美国，真能锁死中国芯片吗？

来源:半导体行业观察发布时间:2023-07-13937浏览

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去年10月，美国工业与安全局发布了一份文件，在其139页的繁琐官僚术语和详细的技术细节之下，美国给中国芯片产业套上了新的枷锁。由于其来源相对模糊，这一行为的规模变得更加引人注目。美国商务部是资金规模最小的联邦部门，商务部有 13 个局之一，其中的BIS 的规模很小：其 2022 年的预算刚刚超过 1.4 亿美元，约为单个爱国者防空导弹电池成本的八分之一。该局雇用了大约 350 名员工，他们共同监控世界各地发生的价值数万亿美元的交易。

在冷战最激烈的时期，对苏联集团的出口管制最为严格，BIS 是西方防御的重要枢纽，每年处理多达 100,000 个出口许可证。在 20 世纪 90 年代相对和平与稳定的时期，该局失去了一些存在的理由——以及人员和资金——并且许可证数量减少到每年大约 10,000 个。如今，这一数字已达到 40,000，并且还在不断增加。凭借庞大的贸易黑名单（即实体名单）（目前有 662 页并且还在增加）、众多先前存在的多边出口管制协议以及针对俄罗斯和中国的持续行动，让BIS 比以往任何时候都更加忙碌。“我们将 100% 的时间花在制裁俄罗斯上，另外 100% 的时间花在中国上，另外 100% 的时间花在其他所有事情上，”马特·博尔曼 (Matt Borman) 说，

近年来，半导体芯片已成为该局工作的核心。芯片是现代经济的命脉，也是从 iPhone 到烤面包机、从数据中心到信用卡等所有电子设备和系统的大脑。一辆新车可能有一千多个芯片，每个芯片管理车辆操作的不同方面。半导体也是量子计算和人工智能等有望在下个世纪彻底改变生活的创新背后的驱动力。例如，据报道，OpenAI 的 ChatGPT在 10,000 个目前可用的最先进芯片上进行了训练。

通过10月7日的出口管制，美国政府宣布其意图削弱中国生产甚至购买最高端芯片的能力。该措施的逻辑很简单：先进芯片及其驱动的超级计算机和人工智能系统可以生产新的设备。然而，就其影响范围和意义而言，这些措施的范围极其广泛，其目标远比中国的安全国家更广泛。。“这里的关键是要了解美国想要影响中国的人工智能产业，”华盛顿战略与国际研究中心人工智能和先进技术瓦德瓦尼中心主任格雷戈里·C·艾伦说。“半导体材料是实现这一目标的手段。”

尽管以更新出口规则的低调形式实施，10 月 7 日的管制措施本质上是为了拖延中国整个先进技术生态系统的发展。“10 月 7 日体现的新政策是：我们不仅不会允许中国在技术上取得任何进一步进步，我们还将积极扭转他们目前的技术水平，”Evercore ISI 的高级半导体分析师 CJ Muse Allen这样说的。

如果控制成功，可能会影响中国一代人的时间；如果失败，可能会产生惊人的适得其反的结果，加速美国极力避免的未来的发生。这一结果可能会影响未来几十年的中美竞争以及全球秩序的未来。“

尽管其设计非常复杂，但从某种意义上说，半导体非常简单：刻有电路阵列的微小硅片。电路根据称为晶体管的开关的活动来打开和关闭。当电路导通时，它产生一个1，关上则为0。第一批芯片于 20 世纪 50 年代末发明，只包含少量晶体管。如今，新型智能手机中的主要半导体拥有 100至 200 亿个晶体管，每个晶体管大小与病毒相当，像层蛋糕一样雕刻在硅结构中。

摩尔定律描述了过去六十年的进步速度，该定律指出，芯片上可安装的晶体管数量大约每两年增加一倍。《芯片战争》一书的作者、塔夫茨大学弗莱彻学院国际历史副教授克里斯·米勒喜欢指出，如果飞机的改进速度与芯片相同，那么它们现在的飞行速度会是芯片的好几倍光的速度。人类文明史上没有任何技术能够与计算能力的惊人提升相媲美。

