美中晶片戰的現況與未來─深度政經分析（30）

陳華夫

美中晶片戰進入世界各國公眾的視野要歸功於經濟歷史學家克裡斯·米勒教授2022年出版的暢銷書《晶片戰爭：爲世界上最關鍵的技術而戰》(簡稱《晶》)。他在此書的中文版序言中說：「2022年，美國總統拜登簽署了《晶片和科學法案》，將撥款520億美元用於激勵美國晶片製造，同時撥款數百億美元用於未來的科學和研發投資。白宮發佈了一份新聞稿，承諾這項立法將“降低成本”“創造就業機會”“加強供應鏈”，但這些都值得商榷。美國國會通過這項立法的原因其實很簡單：在中國以外的地區提供額外的晶片製造能力，作為戰時保險。」

（圖片來源：《晶片戰爭：爲世界上最關鍵的技術而戰》）

但美國對中國的晶片戰爭已遠超出克裡斯·米勒教授所說的“加強供應鏈”及「在中國以外的地區提供額外的晶片製造能力，作為戰時保險。」

事實上，葛列格里·C·艾倫在2022/10/11美國戰略與國際研究中心（CSIS）的文章中說，美國是要趕盡殺絕中國半導體產業：「拜登政府正試圖（1）透過阻止高端人工智慧晶片的進入來扼殺中國人工智慧產業；（2）透過阻止中國獲得美國製造的晶片設計軟體來阻止中國在國內設計人工智慧晶片；（3）透過阻止美國製造的半導體製造設備進入，阻止中國製造先進晶片；(4) 透過阻止取得美國製造的零件來阻止中國在國內生產半導體製造設備。這些行動表明，美國政府的幹預程度前所未有，不僅是為了維持對咽喉要道的控制，而且還開始了美國新政策，積極扼殺中國科技產業的大部分——以趕盡殺絕為目的的扼殺。」（見〈阻止中國進入人工智慧的未來〉）

半導體產業始於20世紀初，美國使用電晶體取代計算機中的真空管。當人們把大量的電晶體排列集中在半導體晶圓表面上，就產生了積體電路──又稱為「晶片（chip）」，於是一般所謂的「晶片戰爭」即是半導體產業的「積體電路戰爭」。

在晶片上，電晶體排列的逐漸緊密，目前線寬間距已邁入奈米等級，以一般10奈米以上是成熟製程，而以下則是先進製程視為先進製程。（見中芯國際已具備「準7奈米」技術，美國有可能限制中國半導體成熟製程的發展嗎？）

以下分成兩大章節：（I）美中晶片戰爭的現況及（II）美中晶片戰爭的未來：

（I）美中晶片戰爭的現況：

（1） CPU晶片

邏輯晶片指包含邏輯關係，以二進位為原理，實現運算與邏輯判斷功能的積體電路。常見的邏輯晶片有CPU（中央處理器）、GPU（影像處理器）、ASIC（專用處理器）與FGPA（現場可程式設計閘陣列）

而CPU晶片到目前有四種架構： x86、ARM、RISC-V、及MIPS。x86架構用於除蘋果以外的各電腦。ARM架構用於移動通訊領域，如蘋果手機。（見X86、ARM、RISC-V，MIPS傻傻分不清楚？一文帶你看懂！）

英特爾發展的是x86架構，克裡斯·米勒教授說：「電腦行業是圍繞x86設計的，英特爾主導了整個生態系統。因此，x86至今定義了大多數個人電腦架構．．．．英特爾利用其設計和製造尖端處理器晶片的能力贏得了資料中心市場份額，並將x86確立為該行業的標準。到2005年左右，就在雲計算興起之際，英特爾幾乎壟斷了資料中心晶片，僅僅與AMD進行競爭。如今，幾乎每個主要資料中心都使用英特爾或AMD的x86晶片。沒有其處理器，雲就無法運行。」(見《晶》，頁223-4）

