜手機來滿足國內需求。
這只是蘇聯科技研發走對路、卻被當局扼殺的一個案例；至於戰略判斷失誤、研發方向走偏、試圖「彎道超車」而最後翻車之類的故事，則是層出不窮。紅色大國確實可以集中國力於少數軍用科技研發，但相關科技研發體制的集權特性始終是成功的「絞索」。蘇聯最成功的軍用科技「皇冠」---空軍的「米格」研發局與「蘇霍依」研發局，都擺脫不了這種命運。
中共的政治和社會制度與蘇聯高度相似，當中南海點燃中美冷戰以後，在科技戰方面，中共其實面臨與蘇聯相似的制度困境。不過，經濟全球化在一定程度上彌補了中共的制度缺陷，因為外企為中國送去了大量的工業技術，中國留學生當中的科技精英又帶給中國大量的最新科技知識和專利，再加上中共極其活躍的科技間諜大網，這讓中共產生了一種錯覺，似乎它已經克服了共產黨制度在科技創新上的本質缺陷。但是，這樣的錯覺以及相應產生的盲目自信，並不是科技突破的真實保障。
六、美中晶元戰的角力
最近，華為手機的7納米麒麟晶元，把人們的關注點不期然地引領到了美蘇科技戰的軌跡上去。華為手機和中芯公司的麒麟晶元雖然並未取得重要突破，卻引起了美國政府的高度警惕。儘管美國一年前已經對中國禁運最先進的光刻設備，但對相關服務的限制並不完備。美國商務部長雷蒙多10月4日參議院的一場聽證會上說，她得知華為發布新手機的消息後，感到「非常不安」；她同時表示，美國需要不同的工具來限制中國獲得先進的晶元。
據路透社報導，10月4日美國的管理和預算辦公室(OMB)網站上發布了一項題為「半導體製造項目出口管制、實體清單修改」的法規。這項法規旨在限制向中國出口高端晶元製造工具。目前，這項法規似乎仍在內部研討中。10月6日美國國會眾議院的兩名資深共和黨議員提出，要對向中國出口先進晶元及其製造工具實施更嚴格的出口管制。
看來，美國為了保護國家安全，正在考慮升級晶元戰的力度。這樣的反應正是冷戰狀態下科技戰的典型做法，美國不會對戰略對手的潛在軍用科技能力掉以輕心。而中共正在複製美蘇冷戰時期蘇聯開發高科技的老路，即因軍事對抗而遭技術禁運，然後用落後一代或幾代的高成本國產技術來裝備軍工產品，結果導致軍用裝備性能與美國的差距越來越大。
一芯激起多重浪，華為手機的小小晶元，或許將來會在美中關係史上留下重重的一筆。
(文章僅代表作者個人立場和觀點)