作者:陳華夫
中外媒體上,比較中美尖端高科技的文章要要嘛「親美反中」,要嘛「親中反美」,都是
一廂情願(wishful thinking)、缺乏查證翔實
註腳(參考文獻)、論證
邏輯幼稚的
文宣,嚴重的混淆了事實的
真相。
因為想要全面比較中美科技,必先要分別瞭解中、美兩國科技的
真相,這非普通個人或大眾媒體所能勝任,只有中美國家層級的
智庫或學術機構才能蒐集到國家正確的研究經費,論文及專利數量等數據,然後再做出令人信服的比較
真相。
我仔細檢驗〈
中美科技競爭〉報告,發現其長度是52頁,卻有169項
註腳(參考文獻),不僅資料翔實,且論證
邏輯中肯,並非「親美反中」或「親中反美」的
文宣。唯其出版近一年半,已無法反應目前事實的
真相。於是,本文蒐集迄今(2022/8月)的最新資料加以補充,並做出不少相異於
艾利森教授之結論。並且為了即時更新事實
真相,我會在
方格子平臺上適時更新中美激烈競爭的
半導體及
5G領域。讀者日後三不五時再點擊
方格子平臺的
連結時,即讀到更新後的
真相。
美國《
外交》雜誌2022/8/22日的文章報導:「2021年,中國的出生率降至歷史新低。中國目前的年齡中位數比美國大半歲左右,到2042年將比美國大近七歲,大致相當於日本現時的年齡中位數。據聯合國的一項預測,中國人口將在本世紀晚些時候下降得更快,到2060年將減少2億多人。中國勞動力的減少可能已經持續了十年,但經濟增長速度仍超過美國。」(見
中國的實力並未見頂——為什麼北京等得起)
最後,
艾利森教授總結為:「總而言之,儘管美國在過去半個世紀的技術創新,並在其他幾項技術中仍保持主導地位,中國已成為21世紀的尖端技術的重要競爭對手,尖端技術的應用不僅帶來情報和軍事霸權的變革,也會影響經濟增和政治的穩定。正如
美國藝術與科學學院 2020年文章〈
自滿的危險─美國處於科學與工程的臨界點〉的結論所說:『鑑於亞洲,特別是中國的進步,美國想要逆轉它自己的下滑將是非常困難的......如果我們忽略這個問題,我們公民的經濟福祉和我們影響世界事務的能力下降將是不可避免的。』」(
〈中美科技競爭〉第41頁)
而
OpenAI公司更於2023/3/15發佈了其最新的人工智慧模型
GPT-4,在美國律師資格考試、大學先修考試和SAT學校考試等多項學術和專業基準考試中表現出「人類水準的表現」。新模型可以透過ChatGPT的20美元付費版本訪問,它是多模式的,這意味著它可以接受文字和影像形式的輸入。然後,它可以使用文字解析和響應這些查詢。(見
GPT製造商OpenAI推出新模型GPT-4)
艾利森教授的報告中說:「據美國五角大樓國防創新委員會稱,“中國
5G 正在重演美國在
5G中發生的事情
4G。”儘管在
5G 標準和晶片設計方面具有優勢,但美國的
5G 基礎設施建設落後中國數年,中國
5G時代平臺發展的先發優勢。在電信領域——作為骨幹的基礎設施移動通信——國防創新委員會簡明扼要總結:“中國有望在
5G重演什麼與美國在
4G方面發生過。” 如果成功,中國將擁有在具有顯著商業、智慧、和軍事應用。」(〈
中美科技競爭〉第10頁)
並且說:「事實上,幾乎所有關鍵指標都支持中國將占主導地位的預測
5G的未來。到 2020年底,中國擁有1.5 億
5G用戶美國600萬; 700,000 個
5G基站到美國的50,000 個; 460兆赫美國 70 MHz 的許可中頻帶頻譜;和 300 Mbps
5G平均速度達到美國的 60 Mbps。五種主要
5G 設備中提供者,兩個是中國人;零是美國人。在過去的二十年裡,中國國家冠軍
華為市場份額從0%電信基礎設施成為世界領先的供應商