目前中國的CPU產業落後美國：「大陸目前共有6大國產CPU，包括用ARM架構的華為鯤鵬、飛騰；採用x86架構的海光、兆芯，還有採用自研指令集龍架構（LoongArch）的龍芯，以及採用alpha指令集的申威。有分析指出，由於目前大陸最先進的晶片製造工藝只有14奈米，當CPU設計工藝在14奈米以下時，必須倚賴台灣及海外廠商製造。當前僅有申威由大陸的晶圓製造，其他皆由台積電等非大陸晶圓代工。因此，大陸國產CPU雖然在自主設計上屢有突破，但受限製造工藝，晶片科技自立恐怕還有一段崎嶇道路得走。」（見打破技術依賴陸發表全自研CPU）

（2 )DRAM（動態隨機存取記憶體）的晶片

英特爾成立兩年後，推出了第一款產品——一種叫作DRAM（動態隨機存取記憶體）的晶片。由於存DRAM中的資料會在電力切斷以後很快消失，因此它屬於一種揮發性記憶體（volatile memory）裝置。多數微處理器與單晶片（single-chip microcomputer）要求位元組等級的隨機存取的DRAM。

英特爾當初計畫主宰DRAM晶片市場。但在日本激烈的競爭下：「過去有幾十家DRAM生產商，但現在只剩下三家主要生產商。20世紀90年代末，日本幾家苦苦掙紮的DRAM生產商合併為一家名為爾必達（Elpida）的公司，該公司試圖與美光、三星和SK海力士（SK Hynix）競爭。到2010年，這四家公司控制了大約85%的市場份額。但是，爾必達一直在為生存掙紮，直到2013年被美光收購。與在韓國生產大部分DRAM的三星和SK海力士不同，美光的一系列收購讓它在日本、中國臺灣、新加坡以及美國擁有DRAM製造廠。新加坡等國家和地區的補貼鼓勵美光維持並擴大其工廠產能。因此，儘管有一家美國公司是世界三大DRAM生產商之一，但大多數DRAM的生產在東亞.」（見《晶》，頁237）

中國於2023/5/21宣佈禁止採購美光的DRAM，媒體報導：「美光2022年營業額在全球半導體公司排名第6，其中10%來自中國市場。中國則是第一大晶片進口國，2022年占全球晶片市場逾72%。美光是全球動態隨機存取記憶體（DRAM）最大的製造商之一，市占率僅次於韓國三星電子與SK海力士。英國金融時報此前報導，倘若中國在網路安全審查後禁止美光銷售晶片，美國希望首爾當局力促三星與SK海力士等韓國企業不要填補美光被禁後留下的供應缺口。」（見中國宣佈禁止採購美光產品稱影響國家安全）

（3） NAND型快閃記憶體（Flash memory）

存儲晶片中除了DRAM以外，另有一種是快閃記憶體（Flash memory）的每一個記憶胞都具有一個「控制閘」與「浮動閘」，利用高電場改變浮動閘的臨限電壓即可進行編程動作。快閃記憶體主要分為NAND與NOR。現在NAND常用於固態硬碟、USB隨身碟、記憶卡等用途，NOR則用於BIOS/UEFI ROM晶片等用途。

隨著NAND製程越來越小，縮短製程提高儲存密度已經非常困難。最新的NAND技術被稱為3D-NAND，將32層、64層NAND進行堆疊，從而提高儲存密度。當前美光、SK-海力士、東芝、威騰電子、三星幾大NAND廠商均已擁有自己的3D-NAND產品。中國的長江存儲（YMTC）是世界第一家實現 232 層 3DNAND 堆疊的廠商，超越了三星，美光等一系列存儲老廠。（見2T 還不到500塊的固態硬碟，背後的故事還挺複雜）

2022年4月，美國參議院議員馬可·魯比歐對蘋果手機擬採用長江存儲的NAND晶片一事表示不滿，稱長存和中國共產黨、中國人民解放軍有聯繫。^[31]^[32]2022年9月，有報告指出長江存儲向華為提供存儲晶片，引發更多議員要求將長江存儲放入實體清單。 2022年10月上旬，拜登當局宣佈將包括長江存儲在內的31個中國企業加入未經核實清單。12月15日，拜登當局將長江存儲加入實體清單。（見長江存儲等36家中企遭美列貿易黑名單）

