这个领域是中美技术斗争的主战场 | 陈经

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导读


芯片制造对中国的技术体系有终极意义，这一关打过去了，中国人的技术信心会得到根本性提升。

台积电在2020年9月后将不再为华为代工芯片，中芯国际也发公告称不能代工。传华为自建芯片产线应对，中国最顶尖的技术公司与美国的斗争进入高潮。

华为是不是在自建芯片生产线、能不能搞出光刻机、芯片产线什么时候能用上，这方面的信息目前不多，还在很早的阶段。除了华为与相关公司的消息，还需要去了解芯片生产各个环节，要有深入的研究。这正说明，美国对中国发起的技术战争，双方的斗争进入了深层次的实操阶段。

另一方面，美国会不会在其它领域也发起攻击，同样值得关注。即使不深入细节，起码要对美国攻击的总体态势有个把握。芯片是一个显然的斗争领域，那其它行业又是什么情况？

一

芯片之外的领域威胁小得多

我们发现，美国的主力部队，其实就是在情况很特殊的芯片领域，其它领域的威胁明显要小得多。可以认为，芯片就是中美技术战争的主战场。

以《科技日报》2018年总结的35项卡脖子技术为例，这35项技术分别是：

科技日报的信息来源不太可能覆盖所有产业，各类技术层级也很不相同，但是也算是尽力去寻找各种技术短板。

芯片相关的技术在其中最为突出。芯片产业影响大、技术难度高、美国主导，目前在中美技术斗争中处于核心地位。35个技术中，光刻机、光刻胶、射频芯片、超精密抛光工艺、工业软件，都是与芯片制造相关的，加上芯片本身，一共占了六项。如果往下细分，还能加几十上百项进来。

另一个突出的领域是飞机制造相关的，航空发动机舱室、适航标准、航空设计软件、航空钢材，占了四项。这也是美国可能动手的领域，会拖慢中国大飞机研发进度。飞机制造领域很大很重要，但不象芯片还要供应其它行业，影响扩散没那么大。这个领域也同样能加进多项技术。

操作系统、数据库管理系统，这些是美国主导的软件核心技术，但威胁就不像芯片断供这么直接。中国觉得卡脖子，是觉得这些软件被美国垄断，希望自己能有市场份额。这些公开发售的软件，能复制多份，组成共生的技术系统，是软件生态环境的范畴，不是单纯的技术问题，和硬件相关的技术逻辑很不相同。个人认为不适宜用“卡脖子”的概念，更多是信息安全、行业生态的范畴。

其它基本都是单个领域里的单项技术。触觉传感器、真空蒸镀机、iCLIP技术、重型燃气轮机、激光雷达、ITO靶材、机器人核心算法、特种铣刀、高压柱塞泵、高压共轨系统、透射式电镜、掘进机主轴承、微球、水下连接器、燃料电池关键材料、高端焊接电源、锂电池隔膜、医学影像设备元器件、环氧树脂、高强度不锈钢、扫描电镜，这20项如果被卡了，相关领域就有麻烦。但是这些技术，美国技术与产品占优的不多，只有激光雷达、医学影像设备等少数领域。不知为何，科技日报列了不少日本的单项技术，可能有“日吹”宣传的影响，也列了一些德国、瑞典的技术，欧洲英国、法国的却几乎没有。

还有两项是高端电阻电容、高端轴承钢，算是能用在多个领域的部件。高端轴承钢其实中国已经攻克，高铁轴承是“洛阳造”了，国产高端轴承钢还出口到日本、欧洲。

高端电阻电容也是日本占优的领域，这很难说是一个卡脖子技术，中国也能造。中国生产工艺还有问题，批次质量不整齐，在大批量供应的消费电子领域竞争力不足，手机制造商采购日本质量整齐的产品方便做品控。但如果日本断供了，国产的供应没有问题。

