[心得] 晶片戰爭 - 晶片開啟的新賽局

看板book作者happyennovy (喵)時間10月前 (2023/07/16 21:49)推噓3(3推 0噓 4→)

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網誌版：https://vocus.cc/article/64b15a38fd897800012b15fe 本書今年3月甫出版及造成轟動，我跟風買了momo平台的限定版黑色晶圓封面，因為認為比一般發行版的白色封面好看 (限定版目前已絕版)，但是由於當時手上正在閱讀另一本醫學科普大作「萬病之王」，一直拖到5月我才開始閱讀本書，看完不禁折服於本書作者和譯者的深厚功力，可以把半導體產業寫得如此精彩。身為相關從業人員，過去自己一直不是很想深入研究晶片業，本書對我來說是一門很精彩的通識課程。作者克里斯・米勒（Chris Miller）是美國企業研究院客座院士，擅長美俄史。他在過去長期研究美俄冷戰中，梳理出「晶片」是美國在冷戰中的致勝關鍵，因此決定以晶片發展以及對國際情勢的影響作為主軸，以淺顯易懂的通俗的方式將晶片和半導體產業介紹給世人。本書架構宏觀，娓娓的描述電晶體自實驗室被製造出來後整個晶片產業的發展脈絡。他不僅介紹了半導體發展簡史，更以自己拿手的地緣政治和國際關係，精彩地說明晶片地發展如何主導冷戰的結果、如何造就亞洲科技產業的崛起、以及近期的美中對抗情勢。冷戰致勝的關鍵：晶片的運算力現代科技發展多源自軍用需求。冷戰初期，美俄雙方皆難以做到精準打擊。根據美軍統計，他們在越戰時候發射的麻雀飛彈命中率不到1成。當時即便已有真空管的計算器，但其體積龐大且難以維護導致於難以應用於實戰。直到美軍將德州儀器 (Texas Instrument Corp.)晶片裝到飛彈的雷射導引裝置上，成功的炸毀他們在越戰中始終於法得手的頷龍橋。有了如此重大成果後，美國國防部持續推動將晶片導入武器和航太科技中，不但奠定了美軍現代精準武器發展的基礎，這也使美國一舉超越冷戰前期的太空發射技術保持領先的蘇聯。蘇聯情報單位KGB了解晶片的重要性後，試圖從歐美竊取製造技術、甚至生產設備，但徒勞無功，此乃是因爲美國發展晶片業並非單打獨鬥，而是提供他國移民的精銳科學家舞台、搭配提供勞力便宜的盟友合作生產，才得以建立矽谷這個半導體帝國。蘇聯也因為晶片難產，難以在武器的設計階段就導入整合，以至於武器現代化程度和美國的差距越來越大。最後，蘇聯徹底的輸了。值至近日仍可以看到美國的戰機設計理念導入越來越多的電腦輔助系統為主，不再需要一味追求極致的機械結構，而俄羅斯的的蘇愷要維持近同等水平的對抗，仍需仰賴優異的氣動力學設計和大批人力維護。近期西方提供給烏克蘭的精準打擊武器也在烏俄戰中扮演關鍵角色，晶片已成為引導戰爭結果的關鍵! 然而軍用和航太業對於晶片的需求仍不足以支撐資本龐大的晶片產業鏈。當軍用訂單的收入無法支撐晶片公司持續購入機台或投入後續先進製程研發時，公司往往會轉向開發民用產品市場，以尋求更大的利潤，例如無線通訊機、個人無人機等皆是依循這樣脈絡發展而成的產品，在軍方術語也被稱為軍民通用科技（dual-use technology)。不少軍事迷常笑稱人類生活品質的提升來自於戰爭的需求。電晶體的發明者 VS. 半導體產業的先驅 1956年與威廉肖克利 (William Shockley)、沃爾特布拉頓(Walter Brattain)、約翰巴丁 (John Bardeen) 因發明電晶體而共同獲得諾貝爾物理學獎。後來肖克利離開貝爾實驗室，不久後決定自立門戶成立「肖克利實驗室股份有限公司」。然而，好的科學家未必是好的企業經營者，肖克利的怪僻、偏執導致被他稱為八叛逆 (Traitorous eight) 的其中 8位菁英工程師離開，並創立了快捷半導體 (Fairchild Semiconductor) 。