半导体制造工厂，即晶圆厂，是世界上最昂贵的工厂，进行着有史以来最复杂的制造，其生产规模是任何其他设备都无法达到的。与此同时，更广泛的芯片行业是一个相互依存的网络，遍布全球高度专业化的地区和公司，其壮举是通过极其长度和复杂的供应链实现的——换句话说，是全球化的典型代表。“很难想象如果没有世界上最聪明的人共同努力，他们如何能够达到这样的能力，”米勒说。然而，正是这种相互关联性使得该行业容易受到拜登政府正在推行的法规的影响。

只有少数公司能够在前沿竞争，而突破需要花费数十亿美元和数十年的研究。结果是一个由一系列瓶颈构成的行业。最著名的例子是荷兰制造集团 ASML 制造的极紫外 (EUV) 光刻机，用于打印芯片的各层。1997 年，ASML 聘请了拥有博士学位的年轻工程师、物理学博士 Jos Benschop。，带头创建一种新系统，该系统将帮助半导体行业的 ASML 客户打印比以往更小、更快和更密集的芯片。他们花了四年时间才实现了必要的概念验证，甚至证明分配一个小团队来完成这项任务是合理的，然后该团队又花了五年时间来建造一台原型机。2010年12月，在韩国的一家研究机构，更新后的原型机 TWINSCAN NXE:3100 终于首次成功试运行。但此时距离第一批支持 EUV 的产品上市还需要近十年的时间。

最新版本的机器可以加工小至 10 纳米的结构；相比之下，人类红细胞的直径约为 7,000 纳米。它使用激光产生比太阳表面热 40 倍的等离子体，发出人眼看不见的极紫外光，并通过一系列镜子将其折射到硅芯片上。激光器采购自德国公司，拥有457,329颗；整个 EUV 有超过 100,000 个类似复杂的组件。

EUV 只是该流程的一部分：一家尖端晶圆厂可能包括 500 多台机器和 1,000 个步骤。然而，仅 EUV 本身就是一项近乎奇迹的人类成就，能够以难以理解的规模和精度进行工作。“我坚信我们的机器是人类生产过的最复杂的东西，”现任 ASML 公司技术副总裁的 Benschop 说道。如今，自 TWINSCAN 首次试运行以来已经十多年了，没有其他公司能够重现 ASML 的成就。

拜登政府旨在通过挤压该行业的天然瓶颈，阻止中国进入芯片技术的未来。其影响将远远超出削弱中国进步的范围，还会威胁到中国的经济增长和科学领导地位。新美国安全中心高级研究员、前美国贸易官员艾米丽·基尔克里斯表示：“我们说过，中国不应该在某些关键科技领域取得进展。” “而这些恰好是推动未来经济增长和发展的领域。” 如今，科学进步通常是通过运行模拟和分析大量数据来实现的，而不是通过试错实验。模拟用于发现新的救生药物，

“拥有最好的超级计算机的人可以做出最好的科学研究，”田纳西大学创新计算实验室的创始主任杰克·唐加拉（Jack Dongarra）表示。Dongarra 开展了一个名为TOP500的计划，每两年提供一次世界上最快的超级计算机排名。截至 6 月，中国获得了 134 个名额，而美国则获得了 150 个名额。但这幅图景并不完整：2020 年左右，中国的参赛作品数量直线下降，这表明 Dongarra 希望避免引起不必要的关注。关于新型超级计算机的传言在科学论文和研究公告中泄露，让观察者猜测竞争的真实状况——以及中国假定的领先优势有多大。“这令人震惊，因为 2001 年中国没有计算机上榜，”Dongarra 说。“现在他们已经发展到了主导地位。”

