美中競逐與台灣的兩難 - 晶片戰爭(下)

半導體的發明&Intel的創立 - 晶片戰爭(上)

美國第一的隕落與復興 - 晶片戰爭(中)

上篇介紹到美國如何從日本的競爭中重新奪回晶片技術龍頭的地位，本篇會把焦點在美中台三地，台灣的台積電是如何創立的，而他又帶給晶片業什麼樣的影響，接著是中國的掘起與美國既是顧客又是對手的複雜關係。

晶圓廠的外移

1985年，是晶圓製造公司台積電的開始。李國鼎邀請張忠謀來台灣推動半導體業的發展。半導體製造可以說是全球化進程最快的產業，但當時外包出去的還是在後段封裝的部份，在晶圓製造面上，各大廠還是擁有自己的晶圓廠，自己的晶片由自己製做的晶圓來製造。

張忠謀有一個夢，晶圓製造是個大者恒大的世界。張忠謀認為，隨著晶片的尺吋愈來愈小，晶圓製造的設備與技術研發的成本將會愈來愈高，只有生產大量晶圓的公司才具有成本的競爭力。晶圓設計與晶圓製造分離一定會是未來的趨勢，大量的fabless公司會出現專注於設計晶片，並將製造外包給晶圓製造公司，尤其是在半導體設計的古騰堡時刻來臨之後。

時任台灣的行政院長李國鼎給了張忠謀很大的空間與支援，台積電基本上就是一個台灣政府執行的專案。而台積電早期的成功有一個關鍵的因素，與美國晶片業的緊密連結。台積電的高階主管大多是張忠謀從矽谷找來的，而當時台積電的主要客戶也都是矽谷的Fabless公司。台積電與這些矽谷晶圓設計公司互利共生，這些Fabless公司在台積電出來之前，是將生產外包給其他有空閒產能的大廠，這些大廠大多是競爭對手，Fabless公司不建晶圓廠雖然可以省成本，但依賴競爭對手製造晶片是個有風險的商業模式，台積電的成立讓所有的晶片公司有一個可靠的合作夥伴，台積電承諾永遠不會設計晶片，如此一來這些公司就不用害怕被代工晶圓時的機密外流。

而在張忠謀打造台積電的同時，在中國深圳，任正非創立了華為。相較於台積電致力打造最先進的晶片並把晶片賣給矽谷的科技公司，華為是最先是購買購買國外製交換器並轉賣到國內，後來才逐漸轉為進口晶片組裝轉賣。

那華為有可能生產自己的晶片嗎？在當時是個不可能的任務，在當時的中國因為共產黨與文革大革命，半導體產業落後東南亞國家許多個世代，而中國與俄羅斯一樣，在追趕半導體製程上碰到類似的官僚問題。這個問題一直到2000年，才有了變化。

中國不是沒有想辦法要獲得半導體的技術，但成果不彰。與NEC合資的公司，雖然建廠在中國，但關鍵的技術還是掌握在日方手上，中國員工只能處理基本的工作。本質上這是只間位於中國的日本晶圓廠，中國沒有從這間廠得到重要的專業知識，但SMIC的創辦人張汝京不同，張汝京曾經在德儀與基爾比共事，管理過德儀在美國、日本、新加坡等地的工廠，可以說是晶圓廠經營的專家。他可以用他腦袋裡的知識，不依靠其他人，用一己之力為中國打造SMIC。

而SMIC的成功，主因還是在初期找了很多在美國與台灣的半導體人才。此外張汝京的SMIC與其他中國的國營企業不同，他是真正專注在研發提升製造品質。配合中國政府的輔助下，SMIC在技術上很快就追上了其他業界的頂尖企業，在當時只落後約兩年的技術時程，追上三星與台積電也許只是時間的問題。

而此時在美國的Intel放棄了已成紅海的Dram市場，破壞式創新投入了邏輯晶片的研發。並利用IBM與微軟合作，桌機掘起的x86的浪潮，站穩了家用電腦的晶片市場。但同時，intel在x86的穩定讓他錯過了手機的市場。蘋果在找intel設計晶片時，intel這次並沒有選擇大破大立，而是基於利潤考量拒絕了，讓蘋果走向了ARM的懷抱。

Fabless的優勢

AMD創辦人桑德斯堅持讓晶圓製造廠運作，認為晶片廠對AMD的成功非常重要。但在現實層面上，要同時經營晶圓廠又要追求獲利愈來愈難，因為新的晶圓製程會增加晶圓廠的成本。

但在晶片界，並不是每個領域都碰到這個問題。在2000年代，大家把半導體分成三類：

1. 邏輯晶片(CPU GPU)
2. 記憶體(DRAM NAND)
3. 功能型晶片(視訊音訊轉數位的類比晶片、手機通訊網路相關的無線射頻晶片)

