作為像我這樣的半導體小白,Chris Miller的這本《晶片戰爭》無疑是最適合入門一本半導體當代史,它很生動而且無痛地介紹了半導體這個產業的發端,以及如何形塑現代的社會,除了工業、商業上的歷史發展,當然,也包含地緣政治議題,寫得像一部小說,本書的前半部,讀起來像是半導體的《光榮與夢想》。
你不需要預先懂得艱澀的技術名詞,書中也會利用章節很白話地闡釋那些牛逼的技術是如何成就的,以及這項技術為何這麼牛。最讓我印象深刻的,是那章寫到「EUV」(Extreme UltraViolet lithograpy,極紫外光微影製程),也就是現階段台積電先進製程使用的ASML出品的極紫外曝光機。
我曾經看過網路上的一篇文章提到:自從萊特兄弟發明飛機以來,到人類造火箭登陸月球,一共花了幾年?答案是只花了66年(1903年~1969年)!半導體的發展速度比人類上太空的速率更快,如同人們常常提到的摩爾定律(Moore’s Law),1948年,當時還在貝爾實驗室的William Shockley發明了電晶體,而如今,晶片上的電晶體長度縮小到以奈米為刻度,人類生活上所使用的產品、—無論要上太空,或是要開車出行—沒有不使用晶片、不倚賴晶片進行運算與控制的。
這本書對台積電,乃至張忠謀可說是推崇備至,當然在現今的世界中,台積電...甚至是台灣,已是半導體產業中舉足輕重的角色,過去人們談論「金拱門理論」(Golden Arches Theory),今天,眾所周知台灣政府把台積電當成「矽盾」,台積電不只能撐起台灣股市,也能撐起台灣國防,更能滿足全球性的先進半導體晶片需求。
全球化與鎖喉
晶片製造產業的生態系可以說是全球化時代的典範,依據台積電年報上所揭露的供應商,矽晶圓來自日本、德國與台灣,加工矽晶圓所用的設備來自荷蘭,控制設備的軟體來自美國,蝕刻用的化學原料來自法國與德國,服務著來自美國的客戶蘋果,曾經中國的華為是第二大客戶,而它絕大部分的產能與製造產地位在台灣,你可以說,台積電如今的壯大,不是單靠一個國家內部的供應體系就可以滿足的。
而把台積電推向神壇高峰的ASML,其所出品的極紫外曝光機更是匯集了各個國家的科技,書中是這麼描寫EUV技術本身的「不可能性」,為了要在更小面積的晶片上蝕刻出高密度的電晶體與圖案,你需要波長足夠短的極紫外光,但是要產生極紫外光並不是裝一顆電燈泡這麼簡單,來自加州的Cymer公司發現,最佳的辦法是發射一個直徑為1/3000萬米的小錫球,使它以200英里的速度穿過真空,然後用雷射加熱這顆錫球,再以大約50萬度的溫度把它轟成電漿體,上述的過程每秒重複5萬次,就能產生製造晶片的EUV量(說得好像很簡單那樣)。
但是接下來的問題又來了,哪裏去找雷射?產生的熱能又該如何散熱?Cymer的工程師找到德國的公司Trumpf,Trumpf提供了精密度極高的雷射器,以及以磁力漂浮風扇的鼓風機。
接著,EUV生成之後,還需要利用多個反射鏡與透鏡來收集極紫外光,使它導向矽晶片上,於是他們找上德國的Zeiss。最終ASML花了將近30年的時間,設計出一架極其複雜的機器,裡面使用的元件有數十萬個,各項技術、各項元件來自數千個來自世界各地的供應商,當然,不能不提的,為了開發這樣不可能的技術,更是結合了美國Intel、韓國Samsung、以及台灣台積電所投資的資本。
這個產業現在如此發達,要感謝全球化的興起。然而這個產業真的這麼「全球」化嗎?