然而，在中国的实力之下却存在一个严重的弱点：几乎所有为该国最先进的项目和机构提供动力的芯片都与美国技术紧密相连。“整个行业只能依靠美国的投入才能运转，”米勒说。“在每一个远离尖端的设施中，整个过程都有美国的工具、美国的设计软件和美国的知识产权。” 尽管中国政府数十年的努力，并在“自主创新”上花费了数百亿美元，但问题仍然很严重。2020年，中国国内芯片生产商仅供应了该国总体需求的15.9%。就在今年四月，中国进口半导体的金额还超过了石油进口的金额。

2019年，特朗普政府将华为纳入黑名单，由于无法获得美国半导体、软件和其他必需品，全球最大的电信设备生产商华为陷入生存困境。卡内基国际和平基金会研究中国科技生态系统的研究员马特·希恩表示：“对华为的制裁立即拉开了帷幕。” “中国科技巨头正在使用美国制造的芯片或拥有大量美国零部件的芯片。”

出口管制法长期以来一直被视为尘土飞扬、神秘莫测的死水，与美国权力的实际行使相距甚远。但在华为之后，美国发现其在半导体供应链中的主导地位是一个尚未开发的丰富杠杆来源。三个公司都位于美国，主导着芯片设计软件市场，该软件用于安排新芯片上数十亿个晶体管。先进芯片制造工具的市场同样集中，少数公司能够声称对基本机器或工艺拥有有效的垄断权，而且几乎所有这些公司都是美国公司或依赖美国零部件。供应链的每一步都经过美国、美国的条约盟友或台湾，所有这些都在美国主导的生态系统中运作。“我们偶然发现了它，”希恩说。

接下来就是如何使用它们。

2020 年 5 月，特朗普政府进一步收紧压力，这一次让华为受到一项名为“外国直接产品规则”的出口管制法中以前模糊的条款的约束。根据《FDPR》，如果外国制造的产品是使用美国技术或软件生产的，则它们将受到美国的控制。这是对治外法权的全面主张：即使一件物品是在美国境外制造和运输的，从未跨越过该国边境，并且最终产品中不包含美国原产的组件或技术，它仍然可以被视为美国产品。

对于华为来说，FDPR的实施意味着该公司实际上被切断了与半导体的联系。国际清算银行负责出口管理的前助理商务部长凯文·沃尔夫表示：“该规则使全球所有半导体都受到美国法律的约束，因为全球每家代工厂都至少部分使用美国工具。” “如果你的晶圆厂里有一台美国工具和 100 台非美国工具，那么就会污染生产线上移动的任何晶圆。”

根据市场分析公司Canalys 的数据，2020 年，华为是全球最大的智能手机销售商，占据 18% 的市场份额，甚至超过了苹果和三星。华为的收入在 2021 年下降了近三分之一，该公司为了维持生存而出售了其一个智能手机品牌。到 2022 年，其份额已降至 2%。

10 月 7 日的规则代表了美国政策制定者所了解的有关半导体、供应链和美国实力的所有知识的总和。这些措施被宣布为“临时最终规则”，这意味着它们立即生效——这是对华为控制措施明显弱点的直接反应。参与制定 10 月 7 日规则的前国家安全委员会国际经济高级主任彼得·哈雷尔 (Peter Harrell) 表示：“在华为规则生效之前，已经有很多通知，他们会花时间提前囤货。” 。“这是一个战术教训——你需要出其不意的元素。” 更重要的是，美国已经认识到，阻碍一家公司（无论规模有多大）只会为新竞争对手的介入创造空间。需要采取更全面的方法。“特朗普政府针对的是企业，”战略与国际研究中心 (CSIS) 专家艾伦表示。“拜登政府正在打击工业。”