其中第三類不是依靠摩爾定律來驅動性能改善。這應該很好理解，摩爾定律主要是靠縮小晶片來讓單位元件上塞入更多的晶片來提昇算力。CPU、GPU的算力，DRAM的記憶能力都是可以很直觀的像電池串聯這樣增加它的容量，所以只要思考縮小晶片的Size讓元件上可以塞入更多的晶片，就可以提昇元件的算力或存力，但功能型的晶片則不是這樣，它是靠更精明的設計來改善它的效能。

第三類晶片的晶圓廠建廠成本只有一二類的四分之一，而這些晶圓廠大都還留在美國(德儀)。

隨著時間往前，矽谷公司也進入了第二代接班的時代，從物理學家、工程師掌權的第一代交接到精通商業流程的管理人。工程師與物理學家可能因為自身專業或是感性因素，堅持擁有自己的晶圓廠，但交到以獲利或成本考量為重的專業管理人時，自有晶圓廠的時代終究是結束了。在獲利的考量下，自有晶圓廠的成本還是太高了，AMD最後也終究拆分出了自家的晶圓廠-格芯(global foundries)。

在AMD切出格芯之後，Intel、三星、台積電、格芯是四家具世界規模的晶圓廠，但格芯因為規模過小，判斷自己無法在7mm的量產上取得損益兩平，果斷退出EUV的製程競賽，有能力製造先進邏輯晶片的公司從四間變成了三間。

切出晶圓廠對晶片廠來說可以說是有益無害，讓自身成為一間Fabless公司，可以讓晶片廠可以集中資源在精進功能，這也催生出了像高通這樣的公司，這讓無數優秀的晶片問世，蘋果也是其中的受益者。

2007年iPhone問世，智慧型手機開始取代了功能型的手機，敏銳的張忠謀在2008就嗅到了智慧型手機將會一舉改變晶片市場，這讓他在2008金融危機時，張忠謀換下了主張裁員節省成本的蔡力行，並反其道而行加大資本支出，這是台積電能在現今站穩晶圓製造龍頭的關鍵，如果台積電當時選擇撙節而非擴張，現在應該與Intel、三星三強鼎立的時代。

CPU是Intel的專注項目，CPU就像資料中心或電腦的大腦，是通用的工作主力，你可以用CPU的運算力執行excel，可以打開IE上網，它的特色就是用途多元，但採用的是連續逐一執行。

那AI的運算是否能採用CPU？可以的，但成本頗高。AI運算的特色就是經常執行重覆的運算，但每次使用不同資料。相較於CPU，GPU的運作方式剛好很適合，GPU是同一運算反覆執行。

在現今這個AI浪潮下，強項是CPU的Intel似乎失去了領先地位，不管在晶元代工的服務與製程都沒有領先對手。

中國的挑戰

中國已經意識到，矽晶片製造的來源都是美國，即使有阿里巴巴、百度等不輸給美國科技巨頭的公司，但這些公司使用的晶片都是美國製造的。中國領導人深知他們的國家應該在國內製造更多的晶片。

在整個半導體供應鏈(晶片設計、智財、機台、製造)中，中國企業市佔率僅為6%，美國為39%，南韓為16%，臺灣為12%。此外，軟體設計依賴美國，機器依賴日本、荷蘭、美國，製造也依賴南韓和臺灣。中國製造2025就是為了擺脫這個困境而生的。但是，如果計劃與矽谷脫鉤，那麼在矽晶片產業上實現巨大的突破可能性不大。

如果無法進行研發，該怎麼辦？那就只能收購了，像紫光公司一樣一直在嘗試收購或入股其他半導體大公司，這正是中國實現半導體自製的一項政策運作。中國有許多類似紫光的私募基金，在背地裡都有國家的資金支持。

華為是半導體自製2025計劃下的另一種型態。與利用資金併購的公司不同，華為不像阿里巴巴或騰訊那樣以內銷市場為主的中國公司。除了中國政府的官方補助外，華為也非常重視研發和生產流程，花費在研發方面的費用並不輸給其他矽谷公司。華為有實力能在國際市場上與其他公司競爭，靠著優良品質和低成本，華為在通訊基礎建設(基地台)和手機市場上逐漸站穩了腳步。

在福島核災之後，華為開始將產品內部的半導體改為自己設計並製造，以避免供應鏈斷裂的問題。在2010年，華為旗下的海思已經能設計出手機等級的複雜晶片，當時海思(華為的晶片設計公司)是台積電的第二大客戶，華為在5G基地台的基礎建設上也擁有領先地位。如果沒有任何意外，約在2030年時，中國的晶片業將可以與矽谷相媲美。

