《晶片戰爭》未來戰爭將由晶片決定贏家,身為台灣人,你不可不知的晶片戰爭史。

閱讀時間約 15 分鐘

在台灣應該沒有人不知道半導體吧? 就算沒看過半導體晶片長什麼樣子,也都至少聽過護國神山台積電。 其實半導體是個70年前還不存在的產業,只不過現在因為晶片短缺才廣為人知,從玩具到武器,從手機到飛機,半導體晶片無所不在。沒有晶片,現代各種電子零件幾乎無法運作,特別是在2020年全球出現了晶片短缺,這時全世界才發現半導體的重要性,而且高度集中在東亞,有個叫做台灣的地方。

2022年美國國安議題網站「1945」,評比世界五個可能會引起世界大戰的地區,台灣排名第二名,這樣危險的地方居然擁有全世界37%的半導體產能,所以身為台灣人真的應該好好了解半導體的來龍去脈,以及台灣是如何默默變成影響世界的核心關鍵角色。



今天想介紹的書叫做晶片戰爭,如果說你有興趣了解半導體的歷史,以及這塊小小的晶片是如何影響美國、前蘇聯、日本與中國等,大國之間的經濟、科技與軍事發展,你就更不能錯過這本晶片戰爭,從1947 年貝爾實驗室誕生第一顆晶片以來,到美蘇冷戰、日本從二戰重生、中國崛起,處處都可以看到半導體晶片對世界的影響。


我只能說這段真實歷史的故事,簡直比電影還要更精采,我們台灣更是故事中的核心角色之一。如果說這本書要拍成電影,或是影集,這不禁讓我想起諾蘭導演的電影「奧本海默」,我對這部電影印象最深刻的點在於,與史特勞斯政治交鋒的部分。而晶片戰爭這本書所提到的大國間對弈,政治間的角力,絕對是更加精彩,更加緊張刺激,只能說這本書如果拍成電影或影集,精采程度一定讓你拍案叫絕。


這樣有趣的書,作者是誰呢? 作者是塔夫茲大學歷史系副教授「克里斯.米勒」,克里斯專精軍事史、俄國史和地緣政治關係。他在研究美蘇冷戰發現,不管是登月任務還是武器競賽的過程中,其中扮演最關鍵的角色,居然是一塊小小的晶片,因此決定好好研究半導體是如何改變世界呢?

克里斯主要是從美國的角度,去看半導體這項技術,從過去、現在、未來對世界的影響與變化,既然書名叫做《晶片戰爭》,所以我覺得可以用從戰爭這個角度,好好的來了解一顆小小的晶片,是如何牽扯到多國的角力與競爭?




一種輕薄短小的開關

1945年賓州大學為美軍製造了一台電腦叫做ENIAC,用來計算火炮彈道。你知道他有多少個真空管嗎,足足有18000根的真空管,而且每一根真空管平均每兩天就會故障,導致電腦當機,然後工程師就不得不趕快找出故障的真空管並且換新的。

而且真空管會發光吸引昆蟲,所以工程師常常必須要除蟲,避免真空管燒掉,所以到了現代,程式發現問題,這就是我們會說debug 的由來。

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所以計算機好用歸好用,就是大了點,有沒有方法可以把體積給縮小啊。戰爭結束後不久,貝爾實驗室成立了小組。因為玻璃真空管大又容易破掉,他們的任務是找到真空管放大器的替代品

這個替代真空管的零件就是電晶體,第一顆電晶體像是拇指般大小,外表看起來像是一顆夾紙用的夾子,由貝爾實驗室的三位科學家,蕭克利、布拉頓、巴丁等人開發出來的電晶體你可以想像這是一個利用半導體材料製作的小開關,具有放大和開關訊號等功能




精準打擊的威力

在1965年到1968年越戰期間,美國總共投了80多萬噸的炸藥,這比二戰期間太平洋戰區所投下的炸彈還多,但是這種轟炸非常沒有效率,因為大多數的炸彈都打不中目標,所以美國空軍就意識到,他們需要更聰明的作戰

