分析:為何中共砸錢也無法實現芯片自主

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【大紀元2023年11月01日訊】(大紀元記者宋唐、易如採訪報導)不久前,美國政府升級了對中共的芯片禁令,過去可以出口到中國的特製芯片Nvidia A800和H800不再能銷往中國,甚至不太先進的、製造14至28納米芯片的深紫外光刻系統(DUV)也被禁止。

人們預測新的禁令將有兩種結果:中共國內宣傳繼續鼓吹促使中國芯片自主,但更多聲音則認為,中共芯片發展進程會大大拖緩。

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為什麼中共不可能芯片自主?

從毛澤東到習近平,每代中共領導人將芯片等「硬科技」作為國家戰略,但都沒有成功過。

芯片產業是典型的國際化各國深度融合的產物,但中共反而認為,這種芯片國際化造成的依賴是一種威脅,要建立自己的芯片產業,尤其是下一代AI技術的核心動力就是芯片。

中共一直在鼓吹芯片自主,並投入了大量的資金。習近平說「核心技術受制於人是我們最大的隱患」,他呼籲「組成攻關的突擊隊、特種兵」,在中共《中國製造2025》裡,計劃在2025年以前把中國進口的芯片比率從85%降至30%。

分析人士認為,在芯片這樣供應鏈國際化產業裡,技術獨立簡直是痴心妄想,即使是對美國來說也無法獨立實現,更不用說中國在供應鏈的許多環節都缺乏競爭力。如果中共真想成為AI超級大國,對外國芯片的依賴只會越來越高。

為了完全獨立,中共需要取得頂尖的設計軟件、設計能力、先進的材料和製造技術等。把供應鏈的每個環節都轉到國內,那樣成本會高到不可思議。而且需要花10年以上的時間,花費遠遠超過一兆美元。

對科技創新有長期研究的斯坦福教授許成鋼認為:歷次產業革命都產生在英美制度下,各國天才們共同創造的。任何一個國家只要孤立於發達國家,沒有交流與合作必將落後。因此,一個國家想要實現科學的大發展,前提條件就是國際化。

(邱俊榮提供)

台灣中央大學經濟系教授邱俊榮告訴大紀元,半導體產業是很特殊的行業,不是砸錢就能做成的。台積電之所以這麼厲害,有很多天時地利人和的關係,譬如說台灣有一群非常集中、非常優秀又非常忠於職守的工程師,這個條件其它國家都沒有。

「即使美國知道怎樣生產最新的芯片,它也沒有能力,還得把台積電搬過去才行。芯片產業非常龐大複雜,中國要哪一塊呢?如果是研發,很多基礎和專利都在美國,關鍵化合物都在日本,光刻機設備都在荷蘭,又沒有像台灣這麼一群願意刻苦耐勞、苦幹實幹的人,那你說到底要在哪一方面可以發展得起來,其實是非常難的。」他說。

台灣IC設計資深經理Brad Liao告訴大紀元,台積電一個競爭優勢是人才。前陣子台灣深夜發生地震,對半導體設備影響非常大。地震之後,台積電的工程師馬上衝回工廠,因為台積電工廠是24小時跑貨,大量工程師回工廠去看機台有沒有出狀況。

「這種事情在歐美不可能發生,他們沒有這麼拚命。今天台積電良率90%以上,但英特爾的良率可能只有80%或70%,因為英特爾找不到這麼拚命的工程師,他們講究生活平衡,需要足夠的休息。」

中華經濟研究院國際經濟所副研究員戴志言對大紀元表示,關鍵化合物大都在日本,原因是80、90年代,日本接手美國半導體製造地位的時候,連帶把美國的化工產品也接過來,這個優勢一直到現在沒有被動搖。即使台灣發展半導體這麼久,有很多特用化學品,還是沒有辦法取代日本。

「因為這些都有特殊的製程跟專利,日本的公司布局其實很早,他們化工產業的規模很強大。供應一直都是很穩定,你要找第二個來源去取代,有些時候會遇到純度和穩定度問題。」

但中國芯片產業現在面臨的最大瓶頸還是光刻機。

被稱為有史以來最為複雜的機器:光刻機

荷蘭阿斯麥公司(ASML)最先進的極紫外光刻機(EUV),被認為是人類有史以來最為複雜的機器,花費近30年的時間才被成功開發並商業化,僅僅在論證階段,就用了四年的時間。之後,再也沒有其它公司重現ASML的成就。

在去年出版的新書《芯片戰爭》(Chip war: The Fight for the World’s Most Critical Technology)中,作者克里斯·米勒(Chris Miller)對EUV光刻機的產生過程有詳盡的描述。

他在書中寫道:製造EUV幾乎不可完成的任務,每一步都需要創新,所有關鍵的EUV元件都必須特製。這些元件由數千家公司提供。光是複製EUV系統中的雷射,就需要辨識及組裝457,329個部件。

為了產生足夠的EUV,需要用雷射粉碎一個小錫球。西盟(Cymer)公司工程師發射一個直徑為3000萬分之1米的小錫球,以時速約200英里速度穿過真空。然後以雷射照射那顆錫球兩次,第一次是加熱它,第二次是以約50萬度的溫度把它轟擊成電漿體。這種轟擊錫滴的過程,每秒重複5萬次,就能產生製造芯片所需的EUV量。

德國公司蔡司面臨的主要挑戰是EUV難以反射,最終,蔡司製造出有史以來最光滑的鏡子,由100層鉬與矽交替製成的鏡子,每層都只有幾納米厚,雜質幾乎小到難以察覺。

荷蘭ASML公司是全球唯一可以生產極紫外光刻機(EUV)的公司。圖為2018年4月17日ASML荷蘭總部實驗室。(Emmanuel Dunand/AFP)

中共無疑已派出最頂尖的間諜去研究ASML的生產流程,但即使可以駭入相關系統並下載了設計規格,那麼複雜的機器也無法像電腦檔案那樣直接複製貼上。即使間諜取得了專業資訊,就算他們真的有那些專業知識,他們也沒有研發EUV的工程師累積的30年經驗。

即使10年後中國可以成功製造出自己的EUV光刻機,但等到成品完工,也已經是老舊技術了。

即使未來中國的EUV與ASML現有設備一樣好,中國芯片商也很難靠它生產有利可圖的產品,因為到了2030年,台積電、三星、英特爾已經使用他們的EUV光刻機10年了,已回收了這些機台的成本。

Brad Liao對大紀元表示,EUV光刻機當時全世界也沒有人敢做,都認為困難重重,沒有人敢保證一定會成功。

「ASML最終把它做出來,這也是一種機緣巧合,不是所有的研發一定會成功,因為這個技術真的太難了,當初大家都不願意踩進來,但ASML不惜血本就勇敢地踩進去,真的造成了突破。就變成ASML一家獨大,所有的東西都是獨家。而且研發的過程中,ASML都跟台積電一起合作。其他人都太晚了,一進來就踩到他們的專利。」

Brad Liao說,光刻機是一個非常精密的儀器,精密度的要求非常高。要把這麼多零件整合起來,達到這麼高精密度,那裡面有多少knowhow(訣竅),不是說我弄個五年十年,就可以趕得上的。中共想辦法偷騙拐,但光刻機裡面有很多部分,挖角一兩個人也無法做出光刻機來。

中華經濟研究院國際經濟所副研究員戴志言(戴志言提供)

戴志言表示,很多年以前,Intel在主導半導體製程的時候遇到坎關,後來是台積電想出來的解決方案,跟ASML跟應用材料(Applied Materials)一起合作,就變成ASML一直都是設備方面的領導者。

「也不是說美國做不出光刻機,美國通常都會做比較有利的選擇,不需要做光刻機,因為EUV光刻機全球每年的需求量不是特別大,買得起大概只有半導體公司。大家也都談好分工了,美國廠商反而是集中在芯片設計領域。」

「其它公司比如說像德儀、英飛凌可能有這樣的技術儲備,但他的產品線跟客戶的需求,可能不需要做到3納米或2納米,因為大部分芯片可能用在汽車、國防航太上,指標上是耐受度、壽命要強。並不像手機通訊可能要用到2納米、3納米很先進的製程,這是廠商的策略,造成後面這些技術跟產品特性不一樣。」

被美國卡脖子的後果

中共的問題不止在光刻機,在生產半導體的過程中,幾乎每一步都極其依賴外國技術,而且這些技術幾乎都由其地緣政治上的對手(台灣、日本、韓國或美國)所掌控。

去年10月份的美國對中共芯片禁令,再加上今年10月的禁令升級,等於對中共自主發展芯片產業一鍋端,不僅無法獲得最先進芯片,使用美國芯片設計工具和軟件也變得不可能。美國人也不再被允許支持中國生產先進芯片的活動,包括維修設備、提供建議甚至連授權向中國半導體製造交付產品也不行。

「我認為芯片領域上,中美脫鉤的目的是要讓中國(中共)放慢腳步,我認為它(美國)最終會做到這一點。」 台積電創辦人張忠謀本月在亞洲協會舉辦的一次活動上表示。

戴志言對大紀元表示,從現有的芯片架構看,要發展出跟美國相抗衡的一個體系非常難,不是人到位就可以發展出來。

「中國目前缺非常好的IC設計公司,IC設計公司要設計出很好的芯片,要有很好的代工廠幫做,芯片才能用,現在這個大概全部被堵死了,芯片設計工具不能到中國。現在中國芯片製造商,在美國禁令下,大概頂多只能做到14納米。」

他說,中芯想要做代工,但要有足夠好的中國設計公司設計芯片才有辦法做,目前中國這一塊是弱的,在全世界市場占有率不成氣候,這不是錢砸下去就水到渠成了,不是這種邏輯。

Brad Liao表示,現在很多最先進的東西一旦被美國掐了脖子,設備方面是最難的,時間久了就開始落後了,只能原地踏步不可能再往更高階跑了。芯片越先進的越複雜,設計芯片的時候,要用到很多的軟件幫助,那些軟件也被卡住了。

「那就沒辦法了,自己回去用十年前技術慢慢搞,但用十年前做出來的東西就比較差,像最近華為用比較舊的技術,做出來的手機很燙。」

「從另外一個角度看,如果中共發展出很多先進芯片,放在導彈或無人機上面,然後去打美國,這只會造成美國嚴重的國安問題。這就說明美國為什麼要擋它,我為了本國安全去卡你的技術,本來是天經地義,你發展起來之後用這些東西來威脅我來轟炸我的國家,這怎麼可以呢?」他說。

示意圖。(Shutterstock)

專家提醒需防範中共可能用到的招數

北京也可能知道,建立一個完全國內自主的芯片供應鏈根本不可能,一個 「非美國的」供應鏈也不切實際。在這種情況下,採取的最主要辦法挖台灣、韓國等半導體強國的人才偷技術。

邱俊榮表示,通常企業都不會考慮太長期,中國很多(半導體)企業,都是台商去幫助他們建立起來,等於是台灣的企業到中國去投資,養了很多對手出來。

「一方面用市場利誘,二方面用很多的規則,譬如說你到中國去投資,你不能獨資,必須要跟他合資,目的沒有別的,其實就是要拿你的技術。」

Brad Liao說,現在大陸所有頂尖半導體廠,包括長江存儲、中芯半導體,全部靠台灣人,就是用高薪拉了一大票人過去,這樣他們腦袋中所有的knowhow,有可能會變成它的技術。

他舉例子說,當年中國大陸發展高鐵,不是中共自己摸索出來的,是日本人為了做生意,手把手地把所有的knowhow教給他們,這樣教出來的技術最完整。日本人那時候非常天真,以為中共可以尊重他人專利。

「然後中共就申請了一大堆奇奇怪怪的專利,號稱這些技術都是自己弄出來的,跟日本無關。它騙日本的技術一步到位,所以發展最快,日本人就知道上當了。」

「汽車工業也一樣」 ,Brad Liao舉出另外一個例子說,外國車企在中國設廠,全部汽車的生產線、上下游工廠都在中國大陸建,結果所有上下游knowhow都被拿走了,現在整個德國汽車工業被反噬了。

「但台積電其實是有保護的,台積電在中國大陸設廠的時候,保密工作做得非常嚴格,不會讓大陸當地工程師看到技術細節。」他說,台灣很多過去中國從事半導體的人,有些都是因為在台灣職業發展不順利,韓國也是如此。

Brad Liao表示,中共偷不到騙不到的時候,就沒有辦法一步到位,就只能從幾十年的技術開始慢慢搞,但是問題別人也會不斷前進,所以差距一直還在,等到你五年十年後做出來的東西還是落後。

這次美國禁令緩衝期取消了,英偉達的運算芯片不能再出口中國去,戴志言提醒要留意除了直接芯片接收之外,還有包含這類芯片的商用產品,是不是也不准賣到中國去。

「以前Sony有個遊戲機叫PlayStation,最早出來的時候裡面其實有一個128位元的GPU,但這款遊戲機當時被禁止銷售到朝鮮、中國大陸和俄羅斯。因為Sony開發出來的這個芯片,運算能力非常強,可以拿來改造變成導彈導航。」

他說,俄烏戰爭的時候,俄羅斯把冰箱芯片用在導彈上,可能要回頭來檢討一下,目前有哪一些東西可能會藉商用產品,不知不覺就被運過去。

戴志言表示,另外還有兩個不太一樣的路徑,現在比較前瞻像光子芯片和量子電腦,但現階段都處於實驗室和一些研究階段,中共也在投資這一塊。這一塊如果沒有開始鉗制的時候,是不是會變成它藉由跳躍式的技術發展?這個需要留意。因為以前在無線通訊領域看過這樣的例子,他們直接跳過過往的年代,讓全民直接進到移動電話。

圖為台積電的標誌。(AMBER WANG/AFP via Getty Images)

中共想走自主道路 困難重重

戴志言表示,從目前的趨勢看,(中共)大概會往芯片自主開發這條路去走。一些比較排名後面的設備商,會覺得是個好機會,但不像他們想的那麼容易,因為畢竟晶圓廠要生存,不可能一直都用良率很不好的設備和機台。

另外,一個很強的晶圓廠會衍生出很多公司,尤其是做設計或做工具服務的。目前中國的結構來看,還沒強大到給一套工具,然後可以很快解決芯片設計中的IP整合問題。

他說,比較難突破的還是材料和設備的自主性,比如說一些靶材都要進口,雖然後來有人去日本學了技術回中國開工廠,也開始生產量產。但靶材每年都在升級,現在這個東西斷掉之後,後面怎麼去跟著升級。

「設備供應也是個大問題,半導體廠把機台的架子或數量拉出來,但能夠百分之百做自主供應嗎?其實難度也很高。」

他表示,人才供應這一塊,中國現在的工人素質能不能跟得上這是個問題。台灣花了非常高價的投入人力資源行業,中國大陸有沒有辦法把非常優秀人才拚命往製造業送,目前的氛圍來看不太可能。因為他們的一流人才基本上都是在做商業跟金融,做製造業的部分其實並不強,這種科學家實在很少。

責任編輯:林妍#

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