肯定还有不少单项卡脖子技术科技日报由于信息来源不足没列，但列进来的也有一些没两年就被国产化突破了。

如2020年5月10日，国产掘进机主轴承通过验收测试，取得了重大突破。2019年苏州纳微生产的微球打破了日本技术垄断，每年节省上百亿。锂电池隔膜领域，上市公司恩捷股份占全球市场份额50%，成为宁德时代的供应商，并不是被卡脖子的状态。水下连接器领域，2019年4月蓝梭科技研发的水密橡塑千兆传输组件通过验收，填补了技术空白。2019年5月，富士康深圳子公司ST刀具领导看到国产高铁铣刀不堪重任的新闻，布置任务5个月突击生产出了国产钢轨智能修复铣刀，成为“大潮起珠江-广东改革开放40周年展览”的展品。碳纤维环氧树脂领域，上市公司光威复材取得巨大突破，从做钓鱼竿发展到做军用碳纤维，创造了不可思议的技术发展奇迹。高压共轨系统方面，潍柴动力做的国产系统2012年就研发出来上市了，虽然说还不是太强，但也没到卡脖子的程度。

总体而言，像科技日报这样列单项技术，是能列出不少卡脖子的，值得重视。但对中国的威胁没那么大，一是随时被突破，二是单项技术影响的领域小，三是主要的单项技术掌握在日本、德国等国企业手中，和美国无关。即使找出更多细分领域的卡脖子技术，性质上也差不多，不会忽然发现一个让人冒冷汗的东西。

这些单项技术，中国产业链齐全，基本没有空白，都有对标的中低端技术。有实际在运作的生产线，有研发基础，随时取得突破是符合规律的。单项技术有时就是攻关一下，找到生产工艺窍门就突破了。如果大面积突破，各种配套齐全了，后面突破就更容易了，现在已经到了厚积薄发的阶段了。中国各种单项生产技术，可以说每天都有突破，一年年下来成果已经非常可观。

有时中国单项技术没有突破，是没注意去搞，因为相关企业既没有被卡脖子，研发出来经济价值也不大。直到新闻报导出来了，领导重视，才去突击搞出来。这类“圆珠笔头”式的任务研发不时发生，舆论也慢慢有感觉了，对技术的观察更为客观。

美国为什么单项技术感觉还不如日本、德国？并不是美国技术不行，而是和美国选择的产业技术发展路径有关。美国可以说是系统级控制的大师，对单项技术就没那么在意。美国会注意核心领域的控制力，一些单项技术由日本德国这些盟国来搞，只要美国控制力足够，不怕日德等国和美国对着干。

事实说明，用单项技术来控制产业很不现实，产品做得好受到市场欢迎，但要想控制产业，那还差远了。

美国对全球的控制有政治、军事、金融层面的，但是技术层面的控制也很重要。美国的技术控制路线主要有两个，一个是以软件为代表的应用生态控制，一个是以芯片业为代表的产业链控制。二者结合在一起，体现为美国对IT业的控制。

IT业正是美国相对日本欧洲最大的技术优势，也代表了国际产业技术潮流的先进方向，从美国60-70年代黄金发展时期一直延续到现在，仍然在蓬勃发展，是美国国力最大的技术支撑。

所以，科技日报去找卡脖子的项目，关于美国的就是系统级别的，芯片业、软件业、航空业，这种控制是真正厉害的，比日本德国那些单项技术对中国的威胁要大得多。

二

美国通过芯片业进行产业控制的技术背景

为何美国选择芯片业与软件业来进行产业控制？这是有深刻技术背景的。可以用摩尔定律来解释。

▲摩尔定律：芯片上的晶体管数量每隔18-24个月增加一倍

摩尔定律好的方面是，芯片的元器件数量与性能不断翻倍提升，价格还越来越便宜。从消费者角度看，芯片产业的技术进步好到和做梦一样，性价比的提升简直逆天，和其它行业完全不一样。几乎没有消费者直接买芯片来用，使用芯片开发要一定技术。但是芯片的间接消费者迅速扩展到所有地球人，人均芯片数量还在急剧上升。

芯片的直接消费者，是海量的电子产品商家。产品设计者将通用或专属芯片加入产品设计中，就能实现种类繁多的各种功能。如一度火爆的测温枪，其实能生产的厂家很多，核心器件就是测温芯片，行情好的时候能采购到芯片就发财了。