接著8叛逆中的其中2位又再度離開快捷並創辦英特爾，分別是勞勃諾伊斯 (Robert Noyce) 和提出摩爾定律的戈登摩爾 (Gordon Moore)。英特爾創立的同時，德州儀器也同時在研究電晶體。工程師傑克基爾比(Jack Kilby)發明了積體電路，和英特爾的諾伊斯並列積體電路發明人。起初，德儀的晶片是為軍事計畫特製，但趨於0%的良率讓人失望，直到台積電創辦人張忠謀的加入，張忠謀的謹慎和細心，很快的幫德儀將良率提升到3成以上，同時創立一個「專注製造晶片的公司」這樣的想法很快在他心中萌芽。美國製造的終結，亞洲崛起的曙光積體電路的生產仰賴工程師的創新、製程的精密控制以及便宜高品質的人力，三位一體，缺一不可。快捷半導體、英特爾和德儀旗下擁有當時最優秀的工程師和美國最先進的產線，但是晶片的製造成本仍高居不下，壓縮公司的利潤。終究晶片製造在公司利益的拉扯之下，還是不免跟輕工業一樣，從最基本組裝到近一步製造，逐漸從美國往亞洲外移是必然趨勢。最早全力進入晶片產業的亞洲國家為日本，這也是1970年代起國務院推行符合美國利益的外交政策：盟友好，美國好，Sony 創辦人盛田昭夫趁勢積極切入晶片產業。Sony 從電晶體收音機起家，引領了日本其他大型企業加入晶片供應鏈，於是美國的晶片產業攢在手上金雞母剩下晶片設計了，無論是晶片的生產還是曝光機的生產皆已被日本甩開，一片愁雲慘霧。爾後為了制衡日本，美國大玩合縱政策，在南韓、新加坡、台灣也都佈局晶片產業，造就現今了三星電子。張忠謀則是在時任經濟部長李國鼎的拉攏之下，來到台灣創立台積電，築夢「專注於製造」的晶片製造公司。最早因晶片組裝而發跡的香港，到後來居上的日本、韓國、台灣，以及近年積極發展晶片產業的中國、新加坡、馬來西亞，半導體產業儼然逐漸成為東亞國家的經濟命脈。先進晶片的大餅只留給具有彈性跟隨市場脈動、不斷創新且有持續投入研發資本的企業，如有政府政策和資金幫助更是如虎添翼，這是在自組裝和製造逐漸外移亞洲就可以預期的狀況。曾為晶片發展龍頭的美國企業難以力挽狂瀾，自1970年代美國晶圓製造商和光刻機設備商起起落落，失敗者被淹沒在歷史的洪流；一時叱吒風雲、壟斷個人處理器市場的英特爾，因錯過了行動裝置的市場，加上太晚投資EUV投入生產，如今營收也持續下滑，光芒不再。然而，亞洲的戰況也一樣激烈，隨著市場上對 DRAM、通訊晶片的需求大增、蘋果的橫空出世、以及物理定律的極限，惟有快速應變、跟上市場脈動才能存活。強權較勁的新局面，晶片鎖喉戰本書 3/4 的篇幅都在訴說晶片產業鏈如何成形，最後 1/4 對中國的晶片鎖喉戰是我認為最有趣、也最貼近台灣利益的部分。中國為何在習近平掌權後突然「狼性」大發，不如過去幾個國家主席一樣在以經濟改革開放掩護，透過要求外商在中國設廠時轉移部分晶片設計和製造的技術，而是加強智慧財產權竊取的力道，最終將晶片戰爭搬上檯面? 中國的武器系統承襲俄系製造，自知若不加強晶片設計及製造能力，恐重蹈覆轍俄羅斯在冷戰時期所犯的錯誤。晶片設計、製造，乃依賴晶片設計公司依需求設計邏輯晶片或通訊晶片，再交由台積電、三星、美光等製造商設計製程並製造，後續又須仰賴人力的測封，製程又牽涉到特殊化學材料和曝光機開發。即便以國家之力投入資本，也難以周全所有的環節。設計晶片需要特殊的軟體，但培養設計晶片的人才所花時間和成本不如開發製程般遙不可及，現今華為已有不錯的設計能力，但製造就不是這麼一回事了。因此即便中國一直試圖的建立自己的晶片產業，並利用龐大人口市場紅利脅迫美國的晶片廠商轉讓技術、甚至不惜剽竊智慧財產權，中國所需的晶片仍有 90% 以上仰賴進口，而且都自來自美商。真正讓美國如芒刺在背的是中國的軍事技術發展，若讓中國獲得高階晶片那中國對美國安全的威脅跟昔日蘇聯不可同日而語。