5G 設備,擁有 28% 的市場份額(而前美國國家冠軍朗訊和摩托羅拉從 2000 年的 25% 跌至今天的0%)儘管特朗普政府努力,作為前國家安全委員會工作人員形容它,“幹掉
華為”,這家科技巨頭仍然部署了超過 30 萬去年中國的
5G基站。華為在中國失去了市場份額手機,但它成功剝離了子公司
榮耀吞併
華為國內市場份額,成長為前五中國的智能手機製造商,同時躲避美國的製裁。
5G無線電接入網絡 (Radio Access Network ,RAN) 使用
5G無線電 FDD 頻率為設備提供無線連接,以提供這些令人難以置信的應用。習近平主席去年提出,
5G基礎設施是中國的重中之重1.4 萬億美元的新基建計劃,用於升級中國後疫情時期經濟。(〈
中美科技競爭〉第10─11頁)
2022/6月,中國千兆(1000Mbps)光纖網路具備覆蓋超過
5G4億戶家庭能力,已累計建成
5G基地站185.4萬個。網民持續穩定增長,較去年12月新增1919萬,讓網路普及率提升1.4個百分點來到74.4%,農村網路普及率也提升1.2個百分點達到58.8%。(見
大陸網民10.5億人 短影音成長最快速)
截至2022年7月,中國已許可的5G中低頻段頻譜資源共計770MHz,許可的中低頻段頻率資源總量位居世界前列,累計建成開通5G基站達196.8萬個。網絡基礎設施全面向IPv6演進升級,IPv6活躍用戶數達6.97億。中國移動通信實現從“3G突破”到“4G同步”再到“5G引領”的跨越,6G領域的願景需求研究、關鍵技術研發、國際交流合作加快。互聯網普及率從2012年的42.1%提高到2021年的73%,上網人數達10.32億人,移動電話用戶總數達16.43億戶,其中5G移動電話用戶達3.55億戶,約佔全球的四分之三。全國網絡零售市場規模連續9年居於世界首位。同時,電子商務交易額保持快速增長,由2012年的8萬億元增長至2021年的42.3萬億元,年均增長20.3%。電子商務、移動支付規模全球領先,網約車、網上外賣、數字文化、智慧旅游等市場規模不斷擴大。(見
數字基礎設施實現跨越式發展 5G移動電話用戶約佔全球四分之三)
4)量子科技(Quantum Technology):
英國《金融時報》報導(見
歐美科學家分享諾貝爾物理學獎)2022年諾貝爾物理學獎展示了:
「對
量子糾纏之『糾纏狀態』的粒子進行考察和控制的潛力。當兩個粒子處於
量子糾纏之「糾纏狀態」(用來表示量子鏈接的科學術語)時,一個粒子發生的事情對另一個無論相距多遠的粒子都會產生瞬時影響,直接駁斥了
愛因斯坦當年將它不屑地稱為「鬼魅般的超距作用」。但是這三位諾貝爾獎得主用
量子糾纏之糾纏狀態的光子(光粒子)進行了實驗,證實了早期量子理論家的預測─即
量子糾纏現象終將被證明是真實存在─是正確的。
使用
量子糾纏的意義在於,你可以將一個物體攜帶的訊息轉移到另一個地方,在那裡重構該物體。這種瞬時訊息傳輸經常被稱為「瞬間轉移」,不應該將其與《星際迷航》(Star Trek)等科幻作品中不切實際的瞬間轉移固態大物體的想法相混淆。
用糾纏光子進行的瞬間轉移實驗,已經通過中國與奧地利之間的7600公里衛星鏈路展示了
量子加密通訊的可行性。也許最具變革性的應用將是
量子計算,它為我們開啟了高效率、快速地進行複雜計算的途徑,「假以時日,實際應用可能包括更快地開發藥物和疫苗、提高電池效率、提高天氣預報的準確性以及通過量子加密來保護數據等,
量子科技的一項早期應用是在蓬勃發展的密碼學領域,即構建數字代碼以確保安全通訊。如果有人截獲
量子加密通訊加密的量子信號,
量子糾纏就會消失,訊息隨之消失。」(見