华为在90年代早期也在这个层面，将程控交换机的功能做进板子，把芯片用起来。当时没多少公司在琢磨这事，但现在已经成了白菜化的技术了，光深圳能做这类开发的公司就不计其数。绝大多数中国消费电子公司都在这个层面，也足够了，能把芯片用起来水平不低了。

这个层面的通用技术可能是PCB（printed circuit board）制板，把芯片、电阻等各种元器件在板上实现电气互连。虽然在中国是白菜化了，但能搞PCB设计的，就能算是高科技企业了，发展中国家不一定玩得起来。在这个层面搞开发，已经是潜力无穷，是中国科技主要的竞争力表现形式之一。

▲PCB板

大多数中国搞技术的，搞来搞去就是在这个框架里。要么就是软件，要么就是这个软硬件架构。很多不是学计算机的，最后也转来这个框架里，变成搞IT或者软硬件开发的。

这个架构的意义非常大。日本以前就是靠一套架构发财的，电子产品横扫天下。但是后来芯片性能快速进步，软件越来越强大，开发技术大规模扩散。本来以为是大公司才能搞的，山寨小厂也能玩起来了，这事就变味了。

中国厂家随手能开发出来的东西，日本公司再拿出来主打就没有格调了，得去开发一些独家的核心器件与功能。有时日本公司会搞些奇奇怪怪的产品功能，算是技术上有难度，但就走歪了。

这涉及到计算机行业与其它产业的关系。比如汽车，在传统汽车里面加入一些计算机元素，搞搞汽车电子，是一个自然的思路。如果是在计算机体系架构里，加入汽车元素，就是另一种更激进的发展方向。总体来说，计算机体系架构有强大的扩展能力，标准化做得最好，软硬件天然就是全球分工合作，又能自由开发，技术扩散速度极快。

中国软硬件应用的开发人员数量世界最多，水平也不错。和各行业齐全的产业链结合，中国芯片应用持续火爆高增长。中国的主力出口产品就是机电产品，占了一半以上，占比还越来越高。

这个技术体系是美国主导搞出来的，一半的芯片，主要的系统软件、工具软件，是美国公司开发的。美国是通过芯片和软件，实现对这个技术体系的控制。美国人更大的兴趣是做芯片、做系统软件、工具软件，关注整个技术生态。

对于具体的计算机应用，美国人也做得很厉害，但就有些挑。例如美国公司对计算机特效应用到电影行业非常狂热，软硬件算法技术进步非常厉害，从90年代起依靠技术优势，一举将好莱坞推到了全球超级垄断的霸权地位，将美国文化推广到全球。

另一个美国非常热衷的应用是互联网，美国成为全球互联网霸主。这两个应用收益极大，中国日本德国在那辛苦搞软硬件开发的“小行业”，美国人不一定看得上，丢掉也不是太关键。但是有一个行业美国人认为丢得很可惜，就是移动通信，走错了技术路线，败给了中国与欧洲。

如果排除互联网这个赢家通吃的行业，在IT计算机应用这个领域，美国公司并没有特别占优，中国电子消费品之类的应用更为活跃。

三

芯片设计能力的全球分布

在IT与计算机应用的下一个层级，是芯片设计，也是受摩尔定律的支配的。芯片复杂度越来越高，芯片制程却越来越短，会受微观世界的一些特殊规律影响，芯片设计的难度是在上升的。

IT应用，写完代码经过不多几步就可以跑出结果进行调试，代价不大。芯片设计就难多了，整个流程高度依赖工具软件，要经过很多步才能出结果，复杂芯片的设计开发成本越来越高。有的公司只能赌博式开发一款芯片，失败了钱就烧完了。

在芯片设计这个层面，美国公司的优势就要大多了，2018年全球市场份额52%超过一半。这是因为芯片设计门槛高多了，美国芯片设计公司的先发优势很大。

芯片设计公司分两类，一类是自己设计自己生产的IDM模式，一类是设计出来让别人代工的Fabless模式。美国这两类都厉害，英特尔、德州仪器、美光是自己有工厂生产芯片，而且是从芯片产业发展之初就是如此，市场份额46%。美国Fabless模式的芯片设计大公司更多，苹果、高通、博通、AMD、英伟达等都是业界巨头，市场份额更是高达68%。