2023年度美國國防授權法案禁止美國政府採購中芯國際、長鑫存儲和長江存儲三家中國公司生產的半導體產品和服務。（見拜登簽署2023財年國防授權法案，含多項強化制裁和出口管制舉措）

對於長江儲存來說，技術退化確實發生了，它被迫放棄（也許只是暫時的）232層NAND快閃記憶體產品的計畫。（晶片競賽中，中國讓華為掌握方向盤：華為新款智慧型手機與半導體出口管制的未來）

（4） AI晶片（GPU）

克裡斯·米勒教授並且對美中的「資料、演算法和計算能力的“三位一體”」做了比較：「在訪問可輸入人工智慧演算法的資料類型方面，中國和美國都沒有明顯的優勢。中國的支持者認為，中國的國情讓其能夠搜集更多的資料，儘管搜集人口資料的能力在軍事領域可能沒有多大幫助。然而，中國在搜集與軍事系統相關的資料方面沒有內在優勢．．．．在設計聰明的演算法時，我們很難說一方是否具有優勢。以人工智慧專家的數量來衡量，中國似乎擁有與美國相當的能力。．．．在布坎南的“三位一體”的第三部分計算能力中，美國仍然佔據著相當大的領先優勢，儘管近年來美國的計算能力明顯下降。中國仍然嚴重地依賴境外的半導體技術進行複雜的計算。依賴進口晶片的不僅僅是中國智慧手機和個人電腦，大多數中國資料中心也是如此，這解釋了為什麼中國如此努力地從IBM和AMD等公司獲得技術。例如，一項中國研究估計，在運行人工智慧的中國伺服器中，多達95%的GPU是由英偉達設計的。英特爾、賽靈思、AMD和其他公司的晶片在中國資料中心至關重要。即使在最樂觀的預測下，中國還需要五年時間才能設計出具有競爭力的晶片及其周圍的軟體生態系統，而要在境內大批量製造這些晶片的時間還要長得多。」（《晶片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》克裡斯·米勒（2023），頁301-2）

在美國政府限制英偉達出售先進的A100和H100的GPU晶片給中國後，英偉達的執行長黃仁勳表示：「中國大陸目前有多達50家公司正在研究將與輝達產品競爭的技術。」、「我們必須推出符合監管規定的新晶片，一旦我們符合規定，我們就會回到中國」、及「我們盡力跟所有能開展業務的各方合作。另一方面，我們的國安很重要。我們的國家競爭力很重要。」（見黃仁勳：美還要十幾年才能晶片獨立重申為中國開發合規產品）

(5)荷蘭艾司摩爾（ASML）公司的DUV光刻機與EUV光刻機

晶圓製造過程裡有一道程式是將設計好的電路圖案(Pattern)縮小轉印到晶圓上，此道製程便稱之為微影, 7奈米以前的製程使用248或193奈米波長的光做為光源來進行微影。早期DUV光刻機的供應商以Canon以及Nikon為主, 浸潤式微影出現後DUV光刻機改由艾司摩爾所獨霸。

浸潤式微影的DUV光刻機使用波長為 193 nm的光源，透過一系列透鏡聚焦，進行雙重圖案化（即所謂的N＋1製程）可生成14 奈米晶片，若經過四次圖案化（即所謂的N＋2製程），可生成7 奈米。但這些製程複雜，良率低，沒有經濟效益。

最近華為旗艦手機Mate 60系列手機暢銷。（見華為Mate 60 Pro開賣六週銷量達160萬支，預料長期缺貨）。

彭博新聞社將Mate 60手機拆解，發先它搭載了中芯國際在中國製造的新型麒麟 9000s 晶片，是該處理器是首款採用中芯國際最先進的7奈米技術的處理器。由於中芯國際沒有獲得先進的EUV光刻機。中芯國際最先進的 7 奈米製程應該是所謂的N＋2製程。（見華為 Mate 60 Pro、7nm 背景、影響和反應，及拆解華為麒麟 9000S，網路爆料專家：相當 2020 年頂級水準）