歐美科學家分享諾貝爾物理學獎)
所謂
量子晶片就是將量子線路集成在基片上,進而承載量子資訊處理的功能。由於
量子糾纏(Quantum entanglement)容易產生,並且對
量子退相干(quantum decoherence)很穩健,可作為量子信息的資源。(見
矽光子學三十年:個人觀點)借鑑於傳統計算機的發展歷程,如半導體量子晶片在
量子退相干間和操控精度上一旦突破
容錯量子計算的閾值,有望集成傳統半導體工業的現有成果,大大節省開發
量子晶片成本。
報告並給出下面兩個圖表:
艾利森教授的報告總結說:「在 2017 年的國會聽證會上,一位著名的美中問題專家簡潔地總結了美國量子資訊科學的衰落:“美國曾經是領導者……但缺乏資金,結構和體制問題,以及缺乏政府協調降低了必要的支持水準和一致性保持這一關鍵研究領域的能力。” 最近的舉措和增加的資金試圖糾正其中的一些缺點,但競爭還需要更多。與其他先進技術一樣,由於美國不壟斷
量子科技,它必須與擁有更先進技術的日本等戰略盟友和夥伴合作
量子加密通訊。白宮國家安全委員會負責技術與國家安全事務的協調員
傑森·馬瑟尼警告說:“我們[在
量子科技方面]的優勢是脆弱的。” (〈
中美科技競爭〉第20頁)
EE Times歐洲2022/8/11報導,「“許多大型且資金充足的組織正在努力構建具有數万甚至數百萬
量子位元的
量子計算機,而今天,最大的計算機擁有大約 100 個量子比特,這些更大的計算機將能夠解決一類新的問題,並實施糾錯以幫助他們克服當今計算機的一些問題。」(見
量子計算的現狀和下一步)
量子計算正在首次嘗試跳出實驗室進入現實應用的世界。最新的種種商業宣傳是否僅僅是引發泡沫的炒作?這些泡泡是否會等不到該領域真正落地的那天就破裂?投資者和部分研究人員是否應該對這場快速發展的技術革命投入高昂的熱情?Physics World 特約撰稿人菲利普·鮑爾(Philip Ball)調查了量子信息技術商業化的成功與隱患。(見
量子計算產業化 「泡沫」 有多大?)
(2)量子加密通訊:
用糾纏光子進行的瞬間轉移實驗,已經通過中國與奧地利之間的7600公里衛星鏈路展示了量子通訊的可行性。量子技術的一項早期應用是在蓬勃發展的密碼學領域,即構建數字代碼以確保安全通訊。如果有人截獲加密的量子信號,
量子糾纏就會消失,訊息隨之消失。(見
歐美科學家分享諾貝爾物理學獎)
2019/6中國科大潘建偉教授及其同事陳宇翱、徐飛虎等在國際上首次實驗實現全光量子中繼器的原理性驗證,為構建遠距離光纖量子網絡開闢了新途徑。該項工作成功驗證了
「全光量子中繼器」的可行性,在原理上使得
量子存儲器不再是搭建「量子中繼器」的必要條件,為實用化「量子中繼器」的研究開闢了新途徑。該成果將於國際學術權威期刊《自然·光子學》上在線發表。於是中國在衛星引起的糾纏方面屢創佳績,中國科學家並且在創紀錄的745英里(約1198公里)內實現了QKD(量子密鑰分發)。但有媒體文章報導:「美國內部評估100%確定量子通信是騙人的勾當,錢和人應該投入其他有真正意義的科研方向」(見
量子通信和計算是中國學術管理的頭號誤區)
報告並說:「首先,在
半導體製造方面,中國
半導體製造能力的全球份額,在1990年高於美國不到1%,如今已超過美國15%,而美國的份額已經從37%下降到12%。
半導體行業協會預計未來十年,中國將開發全球 40% 的新產能,成為全球最大的
半導體製造商,擁有 24% 的市場份額。此外,中國
半導體製造的全國冠軍,
中芯國際(SMIC)在過去十年中排名前五的代工廠,但去年突破
N+1 7納米工藝意味著其先進製造能力現在可以與
英特爾媲美。 第二,在