美國在波斯灣戰爭中展示了現代戰爭的樣貌－精準打擊，而未來的戰爭將是無線頻譜、網路、無人機的隱形戰爭。簡單來說，未來戰爭是建立在執行AI演算法的強大處理器之上，更多的算力可以帶來更多的優勢。美國想要維持軍事上的優勢，就必須在晶片技術上保持領先地位。但現在的環境已經與競爭時期不同，首先是在切割晶圓廠和光刻機技術後，美國不再是晶圓製造和設備商技術的龍頭。它只能退而求其次，從“美國製造”轉變為“美國信任的供應商”製造。在全球化進程中，中國已經進入了晶片製造供應鏈，可以說是與美國坐在同一輛車上。如果兩邊都坐在同一輛車上，那麼美國如何保證自己一定能保持領先地位呢？

美國的反制

在2015年歐巴馬任期末，美國終於開始正視自己在半導體逐漸失去領先地位的事實。面對中國、臺灣、韓國等競爭者的傾國家之力，美國半導體業其實處在一個相對不公平的競爭環境。

但他們對中國的情緒其實非常矛盾，中國不只是他們最大的競爭對手，也是他們最大的顧客。在了解到自己沒有辦法在“跑的更快”贏對手之後，開始祭出關稅與出口制裁。其中比較廣為人知的是川普對中興跟華為的出口管制，但這些其實是川普對中國貿易戰的一環。其實這些對美國來說不只是貿易問題，而是關係到國家安全的重大議題。

長久以來，中國一直透過各種不同的方式，像是利用商業間諜等方式盜取專利。中國方在這裡跟本毫無風險，因為中國的法律並不公平，被盜取機密的公司沒有辦法得到公平的審判。福建晉華與美光的智財權事件就是如此。

這起事件是這樣的，福建晉華與臺灣聯電簽訂一張七億美元的合約，福建晉華向聯電購買Dram的核心技術。但奇怪的是，聯電並不是一間生產Dram的公司，聯電透過挖角美光的內部的人員，再由該人員簽線取得美光內部的生產機密資訊。臺灣檢方收到美光檢舉之後對聯電提告，當時聯電已經從盜取的技術中申請了部份專利，在美光控告聯華與福建晉華時，這兩間公司也在福建反告美光。而福建法院裁定，美光侵犯了聯電與晉華的專利，就算那些專利是由美光這裡盜取出來的。

美光並不是特例，半導體設備商威科也碰到了一樣的情況，福建的法院也做出了制裁威科的判決。美國國家安全會議裡的鷹派決心改變這個情況，他們建議川普政府對晉華進行財務制裁。川普政府在深思熟慮之後，決定用同樣對中興的手段對付晉華，禁止晉華購買製造晶片的美國設備。幾個月後，沒有生產設備的晉華產線進入了停頓，中國最新進的Dram公司就這樣被摧毀了。

華為已經爬上了技術階梯，從1980末期只做電話交換機，到2010年代生產最先進的電信與網路設備。而且它的研發開支媲美微軟、Google、英特爾等美國科技公司。它不僅為基地台生產硬體，也設計先進的智慧型手機晶片。美國現在面臨的一個迫切問題是：能讓這樣的中國公司繼續蓬勃發展下去嗎？

美國的國家安全會議如今主要把中國的競爭視為零和賽局。這些官員認為華為構成的不是商業挑戰，而是一個戰略挑戰。索尼與三星是總部設在美國盟邦的科技公司，華為則是美國主要地緣政治對手的科技龍頭。從這個角度來看，華為的擴張是一種威脅。國會也想要一個更強硬、更有戰鬥力的政策。

美國決定從晶片的鎖喉點管制開始，全球幾乎每個晶片都是使用益華、新思科技、明導國際之中至少一家的軟體。除了英特爾自己製造的晶片除外，所有最先進的邏輯晶片都是由三星與台積電這兩家公司製造，而這兩家公司都位於安全有賴美軍的國家。此外，製造先進的處理器需要的EUV曝光機只有荷蘭的ASML公司。當那麼多關鍵步驟所需要的機台、材料或軟體是由少數幾家公司生產時，要掐住晶片製程中的鎖喉點就容易多了。美國祭出了管制，華為沒辦法取得由美國機台製造的晶片。

台灣的兩難

台灣很難在美中對抗關係中間取得平衡。台灣在先進晶片製造方面佔了很大的比例。美國政府也在考慮先進晶片製造集中在台灣與南韓的問題，台積電與三星在美國的說服之下，開始在美國開設新廠。

這些在美國的晶圓新廠的設立，有部分是為了安撫美國政客，但也將為國防與其他關鍵的基礎設施生產晶片，美國比較希望在國內製造這些晶片。

不過，台積電與三星都打算把絕大部分的產能及最先進的技術留在自己國內。即使美國承諾補貼，也不太可能改變這點。美國國安官員也在討論是否利用晶片設計軟體與製造設備的出口管制，來脅迫台積電在美國和台灣同步推出最新製程技術。這些行動可能會開始減少全球對台灣晶片製造的依賴。但目前而言，美國政府並不願施加必要的壓力，因此全球對台灣的依賴仍會持續增加。