軍方測試了各種的導彈與炸彈技術,從使用遙控器到使用紅外線都試過了,除了一款百舌鳥飛彈,其他導引系統都沒什麼用。

百舌鳥飛彈就是從飛機上發射,用簡單的導引系統,把導彈指向雷達無線電波的源頭,鎖定敵人的雷達設施。有這樣的限制,導引武器似乎就不可能決定戰爭的結果。軍方認為導引武器的問題就出在真空管,當時美國戰鬥機在越南使用的麻雀飛彈,還是使用手工焊接的真空管,

在東南亞的潮濕氣候,還有飛機起降衝擊力,這導致飛彈經常故障,麻雀飛彈的雷達系統平均每用5到10個小時就故障一次,然後戰後研究顯示,麻雀飛彈只有9.2%擊中目標,66%故障,其餘的根本就沒打中

直到德儀開發出雷射導引炸彈,一個簡單的雷射感測器加上幾個電晶體,把投擲638次命中率為零的武器,變成了精準打擊的工具,至此美國採用電晶體開發出能夠精準打擊的武器,這些武器把微電子跟炸藥結合在一起,徹底改變了未來戰爭的走向,也徹底改變了美國的軍力。

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美國對蘇聯的抵銷策略

當年半導體這麼重要,蘇聯就沒有發現嗎? 其實蘇聯也意識到半導體就會改變未來的戰爭形態,所以從1950年代末期開始,蘇聯就在全國各地建造新的半導體措施,那蘇聯的策略是什麼? 用偷得比較快。

所以蘇聯派了很多間諜,去矽谷去偷技術,可是這樣做會有一個問題,蘇聯可以大量生產煤炭跟鋼鐵,對於半導體的開發,蘇聯完全不具優勢。蘇聯可以在產量上取勝,但是品質或純度上卻沒有任何優勢,偏偏品質與純度對量產晶片來說非常的重要

光靠間諜活動去偷,只能對工程師帶來有限的幫助。因為你光是偷一塊晶片,逆向工程去研究也沒辦法說明它是怎麼製作的,就像你偷一塊蛋糕你也沒辦法說,蛋糕是怎麼被烘焙出來的

晶片製程非常複雜,譬如說你要用什麼溫度加熱、該曝光多久,每一道製程都牽扯了專業的知識,這些製程有很少在特定公司以外分享,也許你知道大概怎麼做,可是細節你絕對是抓不到的,甚至這些專業技術往往都不會寫下來。

而且這種抄襲心態也意味著一件事,蘇聯半導體的創新路徑是由美國設定的。雖然蘇聯的半導體,是全國最秘密、最神秘的產業,可運作起來卻像一個經營不善的矽谷分部。在一個以美國晶片製造商為中心的全球化網路之中,蘇聯只不過是一個節點罷了,只能被美國甩的遠遠的。

蘇聯在坦克與飛機數量也許比美國多,美國利用半導體技術上的優勢,採取所謂的抵銷策略」。簡單來說你飛彈比我多,打不中目標也沒用。

我的飛彈只要夠精準,一顆抵你上百顆。



美國硬生生把未來戰爭變成一場精準度的競賽,不只是這樣,加入輕薄短小的晶片之後,未來戰爭打的是比誰更自動化,晶片運算速度更強。




美國最好的晶片銷售員

你能想像,曾經有個年代,日本只要賣掉東京就可以買下整個美國,或是利用資金買下全世界嗎?

二戰結束的時候,美國原本認為應該要剝奪日本的高科技產業,作為對日本發動戰爭的懲罰,後來美國認為強大的日本是比弱小的日本有利於美國。於是美國幫助日本重建經濟,同時也把日本的經濟跟美國主導的科技體系給綁在一起,讓日本成為美國最好的晶片推銷員

日本獲得美國公司的授權,然後利用這個授權,製造出各式各樣的電子產品銷售給全世界,1960年代,日本的公司付出相當大的授權費給美國,把晶片總銷售額的4%給了快捷半導體,3.5%給了德州儀器,20%給了西部電器。美國的晶片製造商其實也樂於將技術轉移給日本,因為他們認為日本技術落後很多年,想要追上美國還差的遠呢。