晶片設計領域,
華為的子公司
海思半導體已成長為
積體電路設計強國。 2020年成為首家闖入中國企業十大半導體公司,取代長期市場領導者。(〈
中美科技競爭〉第22頁)
報告並結論說:「不可否認的現實是,中國有成為
半導體的潛力領袖不能再打折; 而且,在目前的軌跡上,習主席很可能會實現中國2030成為
半導體行業的頂級玩家。」(〈
中美科技競爭〉第22頁)
美國於2022/8/9日出臺《
晶片與科學法案》(Chips and Science Act),計畫於2022-2026年間,用527億美元補貼建設和更新晶圓廠,並禁止接受晶片法案補貼的公司在中國和其他特别關切國家的擴建某些關鍵晶片製造,及在中國大幅增產「先進制程」晶片,期限為10年;違反禁令或未能修正違規狀況的公司,可能需要全額退還聯邦補助款。(
一周世界輿論聚焦:中美經濟呈現「脫鉤」趨勢的一周)
投行
傑富瑞的分析師們表示,美國實際上禁止的
英偉達(Nvidia)產品的最大客戶是
雲服務提供商、
互聯網和
人工智慧公司。
傑富瑞的分析師預測,這些大客戶將嘗試改用中國國產
圖形處理單元(GPU)替代品,雖然可能不完全相容於業界廣泛使用的
英偉達(Nvidia)
CUDA(
Compute
Unified
Device
Architecture,
統一計算架構),但中國自行開發功能齊全的
ECAD軟件只是時間問題。因為美國的工具「複雜度和先進度高得令人難以置信,所以你不可能在一夜間複製它們,但只要有足夠的資金和聰明才智,你可以逐漸接近(目標)」。(見
美國「卡脖子」將刺激中國晶片發展)
英國《金融時報》2022/8/17日報導,自新冠疫情爆發以來,半導體行業經歷了需求劇增和全球供應不足的局面,但現在突然面臨著一場突如其來的低迷。在存儲晶片、個人電腦處理器和其他一些半導體突然出現供應過剩之際,許多汽車和工業市場的製造商仍缺乏可靠的晶片供應。美國一些最大的晶片製造商因此被迫削減了數十億美元的計劃資本支出,而就在此時,美國政府剛剛通過了一項期待已久的《
晶片與科學法案》,以大規模補貼國內晶片製造能力。
VLSI Research資深首席執行官丹•哈奇森自上世紀80年代以來一直在分析晶片周期,他說這次轉變的速度和相互衝突的起作用的力量都是前所未有的。他說:「我從來沒有見過在同一個時刻,我們既庫存過剩又供應短缺。」
英特爾2022/7月宣布其最新一個季度的營收比預期下降了26億美元,降幅達15%。
英偉達是全球最大的
圖形處理器(GPU)製造商,其遊戲晶片的銷售較上一季度下降44%。最大的
存儲晶片製造商之一
美光科技的
自由現金流最大的
存儲晶片製造商之一
美光科技的
自由現金流─即從營運來的
現金流量扣減維持現有營運所需的
資本支出和稅金後之餘額─可能在未來3個月內變為負值。該公司最近幾個季度的平均
現金流量為10億美元。
中芯國際首席執行官表示,智慧手機和其他消費電子產品的需求已經放緩,一些公司甚至完全停止了訂單。一個月前,
台積電表示,預計庫存修正將持續到明年年底。(見
美國晶片製造商在疫情期繁榮過後突遇低迷)
第三類半導體技術門檻高,供應鏈與市場由科銳(Cree)、意法半導體(ST)、英飛凌(Infineon)及羅姆(ROHM)等IDM廠主導,突破不易。但臺灣逐漸成形的產業鏈上下延伸合作/整合模式將是臺灣產業擴大發展機會。由於目前晶圓/磊晶是第三類半導體主要供應瓶頸,若能具備該生產能力則具發展優勢。(見
第三代半導體仍是 IDM 廠主導,代工生存空間小,及
臺灣半導體擴大發展)
