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蘇聯輸掉冷戰，敗在半導體策略？

大約在赫魯雪夫宣布支持興建「蘇聯的矽谷」澤列諾格勒的同時，蘇聯學生伯里斯・馬林（Boris Malin）從賓州留學一年返國，行李內放了一台小裝置：德州儀器的SN-51，那是美國最早販售的積體電路之一。馬林是蘇聯半導體設備領域的頂尖專家，他認為自己是科學家，不是間諜。然而，負責蘇聯微電子的官員蕭金認為，SN-51是蘇聯必須不惜一切手段也要取得的設備。蕭金把馬林與一群工程師叫到他的辦公室，把晶片放在顯微鏡下，透過鏡頭凝視那塊晶片，並下令：「給我抄！完全照抄，不准有任何偏差，給你們三個月的時間。」

被指說直接抄襲國外的研究成果時，蘇聯的科學家感到很憤怒。他們對科學的理解，跟美國的化學家及物理學家一樣先進。據悉，去美國的蘇聯交換學生表示，他們從蕭克利的課堂上很少學到在莫斯科學不到的東西。事實上，蘇聯有世界上最頂尖的理論物理學家。2000年，基爾比終於因發明積體電路而榮獲諾貝爾物理學獎時（當時積體電路的共同發明者諾伊斯已過世），是與俄羅斯科學家艾費洛夫（Zhores Alferov）共同得獎。1960年代，艾費洛夫對半導體設備發光的方式，做了基礎的研究。1957年的人造衛星發射，1961年加加林的第一次太空飛行，以及1962年奧索金製作的積體電路，都是蘇聯正在變成科學強國的證據。連美國中情局也認為蘇聯的微電子業正迅速迎頭趕上。

然而，蕭金的抄襲策略有根本上的缺陷。抄襲用在製造核武上是有效的，因為美國與蘇聯在整個冷戰時期只製造了數萬件的核武。然而，在美國，德州儀器與快捷已經在學習如何量產晶片了。擴大生產的關鍵在於可靠性，那是張忠謀與葛洛夫等美國晶片製造者在1960年代一直致力投入的挑戰。與蘇聯同業不同的是，他們可以借鑒其他製造先進光學、化學品、淨化材料、其他機械廠商的專業。萬一沒有幫得上忙的美商，快捷與德儀還可以求助德國、法國或英國，這三個國家都有先進的產業。

蘇聯可以大量生產煤炭與鋼鐵，但幾乎各種先進的製造都處於落後狀態。蘇聯在產量上取勝，但品質或純度上沒有優勢，偏偏品質與純度對量產晶片來說至關重要。此外，西方的盟國透過出口管制協調委員會（COCOM），禁止向共產國家轉移包括半導體元件在內的許多先進技術。蘇聯人常透過設在中立的奧地利或瑞士的空殼公司，來繞過COCOM的限制，但這個途徑很難大規模地使用。因此，蘇聯的半導體廠通常不得不採用沒那麼精密的機器及沒那麼純淨的材料，因此生產出的可用晶片少了很多。

光靠間諜活動，只能為蕭金和他的工程師帶來有限的幫助。光是偷一塊晶片並無法說明它是怎麼製作的，就像偷一塊蛋糕也無法說明它是如何烘焙出來的。晶片的製程已經非常複雜。在史丹佛大學修蕭克利課程的外國交換學生，可能變成聰明的物理學家，但只有葛洛夫那樣的工程師，才知道某些化學物質需要以什麼溫度加熱，或光阻劑該曝光多久。晶片製程的每一步都涉及專業知識，那些知識很少在特定的公司以外分享。這種專業技術甚至往往不會寫下來。蘇聯間諜已經是間諜界的佼佼者，但即使派出最幹練的特務，也無法竊取到夠多半導體生產過程中所需的大量細節與知識。