这些规则比之前的任何措施都更深入地影响到半导体供应链。中国不仅无法进口最先进的芯片，还无法获得开发自己的先进半导体和超级计算机的投入，甚至无法获得可用于生产半导体制造设备的原产于美国的组件、技术和软件最终建立自己的晶圆厂来生产自己的芯片。“这是一个‘以上全部’的策略，”前国际清算银行官员沃尔夫表示。有些内容是完全新颖的，比如对任何“美国人”——公司和公民，以及绿卡持有者和永久居民——的活动的限制。10月7日之后，美国人不再被允许从事任何支持中国先进半导体生产的活动，

单方面行动的决定是一场外交赌博。尽管美国控制着全球供应链中的一些关键瓶颈，但其他地区——尤其是台湾、日本和荷兰——在制造过程中类似的关键领域占据着主导地位。如果这些地区继续像以前一样出售产品，那么 10 月 7 日的管制措施就几乎毫无用处。但一月下旬，拜登政府与日本和荷兰达成协议，将对半导体或半导体制造设备实施类似的控制。

几个月前，管制措施一宣布，台湾就已经签署了协议。该岛是一个芯片制造巨头：它每年生产世界上近三分之二的半导体，其中超过 90% 是最先进的半导体。其中大部分产出都归功于一家公司——台积电，它是全亚洲最有价值的上市公司，也是世界上最先进的半导体制造商。台积电本身约占全球代工芯片制造市场总量的三分之一。（相比之下，欧佩克控制着全球石油市场约 40% 的份额。）

台湾在全球芯片生产中的核心地位使其对美国来说不可或缺。

但美国和台湾之间的伙伴关系是一种不平等的伙伴关系。尽管台湾在芯片制造方面无可比拟，但按收入计算，其在全球市场的份额还不到 10%。大部分销售额（到 2022 年将占 40%）流向将芯片制造出口到台湾的美国公司，这与美国服装设计师通过销售实际上在海外缝制的产品获利的方式非常相似。从战略上讲，美国决策者认为美国对台湾的依赖是一种不可接受的风险。他们敦促台积电在美国建造更多晶圆厂，作为将更多半导体制造业务转移到更靠近美国海岸的更广泛战略的一部分。

台湾别无选择，只能服从，因为担心触怒其最强大的盟友。

对于中国来说，技术自给自足的竞争可能比任何国家面临的挑战都要大。然而，如果有哪个国家能够克服这一挑战，那很可能就是中国。

10 月 7 日的出口管制虽然在可预见的未来削弱了中国先进的芯片制造能力，但最终可能会刺激长期增长。当中国企业能够获得优质的西方芯片和供应商时，国内制造商却很难找到业务。现在中国企业必须共同创新，否则就会消亡。“我们已经取消了选择，”基尔克里斯说。“以前他们可以在国家弹性和商业动机之间做出选择，但现在他们没有这个选择。” 如果中国每年4000亿美元的芯片进口额中的很大一部分转向国内，国内芯片公司可能最终有手段和动力迎头赶上。

这些管制不会永久阻止中国。即使在最好的情况下，它们也是一种拖延策略，旨在为美国及其盟友提供扩大关键技术领先地位的空间。问题是国际清算银行能为西方争取多少时间。负责出口执法的助理部长马特·阿克塞尔罗德（Matt Axelrod）表示：“这不是那种靠打击一千就能成功的行业。” “我们的目标是尽可能阻止。”

我正在商务部大楼与出口管理局局长阿克塞尔罗德和罗兹曼·肯德勒会面，办公室里可以俯瞰华盛顿特区市中心的椭圆形大楼。步行仅需几分钟，几乎可以走遍整个国际清算银行总部。即使允许执行不一定是完美的，我想知道这是否是一场公平的斗争——工业和安全局与中国政府的全力对抗。BIS 如何获胜？它怎么可能希望行动得那么快呢？BIS 怎么可能像中国一样投入这么多资金、如此关心芯片？芯片的未来对中国来说是生死攸关的。

沉默了几秒钟，罗兹曼·肯德勒轻声回答。“这对我们来说可能也是生死攸关的，”她说。

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