書中提到,全球前三大晶片製造公司(晶圓代工?)是台積電、Samsung與Intel;全世界每年生產的晶片中,有90%的記憶體晶片、75%的邏輯晶片在東亞地區生產(這當中還以台灣地區最高);晶片設計主要集中在美國,晶片製造集中在東亞,而最主要的晶片需求國家則是中國與美國,這是個看似全球化,實則掌握在特定幾個國家,甚至幾個主要廠商的產業,而隨著科技越來越進步,要投資設立一家晶圓代工廠的進入成本越來越高,任何後進者想要追上這些領導廠商都變得遙不可及。
也因為這樣既全球又集中的產業特性,使得美國想要對付中國,只要禁止所謂的關鍵原料、關鍵技術...等出口到中國,而這一切,又只需要有辦法控制少數幾家廠商就可以達到完美的打擊,美國正是利用所謂的「武器化的互賴關係」(weaponized interdependance)掐死福建晉華(以書中描述的那個歷史時點而言)、得以重挫華為,使得所謂晶片鎖喉(chip choke)策略變得可行,幫助美國打贏新一波貿易戰。
美國從冷戰時期學到如何戰勝蘇聯的手段,如今也廣泛且擴大地應用在對付中國之上。
創新者的窘境
不過,書中上讓我感到困惑的一點在於:如果半導體/晶片對於國家安全、科技發展、產業升級這麼至關重要的話,為什麼美國不早一點對這個產業開始進行補貼?或是更早地推出晶片法案?如同孫子兵法所言:晶片,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。
電晶體,乃至於後續的半導體、晶片,是在美國被發明出來的,怎麼在半個世紀過後,美國變得好像有那麼點「落後」了呢?當然其實這種比較過於片面,半導體產業是有上下游、是有生態系的,美國廠商製造方面可能不如台積電,但是蘋果的晶片設計則可以排得上全球頂尖,只是在這個去全球化脈絡下的現在,再加上地緣政治、中美角力之下,實體晶片的「生產」這件事變成一個國家的存亡之道。
那麼,曾經為行業龍頭的Intel是如何錯失這個寶座的呢?我們先看看台積電是如何「超車」的,除了張忠謀的「大同盟」策略奠定基礎之外,當然還有台灣地區相對偏低的薪資成本、刻苦耐勞的工程師,書中提到媒體對蔣尚義的訪談,蔣尚義提到:在台灣,產線如果半夜1點出了問題,台灣的工程師會在半夜2點前搞定,不但工程師們不會抱怨,他們的配偶也不會抱怨。
但我認為還有額外的一項,那就是長期低廉的資金成本率,例如日本與台灣;此外,亞洲央行也更傾向於透過貶值來維持產品出口的「競爭力」。 在美國,房貸利率5%~8%是很常見的事情,在台灣,房貸利率2%就有人喊貴了。
從書中的內容,我們可以看到關鍵的轉折點在於:抓住了行動電子設備的興起(也就是iPhone),另一個就是「膽大包天」地擁抱EUV技術,如前面提到的,那是個花了ASML近30年集結了許多看似不可能的技術與龐大資本的產物,一座機台造價一億美元,連競爭對手格芯(GlobalFoundries)最後都不得不放棄前期投入的尖端科技,因為,他們沒把握賺得回這台設備所投入的資本支出。
Intel怎麼就錯過了這個關鍵的轉折呢?美國是個發展到極致的資本主義社會,基本上尊重市場經濟,公司長得太大還有反托辣斯法限制,作為一個在NASDAQ上市的資本市場寵兒,要投入這個不知道行不行得通的新技術?不知道能不能賺得回來的重大投資?重要的是,這會影響當期損益,會連帶影響股價,當然,也會影響華爾街那票機構投資人的績效,稱職的投資銀行家會建議他們,還是別投資在自己看不懂的東西吧!
更何況,在Steve Jobs首次推出iPhone的當下,多少人嗤之以鼻?認為這不是傳統手機業者的產品,不過是一家電子公司小打小鬧的玩具罷了,把這些錢拿去買台灣50、不然也買幾手VT,做個樂活的葛洛夫大叔,幾年後資產就翻倍啦!(這當然是設計對白)
Intel的高管不可能沒讀過Clayton Christensen的《創新者的兩難》,但這就活脫脫是創新者書中提到的窘境啊!這或許就是(資本)市場經濟體系的日常,你會說這些經營者沒有遠見,但這是倖存者偏差,把書本闔上,如果你是張忠謀,回到那個時刻,你是憑藉著什麼條件與準備,下這個轉向佈局行動設備市場、投資EUV的決策呢?別忘了台積電的股價也曾經每股50元過。
這可能是美國與亞洲國家的不同,即便是偏向市場經濟的南韓與日本,亞洲國家相比美國而言,比較傾向於大有為政府帶動的產業政策,南韓與日本都培養出財力雄厚的大財閥,這是美國沒有的。
更何況是中國,除了國營企業主導產業競爭力,也針對特定產業補貼,甚至默許自己國家的廠商竊取國外的先進技術,中國還搞了個「大基金」專門大撒幣式地硬要「投」出一個晶片廠出來。美國人—尤其川普—不甘願了,該讓你嚐嚐奪命剪刀腳的厲害......。
故事未完待續,台灣位居中美兩大國博弈間的關鍵地位,大概與伯羅奔尼撒戰爭裡的雅典藩屬國有87分像,作者在最後幾章算是有客觀地提出他給台灣以及中國的建議與見解,我就不一一陳述了,留給對這本書有興趣的人自行翻閱。