此外，根據摩爾定律的速率，最新的科技日新月異。即使蘇聯人設法照抄一種設計，取得了材料與機器，並複製生產過程，那都需要時間。德儀與快捷每年都會推出新設計，上面的電晶體數量越來越多。到了1960年代中期，最早的積體電路已經不是什麼新聞，而是又大又耗電、沒什麼價值的東西。相較於幾乎所有的科技，半導體技術正飛速前進。電晶體的尺寸與耗電量都在縮小，一平方吋的矽片上可放入的運算力，約每兩年就增加一倍。科學界找不到發展那麼快的其他技術了，所以在半導體業竊取去年的設計，根本是毫無希望的策略。

蘇聯的領導人始終無法明白，為什麼抄襲策略使他們落後。蘇聯整個半導體業的運作，就像一家國防承包商——祕密進行、由上而下、軍事系統導向，照著訂單供貨，幾乎沒有創意空間。蕭金部長的一名下屬回憶道，蕭金「嚴格控制」抄襲過程。打從一開始，抄襲就是蘇聯半導體業的內建運作模式。即使蘇聯全國上下都採用公制度量衡，一些晶片的製造機器為了更精準地抄襲美國的設計，還是改採英寸、而不是釐米。正因為抄襲策略，蘇聯的電晶體技術從一開始就落後美國幾年，而且從未趕上。

澤列諾格勒外表可能看起來像陽光不那麼燦爛的矽谷，但那裡有蘇聯最好的科學家及偷來的機密。不過，美蘇兩國的半導體系統卻是天壤之別。矽谷的新創企業創辦人會跳槽，並在廠房裡累積實務經驗；蕭金則是從莫斯科的部長辦公桌發號施令。蘇聯人在職涯發展上追求的是在官僚體系內晉升，而不是設計新產品或尋找新市場。在過度關注軍事生產的國家中，民用商品向來是事後才想到的次要考量。

與此同時，這種抄襲心態也意味著，蘇聯半導體的創新路徑是由美國設定的。因此，蘇聯的半導體業雖然是該國最敏感、最神祕的產業之一，運作起來卻像一個經營不善的矽谷分部。在一個以美國晶片製造商為中心的全球化網絡中，澤列諾格勒只不過是的一個節點罷了。

NVIDIA執行長黃仁勳看見的AI未來

對半導體新創企業來說，電腦繪圖一直是個充滿吸引力的小眾市場，因為繪圖領域不像個人電腦的處理器那樣，有英特爾壟斷整個市場。從IBM到康柏，每家個人電腦廠商的中央處理器都必須使用英特爾或AMD的晶片，因為這兩家公司實質上壟斷了個人電腦所需的x86指令集。在螢幕上顯現圖像的晶片市場，競爭激烈很多。半導體代工廠的出現以及創業成本的下降，意味著不只矽谷的貴族階層有資格競相製造最好的圖形處理器。後來稱霸繪圖晶片市場的輝達（Nvidia），並不是從帕羅奧圖的時髦咖啡館發跡的，而是從聖荷西比較混亂的一區裡的Denny's 連鎖餐廳起步。

1993年，克里斯．馬拉科夫斯基（Chris Malachowsky）、柯蒂斯．普里姆（Curtis Priem）及黃仁勳合力創辦了輝達，黃仁勳如今仍是輝達的執行長。普里姆在IBM任職時，做過如何運算圖形的基礎工作，接著他轉往昇陽（Sun Microsystems），與馬拉科夫斯基共事。黃
仁勳生於台灣，幼時移民到肯塔基州，曾在矽谷的晶片製造商巨積（LSI）任職。後來他擔任輝達的執行長，成為輝達的代言人，總是穿著深色牛仔褲、黑色襯衫與黑色皮衣，散發出類似賈伯斯的氣場，顯示他已預見運算的未來。

輝達的第一批客戶是影片與電玩公司，可能看起來不是最先進的客戶，但輝達認為圖像的未來是顯示複雜的3D立體圖像。早期的個人電腦是一個單調乏味的2D平面世界，因為顯示3D圖像所需的運算量很大。1990年代，微軟Office推出一款名為Clippy的迴紋針動畫，它可以坐在螢幕旁邊提供建議，那代表著圖形技術的大躍進，只是它經常導致電腦當機。