英國《金融時報》報導,美國2022/10/7宣布了新的半導體出口管制,美國冒了很大的風險;美中合作對雙方都有好處。在一個協調一致的國家安全聯盟中,供應生態系統越複雜,就越能抵禦來自敵對的第三國政府的脅迫,或者抵禦大流行病或其他自然力量的衝擊。美國最好不要獨自承受這種美中半導體脫鉤的風險,因為中國不僅可以阻止稀土等關鍵材料出口到美國,或者用廉價的基本晶片充斥世界,以擴大市場份額並增進全球依賴性。並且,更大的風險是在沒有盟友的支持下,美國正在引發一場不一定能贏的重大貿易和技術衝突,而中國已經在按照習近平的「雙循環」發展戰略建立國內的科技實力,朝著中國經濟的自給自足轉變。(見
美國獨自發起對華貿易攻擊未必能成功)
輝達(Nvidia)2022/11/7宣布將在大陸推出一款新高階晶片Nvidia A800,顯示卡(GPU),其數據傳輸速率為每秒400 GB/秒,而規避美國半導體新規,將速率限制在每秒600 GB/秒以上。科林(Lam)表示作為數據中心平台的引擎來說,A800性能仍明顯下滑。另據英國《金融時報》指出,包括上海壁仞智能科技在內的大陸晶片設計公司為爭取繼續由台積電生產,已自動減低運算速度;阿里巴巴也進行晶片設計的調整,藉由降低處理速度以規避美國的制裁。(見
輝達降規避禁令 售中國高階晶片)
據媒體報導:2023/2/28美國商務部公布了530億美元《
晶片與科學法案》的半導體生產補貼申請程序細則(生產補貼約佔390億美元),目標是要在美國建立「尖端邏輯晶片」的製造產業鏈,目前合資格的主要是世界一流
半導體大廠
台積電、
三星、
英特爾,並要求任何成功申請者必須與華府簽訂協議,保證在10年內不會在「任何受關切的外國參與任何涉及半導體產能實質擴充的重要交易」。(見
制華晶片法案細則出爐 拜登「一石幾鳥」的盤算)
報告報說:「中國生物製藥的增長主要由仿製藥、生物類似藥、以及龐大的國內消費群、中國的創新能力也一直在增長:在過去十年中,它的數量增加了兩倍“創新分子”研發至800個,10%處於臨床階段 和 25% 正在海外接受試驗。 儘管顯美國開發的創新 mRNA [新冠(COVID-19)]疫苗更有效,但
國藥集團和
科興科技開發的冠狀病毒疫苗都得到了WHO委員會的認可緊急使用,在所有疫苗中,已被用於為全球最多的人接種疫苗。儘管如此,國際社會明確的支持美國[新冠(COVID-19)]疫苗。」(〈
中美科技競爭〉第28頁)
艾利森教授的報告總結說:「從今天的事實來看,美國仍然是無可爭議的
生物技術領域的領導者,在創新方面具有顯著領先地位,其中七項十大最有價值的生命科學公司。但這多少誤導了大趨勢:自從中國將
生物技術列為國家重點發展領域之一在“中國製造2025”下的發展,它已經看到了大量的投資,
生物技術勞動力的改革和增長。《
自然雜誌》最近的一篇文章總結如下,“中國的生命科學公司仍在創新……憑藉積極的政府支持、十億患者市場和積極的勞動力,他們可能會挑戰美國的霸權
生物技術領域。” (〈
中美科技競爭〉第29頁)
艾利森教授的報告說:「儘管美國一直是新
綠色能源的主要發明者過去二十年的科技,今天的中國是世界第一這些技術的領先製造商、用戶和出口商,鞏固對
綠色能源供應鏈的壟斷未來。(〈
中美科技競爭〉第4頁)
「中國已經跑在美國和其他國家的前面,稱霸
綠色能源供應鏈的關鍵環節,包括裝備製造、原材料和能源儲存。利用其作為世界工廠,中國現在是主要製造商生產可再生能源的設備。2000 年來自生產不到1%的
太陽能電池板數量,中國現在供應了全球 70% 的
太陽能電池板。 相比之下,美國的份額出現了驚人的逆轉,從 2000 年30%到今天不到 1%。世界十大風力發電機組中的四台生產商是中國人,控制著全球 40% 的市場,而 12%為美國控制。這些