EUV光刻機的光源的波長降低為13.5奈米來提升電路圖案解析度，由於波長太短,非常容易被大氣吸收,因此此道製程需要在真空環境中完成。目前EUV光刻機也由艾司摩爾（ASML）公司一家能夠提供。

目前5nm及更先進的3nm、2 nm制程晶片都需要EUV光刻機，全球半導體製造龍頭台積電、三星、英特爾紛紛擴大EUV光刻機資本開支，積極擴充7nm以下先進產能。另外，存儲龍頭三星、SK海力士、美光也隨著它們記憶體制程的進步而加碼擴大EUV光刻機的資本開支。（見（DUV和EUV光刻機的區別在哪？）

(6)美國的晶片戰爭主要的目標是華為

美國的晶片戰爭主要的目標是中國的華為公司，克裡斯·米勒教授說：「美國這次的目標是中國科技巨頭華為，該公司銷售智慧手機和電信設備，提供雲計算服務和其他先進技術。華為產品的定價非常誘人，美國擔心華為很快就會成為下一代電信網路的骨幹，擔心美國在世界科技基礎設施中的主導地位被削弱，同樣擔心中國的地緣政治影響力將隨之增長。因此，美國禁止華為購買採用美國技術製造的先進電腦晶片。華為的全球擴張放緩，收入下滑。一家巨頭企業面臨著技術窒息。華為發現，與中國所有其他公司一樣，華為嚴重依賴境外製造所有現代電子產品所依賴的晶片」（見《晶》，頁36）

電動汽車的普及需要專門的半導體來管理電源，並且自動駕駛更需要大量的5G網路晶片，克裡斯·米勒教授說：「汽車只是一個典型的例子，說明發送和接收更多資料的能力將如何在網路的“邊緣”設備、蜂窩網路本身以及龐大的資料中心中產生對計算能力的更多需求。2017年左右，隨著世界各地的電信公司開始與設備供應商簽訂建造5G網路的合同，華為處於領先地位，提供業內公認的品質高、價格有競爭力的設備。華為似乎能夠在5G網路建設中發揮比其他公司更大的作用，超越瑞典的愛立信和芬蘭的諾基亞。愛立信和諾基亞也是其他僅有的手機基站設備生產商。」（見見《晶》，頁298）

葛列格里·C·艾倫在美國戰略與國際研究中心（CSIS）文章說：「華為目前正與中國政府及其企業合作夥伴一起進行一個項目，旨在建立一個完全獨立於美國的中國計算生態系統。華為及其合作夥伴正在進行的不同成熟度的項目清單非常多。它至少包括以下內容：

EDA晶片設計軟體；
晶片製造設備；
晶片製造設施；
個人電腦、智慧型手機和資料中心的晶片設計；
AI晶片賦能軟體生態系統；
人工智慧軟體開發框架；
人工智慧模型；
電腦及智慧型手機軟體作業系統；
電腦、智慧型手機和資料中心硬體系統；和
雲端運算.」

（見晶片競賽中，中國讓華為掌握方向盤：華為新款智慧型手機與半導體出口管制的未來）

但媒體報導：「華為公司則對媒體否認中共官方支援其開發半導體技術，它在公開的聲明中說：『這些網路上訊息都只是猜測』。」（見反擊美半導體禁令美媒：中共將華為定位成對美晶片戰主力武器）

（II）美中晶片戰爭的未來：

晶片產業是一條複雜的、互相依賴的全球半導體供應鏈：「美國、歐洲和日本位於上游，台灣和韓國（大多數半導體的生產地）位於中間，而中國（將晶片融入最終產品）位於下游。」（見繪製全球供應鏈—以半導體為例）