輝達不僅設計了能夠處理3D圖形的晶片，並稱之為圖形處理器（graphics processor unit，簡稱GPU），也為圖形處理器設計了一套軟體生態系統。製作逼真的圖像需要使用一種名叫著色器（shaders）的程式，它會告訴圖像中的所有畫素該如何表現，例如在某種光照色調之下。著色器會套用在圖像的每個畫素上，形同於對數千個畫素做比較簡單的運算。輝達的圖形處理器可以迅速繪出圖像，因為它不像英特爾的微處理器或其他通用的中央處理器（CPU），它的設計是同時進行大量簡單的運算，例如畫素上色。

2006年，輝達發現高速平行運算可套用在電腦繪圖以外的用途，於是發布了CUDA軟體，讓人能以標準的程式設計語言來設計GPU，完全不涉及圖像。輝達在量產頂級的繪圖晶片的同時，黃仁勳也在這款軟體上投入大量的資金。根據該公司2017年的估計，為了讓任何程式設計師都能使用輝達的晶片，而不限於繪圖專家，黃仁勳投入了至少100億美元。黃仁勳免費提供CUDA給用戶，但那套軟體只能在輝達的晶片上運行。藉由讓晶片不止適用於繪圖業，輝達為平行處理發現了龐大的新市場，從運算化學到天氣預報等等都適用。當時，黃仁勳還只能依稀看見平行處理的未來：人工智慧後來成為平行處理的最大用例。今天，輝達的晶片主要是由台積電製造，在最先進的資料中心裡都可以看到輝達的晶片。

儘管大家一直在談論摩爾定律的終結，但流入晶片業的資金比以往更多。過去幾年，為AI演算法設計最適晶片的新創公司，已經募集了數十億美元，每家公司都希望成為下一個輝達。

全球晶片荒帶來的啟示：問題不在半導體供應鏈？

拜登面對螢幕，在Zoom上向一群執行長宣布：「我們國家已經太久沒為了超越全球的競爭對手，而做必要的大規模、大膽投資。」他坐在白宮羅斯福總統的肖像之下，舉起一塊12吋的矽晶圓，訓斥那些高管「在研發與製造方面落後⋯⋯我們必須加油」。螢幕上的19名高階主管中，有許多人認同他的說法。為了討論美國對晶片短缺的反應，拜登邀請了台積電等外國公司以及英特爾等美國晶片製造商，還有飽受半導體嚴重短缺之苦的知名用戶來開會。福特（Ford）與通用汽車（GM）的執行長通常不會受邀參加晶片的高層會議，通常他們也對這種會議不感興趣。但2021年一整年間，隨著世界經濟與供應鏈因新冠疫情所造成的中斷而動盪，世界各地的人開始意識到，他們的生活與生計有多麼依賴半導體。

2020年，就在美國開始對中國實施晶片鎖喉策略，切斷中國一些領先的科技公司取得美國晶片技術的管道時，第二個晶片鎖喉點開始掐緊了世界經濟的部分領域，某些類型的晶片變得難以取得，尤其是廣泛用於汽車的基本邏輯晶片。這兩個晶片鎖喉點有部分相關。華為等中國公司至少從2019年開始就在囤積晶片，為未來可能遭到美國制裁預做準備，中國的晶片製造廠則是盡可能地買進製造設備，以防美國決定加強對晶片製造設備的出口限制。

然而，中國的囤積只解釋了一部分新冠疫情期間出現的晶片鎖喉點。更大的原因在於新冠疫情爆發後，晶片訂單出現巨大波動，因為企業與消費者都調整了對不同商品的需求。2020年，隨著數百萬人為了在家工作而升級電腦，個人電腦的需求激增。隨著愈來愈多的生活轉移到線上，資料中心對伺服器的需求也成長了。汽車公司起初削減了晶片訂單，預計汽車銷量將大幅下滑。結果當需求迅速恢復時，他們發現晶片製造商已經把產能重新分配給其他客戶。美國汽車政策委員會（American Automotive Policy Council）的資料顯示，世界上各大車廠在每輛汽車上使用上千個晶片，即使只缺一個晶片，汽車也無法出貨。2021年的大部分時間，汽車製造商都面臨買不到晶片的窘況。據業界估計，這些汽車公司2021年的產量比沒有面臨晶片短缺時少了770萬輛，相當於2100億美元的收入損失。