製造業優勢定位了中國作為最大的
太陽能和
風能生產商,擁有超過三個
太陽能發電能力是美國的兩倍,
風能發電能力是美國的兩倍。」(〈
中美科技競爭〉第31頁)
「正如世界經濟論壇所承認的那樣,“向零排放的轉變能源生產和運輸意味著一組新的元素將成為在這些新要素中,中國幾乎壟斷了幾個
太陽能電池板、
電池和其他
綠色能源技術所需的關鍵投入,包括化學鋰(佔全球產量的 50%)、多晶矽(60%)、稀土金屬(70%)、天然石墨 (70%)、鈷精煉 (80%) 和稀土精煉(90%)。而在中國國內缺乏資源的情況下,它已經在海外獲得了保障。中國公司擁有 14 家最大的公司中的 8 家剛果民主共和國鈷礦(佔 30%)全球產量和世界上最大的鋰儲量的 51% 的股份(與其他
資產相結合,使中國成為最大的
硬岩鋰佔全球產量的 50% 以上)。 與此同時,美國進口其 40% 的鋰、80% 的鈷和 100% 的石墨。美國可能需要 20 到 30 年才能在採購方面趕上中國
綠色能源原材料。」(〈
中美科技競爭〉第31─32頁)
「在儲能方面,彭博新能源展望預計中國控制80%的
電池原料精煉,77%的
電芯產能,60% 的
電池組件製造。其評估表明“像
寧德時代這樣的中國製造商,從無到有,在不到 10 年的時間裡世界領先”,而“美國”在2020年仍憔悴的停留在第六名的位置。”未來十年,近75%的新型
鋰離子電池工廠將建在中國。作為世界上最大的
氫生產商、中國和歐盟兩者都引領綠色
氫能發展——兩人每年在研發上的花費總計 20 億美元,是其十倍以上能源部的每年撥款 1.5 億美元。這些優勢貫穿
綠色能源供應的每一個環節在可預見的未來,中國將成為全球領導者。」(〈
中美科技競爭〉第32頁)
「事實上,這可以從當今
綠色能源技術的最佳例子中看出:
電動汽車(EV)。中國已經成為最大的生產國和
電動汽車市場,2020 年售出 130 萬輛
電動汽車(超過 40%全球銷售額)與美國的 300,000 輛相比中國在電動汽車中的份額從 2013 年美國的 20% 增加到今天的 200%。到2028 年,美國每生產一輛
電動汽車,中國將生產近六輛
電動汽車。中國
電動汽車充電站全國突破100萬座,2019 年以每天 1000 台的速度安裝,而美國僅安裝了 10萬座。中國公司
比亞迪佔據了 90%電動巴士市場,為洛杉磯和新城等城市提供巴士York 認識到中國有望主導
電動汽車的未來,拜登總統宣佈:“在目前的世界上之電動巴士和
電動汽車供應的競爭上,我們遠遠落後於中國。”
雖然美國的優勢在於突破性創新,中國的優勢在工藝工程的規模化,正如前能源部長歐內斯特·莫尼茲(Ernest Moniz)部署
綠色能源技術之際所說“幾十年來,美國已經顯示出無與倫比的培育能力能源創新。”在
碳捕獲和封存 (CCS) 方面技術,美國擁有世界上一半以上的大型
碳捕獲和封存 (CCS)設施和生產的
碳捕獲和封存 (CCS)出版物最多。去年 12 月,美國初創公司 QuantumScape 展示
鋰金屬電池更安全,更持久,可以增加電動汽車的續航里程超過80%,這是被
麻省理工科技評論視為與 mRNA 新冠疫苗和「生成型已訓練變換模型 3 」(Generative Pre-trained Transformer 3,簡稱 GPT-3)一起的 2021年十大技術之成就。雖然中國現在是其最大的
電動汽車市場,但
特斯拉不可否認,它是美國創新
生態系統的產物,也是美國政府高級能源研究機構的最高成就。」(〈
中美科技競爭〉第33─34頁)
結論:
中美博奕大戰略之中美尖端高科技爭霸的真相可以總結為下表: