芯片全球化已死，出路何在

曾文仁

德国柏林，光刻机巨头荷兰阿斯麦（ASML）制造厂

荷兰方面一直抗拒与美国政府合作，认为限制阿斯麦光刻机出口至中国内地，不符合其商业乃至国家利益。

近日，荷兰政府宣布一系列针对先进半导体设备的出口管制。该国光刻机技术企业阿斯麦（ASML）是行业龙头，自然成为外界焦点；同时，美国媒体引述知情人士，指美国商务部正考虑扩大对华出口半导体的限制，让芯片供应商英伟达（NVIDIA）专为适应限制而设的A800芯片亦纳入禁令范围。可以预期，在美国推动下，全球芯片市场将继续成为国际关注的焦点。

没有半导体，就没法用电

日本多摩大学荣誉教授井上伸雄在《图解半导体》书中，用一句话阐明了半导體在现代社会的重要性：“没有半导体，就没办法运用电力。”在电路板中，广为人知的中央处理器（CPU）也是半导体的产品—事实上，不论是战斗机、航空母舰，还是电冰箱、热水壶，它们的运作都需要半导体，以控制电流、电压，以及作为计算、控制及记忆等功能，区别只在于运算能力高低而已。

2012年，曾有美剧上演了这样的情节：全球大停电的背景下，人类在电力失灵后，文明倒退，现代政府垮台，城市成废墟，现代科技自卫星，甚至灯泡都成为无用之物。尽管忧虑全球电力失灵未免杞人忧天，但半导体的创新放缓、应用电力的能力受限，是可预期有可能发生的结果。

若深入了解半导体的制作过程，我们更可理解芯片制造业的发展难度。芯片是指内含集成电路的硅片，既是半导体元件产品的统称，也是集成电路的载体。设计工程师需使用专用的设计软件，来规划电路的走线，而这部分一般被称作上游制程。

按业内知名芯片制造龙头台积电的说法，芯片的制程自二氧化硅组成的纯净硅砂开始，硅砂熔制为纯硅后，可切片成为空白晶圆。由于硅晶圆在不同温度下能够传导或阻绝电流，所以会在硅圆片上涂布感光涂料，并以强光进行曝光显影，来实现将电路设计图转印到晶圆上。这道制程在晶圆表面留下电路设计图的化学涂层，以进行蚀刻或离子植入。

在晶圆上镀上更多层不同的材料，并透过曝光显影和蚀刻制程，就能制作导体层和绝缘层。接下来，制造商会借由化学机器研磨，移除晶圆上不需要的材料，使晶圆表面平滑，继续制作其他导体层和绝缘层—这程序需要重复多次，直到半导体芯片制作完成。最后，在晶圆上覆盖一层保护层。这过程通常被称作“前段制程”，目的是在晶圆上置入晶体管等组件和配线，有400至500个流程，它是芯片制造产业的中游部分。而随着技术日益改进，流程的数目很可能逐年增加。

完成的晶圆需通过电路检查，确保电路准确无误刻在晶圆上。至此，芯片进入后段制程：首先，需要将晶圆切割成一颗颗半导体芯片，切割出来的芯片有部分质量欠佳，制造商只会取出优质的芯片，这些芯片就是新闻经常谈及的7纳米或5纳米芯片等—简单而言，数字愈低，通常意味制程愈先进，制造的技术难度更大，使用的机器越精密，成本亦更高。

德国博世半导体工厂

阿斯麦光刻机

半导体的创新放缓、应用电力的能力受限，是可预期有可能发生的结果。

取出的芯片会进入封装制程，相关的工序亦被称为下游产业。芯片需被固定于导线架之上，再透过引线接合，将芯片连接电路，再以压模树脂覆盖芯片和引线，并经过导线金属镀膜、加工，形成我们在电路板上看到的一块块黑色塑胶物体。完成封装后，芯片需经过各种测试、检查，全部合格后，方可成为可出售的芯片。

上述的说法是一个非常简单的描述。芯片制造的每道工序的技术含量极高，且不同种类芯片的技术要求，亦不尽相同。同时，在芯片制造的过程中，“良率”（yields）的概念非常重要：制作流程里，不可能每一工序都百分百成功，有一些部分出现瑕疵亦属正常。然而每一工序都有一定比例的瑕疵，而每经过一道工序，合格的产品数目会持续减少。

