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“特朗普封锁中国前, 我们为何生产不出符合国内需求的芯片?”

文化纵横  · 公众号  ·  · 2025-01-25 18:22

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——中国芯片产业破局之路


先进制程的芯片制造是当前全球科技和产业竞争的前沿。 [1] 自美国出台《芯片与科学法案》大举补贴芯片制造以来,日本、印度及欧洲乃至东南亚国家和地区都纷纷出台芯片产业补贴政策,美日欧等发达国家更是重点瞄准5纳米制程以下尖端芯片制造。先进制程是美国遏制中国高科技产业部门进一步发展的焦点,过去四年里,拜登政府一步步收紧特朗普开始的技术出口管制,试图利用美国及其盟友对“卡脖子”关键技术的控制,将 中国的芯片制造锁死在14纳米节点。 中国芯片产业如何突破关键技术限制、如何自主发展先进芯片制造,是摆在科技和产业界面前最重要的课题。

本文将从公共政策和产业史的角度来探讨这个话题。先进制程节点――一个枯燥而模糊的工程技术和营销术语, 一个在十年前只有书呆子 (nerd) 才会讨论的话题——在公共政策制定者的推动下竟成为国际竞争的焦点和老百姓争相议论的话题,本身已说明了政策话语的重要性。 然而,鲜有人反思的是,如美欧这般用先进制程节点的概念作为产业政策制定的依据是否具有合理性。先进制程对于提升芯片性能的作用不容置疑, 但是政策制定者对制程节点的执着更多来自对“摩尔定律”这类规律的信仰。 通过对全球芯片产业变革和中国发展芯片产业历史的梳理,我们很容易发现这种迷信根本站不住脚。

摩尔定律、产品平台与全球芯片产业变革

1965年,英特尔创始人之一的戈登 · 摩尔在为《电子》 (Electronics) 杂志撰写的短文中总结了一个芯片产业的规律:自1958年集成电路发明以来,每块芯片上可容纳的晶体管数量大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。这意味着大约每隔2年,芯片的性能会提升一倍,而获得同样性能的成本会降低一半,这便是著名的摩尔定律。摩尔定律诞生以来,芯片技术突飞猛进,半导体工业快速发展,成为现代信息社会最核心的高科技产业部门,摩尔定律也因此成为广受信奉的铁律。

摩尔定律的有效性并非没有争议。实际上,摩尔定律并不是基于某种自然规律的科学定理,而是对经验的归纳――戈登·摩尔最初只预言了十年的发展,并没料到芯片技术可以维持长期的快速进步,以至于摩尔本人后来曾多次调整摩尔定律的表述。摩尔定律自身的表述也非常宽泛,很容易在不同的场景下被重新解读。例如,模拟芯片的发展从来就不符合摩尔定律。 大约从21世纪初开始,为了在每块芯片上容纳更多的晶体管数量、而缩小单个晶体管尺寸所产生的成本越来越高,以至于在多个技术节点,制造困难带来的成本上升开始超过缩小晶体管带来的收益,使得下一代晶体管比上一代更贵。 到了2014年以后,长期引领技术发展的英特尔花了5年时间才完成从14纳米向10纳米制程的升级,远远超出2年。即便英特尔进展缓慢有自身的问题,当前最为成功的芯片公司——英伟达的CEO黄仁勋也从2017年起就多次宣言摩尔定律已死。

然而,恰恰是因为摩尔定律并非真正的科学定律,使得以上争议并不能真正撼动摩尔定律的地位。 摩尔定律之所以对整个芯片产业产生了持久而深远的影响,在于它设定了一种竞争的节奏,创造出全社会(包括政府、产业界和消费者)对芯片产业持续引领技术进步的一种期待。 这意味着,如果在位企业不能以某种形式满足这种期待时,那么它不仅被后来者取代便是理所当然的(而无法诉诸质量、品牌等常见的垄断手段),而且日后的追赶可能也会非常困难。对于公共政策制定者来说,维护技术领先的龙头芯片企业地位就成为保持本国尖端产业竞争力的第一要务。 从这 点出发便很容易理解,每当美国半导体企业的领先地位发生动摇时——上一次是在80 年代面临日本的挑战,当下则是台积电取代英特尔掌握最先进的制程——华盛顿的政客们都会极度的惊恐。在摩尔定律的指引下,先进制程节点成为最为重要的产业政策目标之一。

但是,摩尔定律真的就是驱动芯片产业发展最重要的动力吗? 纵观集成电路诞生以来,摩尔定律下的快速技术进步固然是芯片产业发展的明线,每隔约20年的计算机工业产品平台的更迭则是推动芯片需求扩张、新旧产业龙头交替的另一条“暗线”。 集成电路芯片在发明初期主要用于航空和军事用途,造价昂贵,进入60年代以来,才在民用市场上找到出路。迄今为止,拉动芯片需求的计算机产品平台主要有三代。 [2]

第一代是从20世纪60年代到80年代的大型机 (mainframe computer) 和小型机 (minicomputer) 美国IBM公司在1964年发布大型机“System/360”系统,引入晶体管电路设计,获得巨大市场成功。为了最大化利润,IBM投资自有工厂生产 芯片,在70年代时,仅靠生产自用的芯片就成为全世界最大的芯片制造商 。同一时期,以DEC公司和王安电脑为代表的初创公司们利用集成电路芯片生产出比大型机更小、更便宜的小型机,打开更大的民用市场。

第二代是从80年代到21世纪初的个人电脑 (PC) 基于英特尔x86微处理器和微软操作系统的廉价个人电脑带来了计算机家用市场的爆发,开启了20世纪末的互联 网经济繁荣。自90年代起,由于个人电脑和服务器成为最大的芯片市场,英特尔也从一度濒临破产再度成为世界半导体工业的领导者,并在接下来二十多年中引领先进制程。而上一代计算机工业的佼佼者此时纷纷陨落,王安电脑在1992年破产,DEC于1998年被康柏收购,连巨无霸IBM也退出了个人电脑业务,最终在2015年将芯片生产业务出售给格芯。

第三代是从2007年苹果公司推出iPhone起至今的智能手机。 智能手机产业的快速发展伴随着半导体工业的新分工模式――无厂芯片设计公司 (fabless design house) 和纯晶圆代工厂







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