到了後期,英特爾、德州儀器等美國公司發現,東芝、NEC這些日本公司也學會了製造DRAM,而且晶片品質遠比美國公司做的要好。以穩定性來說,日製晶片又穩又便宜,既然效能是一樣的,那大家何必要買美國製造的晶片呢

1980年代消費電子產品已經成為日本的專長,最初日本是靠著模仿美國起家,並且以更高的品質更低的、價格來製造產品,藉此打敗對手,然後sony最具代表性的應該就是徹底改變音樂產業的隨身聽walkman,每一臺隨身聽,都內建了5個積體電路,SONY在全球銷售出3.85億台隨身聽,日本的經濟實力誇張到,只要賣掉東京土地就可以買下整個美國的程度

第一代的Walkman「TPS-L2」資料來源 : 維基百科

不過不出意外,馬上就要出意外,美國認為日本公司靠的是竊取智慧財產權,保護市場、政府補貼以及廉價資本來佔便宜,所以日本公司可以憑藉著廉價資金拼命的搶奪市占率,甚至美國最擔心的就是,要是日本翅膀硬了,也可以向蘇聯提供先進的半導體,這樣就會打破冷戰時期的軍事平衡

由於牽扯到美國國安問題,於是美國動手了,與日本簽訂「美日半導體協議」,規範開放日本半導體產業的知識產權、專利,保證5年內國外公司獲得20%市場佔有率。不久,還對日本出口的3億美元晶片徵收100%懲罰性關稅,可以說隨著「美日半導體協議」的簽署,讓處於高峰的日本DRAM晶片就漸漸走下神壇。




美國對中國發動晶片鎖喉

中華人民共和國成立以來,每位中國領導人都想發展半導體,早在1950年代,中國官方就把半導體設為是重點的科研要項,只是毛澤東發動文化大革命,許多科學家、專家被迫下鄉務農,然後只留下工人來打造先進產業,這種想法簡直是天方夜譚。

然後毛澤東又把外國的技術跟思想阻隔在外,美國又限制中國購買先進的半導體設備,毛澤東自己又添加了禁運措施,可以說毛澤東的文化大革命夢想,是希望每個工人都能自己生產電晶體,只不過是以失敗收場。

隨著毛澤東的逝世,鄧小平承諾以四個現代化政策來改造中國,政策的目標很明確,中國第一台機器進口,第二台機器是中國製造,第三台機器出口國外。進入全球化時代之後,中國變成世界工廠,在新技術的引入與改革開放下,進而逐漸讓中國的半導體開始崛起。

直到1991年美國發動波斯灣戰爭,世界各國看到美軍的強大實力,這種震撼就有如經歷了一場心理核戰,於是中國就投入了大量資金,發展所謂高科技武器,中國部署一系列,能削弱美國優勢的武器。 例如說中國精準的反艦飛彈,讓美國的艦艇在經台灣海峽會變得非常危險,進而牽制美國的海軍力量。中國的彈道飛彈可以威脅從日本到關島的各個美軍基地,中國的反衛星武器更可以癱瘓通訊與GPS網路。

中國更是全力投入新一代的武器,就是所謂的AI武器,AI可以拿來自動追蹤、辨識與摧毀目標,只不過建立AI會需要資料、演算法、算力等三大要件,除了運算力以外,中國的AI技術能力已經與美國相當。

然後中國的領導者也意識到,在未來雲端運算、物聯網、大數據的推動之下,晶片的需求正在爆炸性的增長,算力需求越大,就需要更多的先進製程晶片

近期美國通過的晶片法案主要都是針對算力去圍堵中國,這就叫所謂的晶片鎖喉。對中國政府來說,就很像過去蘇聯發射第一顆人造衛星上太空,於是美國擔心自己落後蘇聯而大舉投資科學與技術領域。中國發現關鍵的設備、材料、技術幾乎都要仰賴國外公司,於是在美國禁止業者向華為等公司銷售晶片以後,中國的確面臨到巨大的衝擊。