AMD公司7nm晶圆

芯片原本无所不在，而限制其流动，将会使它成长放缓甚至停止。

市场很重视芯片制造商的生产良率，每一次“良率”看似小幅度的提升，都意味着合格的产品大量增加，制造成本亦能大幅下降。

产业生态系统繁复

大致了解制程后，我们就可以厘清芯片产业常见企业的关系，稍微弄清楚所谓“卡脖子”是怎么一回事。要知道，芯片制造是一个高度分工的产业，产业生态系统相当繁复，从事行业的工程师甚至企业，大多聚焦整个产业链的一小部分，难以全面涵盖整个产业链。所以，单从台积电等龙头企业高薪挖角数名中高层主管，并不能突破芯片技术瓶颈。

举例而言，美国的英伟达、AMD、高通，中国台湾的联发科和华为旗下的海思半导体，主要是芯片设计的上游产业；台积电则聚焦前段制程的代工，而荷兰的阿斯麦则主营用作晶圆加工的光刻机；深圳的鹏芯微、在香港上市的中芯国际亦经营芯片制造业务，可被归类为产业的中游。

部分大型企業如台积电亦具备下游工序的技术，而台湾的日月光则专门提供封装与测试服务，同属下游产业。这些企业生产的芯片，会售予苹果、谷歌、特斯拉等明星企业，生产我们常见的电脑、手机或其他电子产品。

有来自中国的头部芯片企业曾公开表示，“芯片的设计当前中国已经步入世界领先……芯片的制造中国也是世界第一，在台湾”；大陆的芯片制造缺乏制造设备、基础工业及化学工业。

即便是美国，亦不能以一国之力全面掌控整个芯片产业链。近年，拜登政府四处奔走荷兰、日本、韩国政府寻求合作。美国政府去年推出的《芯片和科学法案》（CHIPS and Science Act 2022）斥巨资扶助的企业，亦非全部为美国企业，国外企业如台积电、三星也是它的争取对象，条件是任何接受资金的企业，必须在美国本土制造他们研发的产品。

事实上，荷兰方面一直抗拒与美国政府合作，认为限制阿斯麦光刻机出口至中国内地，不符合商业乃至国家利益；台积电亦因法案规定，企业需应政府要求，提供关键技术细节，生怕竞争对手三星从中获得关键技术，继而犹豫再三。

2022年12月29日，中国台湾，台积电新厂落成，3nm芯片开始批量生产

《芯片和科学法案》另一受关注的要求，是受资助企业至少十年内，不得在中国或其他受关注国家进行新的高科技投资。换言之，接受美国政府资助的芯片企业，将不可能成为中国芯片产业的助力。

尽管全球企业不一定需要美国政府的资金，但不少讨论认为，全球各大芯片龙头为免遭受美国政府以国家安全之名打压，亦只能不情不愿加入其计划。而受限制的芯片企业，日后在国际寻找先进制程的合作伙伴时，范围只得缩小至其他相对不那么发达的地区，其中的技术水平不言而喻。

走全球协作之路

今年3月，台积电创办人张忠谋与《芯片战争》作者克里斯·米勒的对谈中，不乏值得我们细思之处。张忠谋谈及芯片的全球化已死，因芯片制造商到美国设厂，对业界完全没帮助，只会使成本上升。芯片原本无所不在，而限制其流动，将会使它成长放缓甚至停止。

克里斯·米勒亦指出，从半导体的国际分工而言，很难有一个国家能够自给自足，最后可能花很多钱，也不会做得较好；从头到尾打造晶圆代工产业殊不简单。

张忠谋另一对美国政府的评论，亦甚具参考价值。去年，美国众议院议长佩洛西窜访台湾时，张忠谋向佩洛西和其他美国议员表示，若美国以为靠花大钱就可以进占芯片全球最复杂的电子制造市场，那就太天真了。

两人的评论亦可预视，中国芯片制造应发展的方向：全球协作。追求芯片自给自足，目前既不可行，亦不经济，更无优势。

以美国的国力，透过“大撒币”追求芯片制造自给自足，尚且困难重重，其他国家尝试以相似手法发展本土芯片产业，无疑是缘木求鱼。发展技术密集且高度分工的芯片产业，我们应该秉持全球协作精神，各自发展自身的比较优势，在商业主导的国际分工下把饼做大，共同推动产业、科技的发展。

责任编辑吴阳煜 wyy@nfcmag.com