美國在川普執政時期針對晶片的關鍵技術對中國進行鎖喉，禁止高階晶片及相關製造設備出口給中國，這下中國不旦不能開發自己的晶片技術，連掏出銀子也未必買的到晶片，中國至今仍積極尋找突破口。但對美國來說光是對中國使出限制出口的鎖喉技，仍不能保證美國國家安全，因為全世界超過一半的晶片是來自台積電製造 ---- 完全在中國飛彈射程之內。這對美國以至於世界上其他國家來說是一個重大的國安和經濟隱憂，因此除了美國之外，歐盟也積極建立自己的晶片製造能力 (當然，從目前為止看到國際政治角力結果就是要求台積電去當地設廠)。結語米勒認為蔡英文主張「台灣是一塊矽盾，讓台灣得以保護大家，避免受威權政體激進地破畫全球供應鏈」是一個過於樂觀的看法。我個人認同作者的看法，身為台灣人我們面對的是一個難以捉摸的極權政府，而且擁有壓倒性的武力優勢，我們無法預期對岸是否會考量晶片供給的穩定性而選擇不犯台，他可能選擇採取更激進的「玉石俱焚」策略，尤其是美國施加了更強力道的鎖喉戰。至於對於高階晶片有需求的國家例如日本和歐盟，真的會為了確保晶片供給穩定而介入台海局勢嗎? 我個人不敢過於樂觀。最後，台灣本身是缺乏資源的小島，晶片製造除了先進的機台和高品質的人力，尚需大量的水和電。針對氣候變遷，國際組織又制定了「碳稅」，先無論這是否金融界的陰謀亦或是環境保護的立場，台積電必然也會採取相對措施，以維持獲利。種種跡象暗示台灣晶片製造的前景不明，台灣的當局應戒慎恐懼、步步為營。矽盾護的了台灣嗎? 我想市井小民的我們也只能等時間給我們答案了。最後，本書的 reference 厚達 41頁，足以證明作者為求內容完備下足了工夫。對晶片產業有興趣的門外漢，本書是很好的切入的科普著作；對於從業人員和投資人，本書視角宏觀地介紹晶片產業的過去與未來，亦使人獲益良多。硬要雞蛋裡挑骨頭，就是本書在極紫光EUV的物理原理描述有些不正確的地方 (注)，但整體來說仍瑕不掩瑜。注： p.281 「以雷射照射錫球以50萬度的溫度 (太陽表面溫度的好幾倍) 將其轟擊成電漿體。」實際上在電漿領域所說的溫度指的是電子溫度 (electron temperature, Te)，並不是一般我們認知的溫度，而是指電子動能；太陽表面溫度 5772K 是真實的溫度。EUV 產生極紫光的原理簡單來說就是雷射誘導電漿生成 (laser-induced plasma)。 p.283 「就像 X 光那樣，很多材料會吸收 EUV，而不是反射 EUV」。這邊吸收應該改為穿透才符合實際的物理現象。波長極短的光會穿透大部分的物質，而雷射的原理是在兩片有特殊鍍膜的極高度反射鏡 (通常是99.5% 以上的反射率) 間建立形成雷射共振腔，將雷射的能量疊加。容易穿透大部分光學鍍層的短波長光源如EUV 和 X 光不易形成雷射共振腔。書籍資訊書籍原名：Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology 作者：克里斯・米勒（Chris Miller）出版社：天下雜誌出版日期：2022年3月1日 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.25.15.121 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/book/M.1689515360.A.B10.html

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slein

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Misscat16868

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