美國以自身軍事安全展開的美中晶片戰將沒有贏家的雙輸局面，雖能延緩中國晶片產業的發展，但也刺激中國加大晶片自主化的投入，同時中國的報復將重創以美國為核心的全球半導體供應鏈：

（1）中國是晶片最大的市場

美國任何晶片生產買賣的管制，都有害全球晶片產業，例如，美國禁止台積電接受華為5奈米晶片的訂單，此舉固然可以阻擋華為先進手機的發展，但台積電也少了華為的大客戶、銷售獲利將縮小，不利晶片代工龍頭台積電今後的市場競爭。（見美國封鎖中國半導體，最大「破口」是台灣？BBC談台廠對美中晶片戰的因應之道）

（2）美國禁止艾司摩爾（ASML）公司販售中國EUV光刻機。

中國是艾司摩爾（ASML）的第三大客戶：「目前中國大陸是ASML光刻機的第3大市場，僅次於台灣和韓國，佔ASML在2021年銷售額的16%，約合21億歐元。但是2022年第一季度中國就又進口了21台DUV，佔ASML一季度營收的30%，也為ASML的營收創下新的紀錄。據統計，中國從ASML進口的光刻機已多達78台，其中包括一台被武漢弘芯抵押給銀行的EUV，但不包括2018年付了1.2億美元卻至今仍無法交貨的另一台EUV。」（見美晶片禁運有漏洞這巨擘緊抓中國大客戶）

艾司摩爾（ASML）公司的EUV光刻機價值昂貴，約1-2億美元，目前台積電買了133台，三星買了54台。（見DUV和EUV光刻機的區別在哪？）兩公司估計未來EUV光刻機的投資將驅緩，於是艾司摩爾（ASML）的EUV光刻機未來銷售機會是在中國，若中國市場泡湯，艾司摩爾（ASML）將承受未來銷售額驟降的風險。

目前中國的市場訂單高居第一，不可忽視：「ASML 營收當中，中國訂單仍占了可觀比重，2023 會計年度第 3 季達 46%，高居第一，從第 1 季和第 2 季的 8% 和 24% 上升。第 3 季營收占比排第二的是台灣，為 24%，南韓占 20%，美國占 5%。」（見ASML身陷美中晶片戰新任CEO：將延續現行政策）

（3）中國稀土鎵、鍺兩種晶片關鍵稀土原料出口

中國擁有全球第一的4400萬噸稀土蘊藏量，全球占比約為34％，而美國230萬噸。但稀土的化學性質使它們難以分離提純，加工難度大，過程中會生成有毒廢物。美國地質調查所（USGS）統計，去年中國稀土產量占全球產量比重約70％以上，其次是美國、澳洲、緬甸和泰國。（見王毅訪河內助推中越鐵路一體化）

媒體報導：「中國以國家安全利益為由，自（2023年）8月起對鎵、鍺兩種晶片關鍵原料實施出口管制，此舉被認為是對美國向中國技術部門所採取措施的報復。」（見稀土儲量世界第二美中爭拉攏越南）

（4）美國不可能成功的扼殺華為

華為於1987年創立，總部位於深圳，業務以研發和製造通訊裝置、消費電子產品為主，除此之外還涉足軟體開發、設計生產積體電路、光伏和電動車等跨界產品。在2023/8月的《財富》世界500強排行榜的第111位。（見最新世界500強出爐：華為跌出100強，互聯網8強中國占一半）

據媒體報導：「華為是中國強大的科技公司之一，其業務範圍非常廣闊，除了手機、消費型電子產品之外，他們也涉足軟體開發、生產積體電路，現在甚至自己造車，在四年前他們成立了IAS(Intelligent Automotive Solution)智慧汽車解決的業務部門，而現在光是這個部門的估值就已經來到驚人的2,500億人民幣，折合台幣大約是1.1兆元的價值。」（見華為汽車部門將成為智慧電動車零配件霸主？其估值已超過1兆元）

克裡斯·米勒教授說美國發動的晶片戰是以華為為目標，但綜觀華為的多元化、生機勃勃的發展勢頭，美國不可能扼殺華為。

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