晶片短缺的衝擊

2022年全世界發生晶片短缺的問題。美國總統拜登邀請了台積電、INTEL,以及飽受半導體嚴重短缺的公司來開會,例如說福特、通用等汽車公司。

主要是因為美國開始對中國實施晶片鎖喉策略,切斷中國取得美國晶片技術的管道,所以華為等中國公司,至少在2019年就開始囤積晶片,再來是2020年因為疫情影響,數百萬人為了在家工作而升級電腦,個人電腦的需求激增也越來越多,另外大數據資料庫也需要建立資料中心,對於伺服器的需求也增加了。

汽車公司起初為了消減訂單,預計汽車將銷售大幅下滑,最後才發現每輛汽車所使用的晶片越來越多,即便只缺一顆晶片,汽車也無法順利出貨。世界這時才注意到,先進製程晶片的供應,有一個最大問題,就是太過於集中東亞,特別是集中在台灣,所以因此開始說服台積電與三星在美國開設新廠。

換句話說台灣如果爆發災難,不管是因為地緣政治還是地震,全球的運算力將會縮減37%,造成全球經濟的虧損比疫情還要可怕。所以進入後疫情時代,各國爭相邀請台積電設廠,目前在美國亞力桑那,日本的熊本廠,德國德勒斯登,中國南京有建廠或擴廠計畫,不過2奈米的先進製程與先進封裝依然以台灣生產重鎮。


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結語 : 美國發動晶片戰爭的導火線

晶片戰爭源自於全世界第一顆人造衛星升空,蘇聯的科研實力令美國大感危機,再加上蘇聯的導彈與坦克數量遠超美國,這激發了美國登月任務要用科技超越蘇聯的決心,另外越戰期間美軍採用電晶體開發,能夠精準打擊的武器,爾後美國對蘇聯採用抵銷策略」,拉大美蘇軍力的差距

二戰後日本百廢待舉,是美國把戰後的日本培養成最好的晶片銷售員,彼此之間可以說是共生與盟友關係,在日本半導體與經濟成長到,能夠威脅美國的國家安全下,那怕是盟友,美國也是藉由簽訂美日半導體協議」,對日本開戰

到了全球化時代,中國成為了世界的工廠,藉由國家的補助與國外新技術的幫助,中國半導體也逐步成長,直到中國在軍力上能夠威脅美軍,在科技上甚至能使用抵銷策略去對付美國,於是美國祭出了晶片法案,新一代的武器與科技,最重要的便是運算力,能夠提供強大算力的晶片,供應鏈幾乎都在美國控制下

不論是先進製程晶片、還是關鍵的設備如ASML的EUV等等,禁止提供中國這些關鍵技術與設備,就有如被美國掐住脖子,動都不能動

整本晶片戰爭讀後我最大的感想是,不管敵人還是盟友,只要是牽扯到美國競爭力、國安危機,美國一定會出手干預。未來影響算力最大的關鍵就是先進製程與先進封裝,特別是生成式AI ChatGPT的問世,與烏俄戰爭所出現的先進武器,這些科技完全離不開台積電所生產的先進製程晶片

對台灣來說,我們老是叫台積電是護國神山,甚至將半導體稱之為「矽盾」,但先進製程過度集中在台積電,美國未來是會容許矽盾保護台灣,還是漸漸把台灣邊緣化呢? 這對於身為台灣人的我們是很值得深思的問題。




附錄:半導體大事記

1945年 二戰結束日本投降

1946年 世界上第一台通用電腦 ENIAC

1946年 SONY創立

1947年~1991年 美蘇冷戰

1947 第一顆電晶體誕生

1955年~1975年 越戰

1957年 史上第一顆人造衛星「蘇聯史普尼克1號」

1957年 快捷半導體公司成立

1958年 第一個積體電路IC誕生

1961~1972年 美國登月任務,阿波羅計畫

1966~1976年 中國文化大革命

1968年 英特爾創立

1972年 美軍精準打擊,炸毀北越頷龍橋

1974年 日本政府批准半導體晶片計畫

1978年 中國改革開放

1984年 ASML從飛利浦獨立

1986年 美日半導體協議

1986年 台積電創立

1986年 華為創立

2000年 中芯國際

2018年 中美貿易戰

2019年 Covid-19大流行

2020年 晶片短缺

2022年 美國晶片法案

2022年 烏俄戰爭




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