拜登政府與多數媒體都把晶片短缺解讀為供應鏈問題。白宮委託外界針對供應鏈的弱點寫了一份250頁的半導體報告。不過，半導體短缺的主因並不是晶片供應鏈的問題。有些供應確實中斷了，例如馬來西亞因新冠疫情而封城，影響了當地的半導體封裝作業。但根據研調機構IC Insights的資料，2021年全球生產的晶片比以往多——超過1.1兆個半導體裝置，與2020年相比成長了13％。半導體短缺的主因是需求成長，而不是供給問題。那是新的個人電腦、5G手機、AI資料中心所帶動的需求，最終而言，是我們對運算力永無止境的需求所驅動的。

因此，世界各地的政界人士誤判了半導體供應鏈的困境。問題不在於晶片業分散的生產流程對新冠疫情及隨之而來的封城因應不當。很少產業安然度過這場疫情、沒受到嚴重干擾。晶片業出現的問題，尤其是汽車晶片的短缺，主要是因為汽車廠在疫情爆發初期瘋狂又衝動地取消訂單，再加上他們採用「及時生產」製程，幾乎沒有容錯的餘地。對於收入受到數千億美元衝擊的汽車業來說，他們理當重新思考自己的供應鏈該如何管理。另一面，半導體業則是迎來豐收的一年。除了大地震以外（這是機率很低、但不是零的風險），實在很難想像和平時期的供應鏈衝擊比晶片業2020年初以來度過的情況還要嚴重。2020年與2021年晶片產量的大幅成長，並不是跨國供應鏈受損的跡象，而是跨國供應鏈奏效的跡象。

然而，各國政府應該比過去更認真地思考半導體的供應鏈。過去幾年，供應鏈帶給我們的真正啟示，跟脆弱性無關，而是跟獲利與權力有關。台灣的非凡崛起讓我們看到，一家公司有遠見、有政府資金的支援，如何改造整個產業。與此同時，美國限制中國取得晶片技術的限令則顯示，晶片業的鎖喉點有多強大。不過，中國半導體業過去10年來的崛起也提醒了所有人，這些鎖喉點並非持久有效。國家與政府往往可以找到迴避鎖喉點的方法，儘管那麼做既耗時又代價昂貴，有時甚至是極其高昂的代價。此外，技術轉移也會削弱鎖喉點的效力。

只有當少數兩三家公司掌控鎖喉點時，這些鎖喉點才有效，而且理想情況下，只有一家公司掐緊鎖喉點的效果最好。雖然拜登政府承諾「與產業界、盟友、夥伴」合作，但對於晶片業的未來，美國與其盟友並非完全一致。美國想扭轉其晶片製造占比下降的局面，並在半導體設計與機台方面維持主導地位。然而，歐洲與亞洲國家希望在高價值晶片的設計市場搶占更大的市占率。與此同時，台灣與南韓都沒有打算放棄他們在製造先進邏輯與記憶體晶片方面的市場領先地位。當中國把擴大產能視為國安必要條件時，未來美國、歐洲、亞洲之間可瓜分的晶片製造業務量有限。如果美國想增加市占率，其他國家的市占率就必須減少。美國暗中希望從其他擁有現代晶片製造廠的區域奪取市占率。然而，在中國之外，全球所有的先進晶圓廠都位於美國的盟國或親美的國家。

書　名｜晶片戰爭：矽時代的新賽局，解析地緣政治下全球最關鍵科技的創新、商業模式與台灣的未來
作　者｜克里斯．米勒（Chris Miller）
譯　者｜洪慧芳
出版社｜天下雜誌出版
出版日期｜ 2023 年3 月