韩国公司占到了27%，但主要靠存储芯片单一类别产量大，三星、海力士自有芯片工厂，纯芯片设计公司份额不到1%。日本类似韩国，市场份额7%。欧洲也是有意法半岛体等芯片工厂支持，市场份额6%。台湾比较独特，有台积电联电这种芯片工厂，也有联发科这种纯设计公司，但没有统一到一个IDM公司，而是分成代工与设计。所以台湾是靠16%的纯设计份额实现6%的全球份额。

中国大陆虽然全球份额只有3%排第六，但其实已经算是值得一提的玩家，在纯设计领域13%的市场分额不算小能排第三，海思已经是全球排名靠前的芯片设计巨头。可以预计中国的纯设计市场份额会不断上升，已经有不少小有名气的芯片设计公司冒头。

▲国科大“一生一芯”CPU项目的开发时间表

从设计角度来看，芯片越来越复杂，对从业人员的要求在提升。但是有自动处理仿真软件，也有ARM这样的架构服务简化开发难度，同等性能芯片上手的难度其实降低了。国科大的五个本科生在几位指导老师带领下，四个月就设计出了基于RISC-V架构的CPU芯片，110nm制程，在中芯国际流片，成功跑起了linux操作系统。

中国芯片设计公司的数量近年来在快速增长，在高投入和人才数量积累到一定程度后，芯片设计能力可以跟上甚至超过全球行业的发展。

四

芯片制造的噩梦难度

但是，中国短板是芯片制造，自有工厂的芯片设计公司几乎没有，在前六里这个短板最严重。

芯片设计再向下的层级就是芯片制造。芯片设计受摩尔定律影响，难度越来越高，但还可以接受或者克服困难，对中国问题不算特别难。芯片制造的难度就象噩梦一般，正好与芯片消费者的美梦对应，摩尔定律的坏处集中体现在制造这一端。

芯片元器件越做越小，制程小到几十纳米，甚至几纳米，相当于头发丝的千分之一到万分之一的宽度。不仅容易出错，有时还会碰到旧路线绕不过去的障碍，需要新的技术原理。对研发人力、资金、时间的要求都越来越高，失败了就得重来。

▲贴片电阻

花了极高的研发成本搞出来的设备，需要多生产芯片平摊成本。所以，晶圆要往大里做，8寸升12寸，一片做上千个晶圆，一炉子加工一堆晶圆，并行处理，单个芯片的成本才能降下去。这样，就需要扩大芯片厂规模，初始设备投资也非常高。

每一次升级，耗资就上一个台阶，搞到后来一个工厂需要上百亿美元。各种设备都有专属的公司来研发，光刻机、刻蚀机，工序上百道，非常讲究配合，光自己努力不行。

在针尖上玩花活的加工环节难度如同噩梦，是芯片制造的核心技术难点。在微观世界搞完了，回到宏观世界搞封装、测试，这也需要海量的自动机器，但难度一下就回到传统水平，可以忽略不计了。

总体来说，芯片制造是研发花钱多、技术路线越来越难、建产线花钱更多、花了钱也未必能成。这里没有一关是轻松的，都需要砸钱砸人花时间去克服。而且就算一关打过去了，下一关更深的地狱级别难度还在前面等着，如果要升级，这个苦难就一直没完没了。

芯片设计虽然难，但还是开放性的，只要努力就能加入，投钱有信心，越来越多的玩家会进入。芯片制造就不是了，制程越来越小以后，已经是个极端封闭的领域。从描述就能看出，这就是要求最高的制造业领域了。新玩家几乎不可能来加入，旧玩家都会受不了退出。

确实不断有芯片制造公司宣布“不玩了”。美国格罗方德是全球第二大代工厂商，2018年宣布7nm放弃了。台湾第二大代工厂商联电，在稍早就宣布放弃了。IBM为了扔包袱，2013年将芯片工厂倒贴15亿美元卖给了格罗方德。

英特尔近年来也在芯片制造上卡住了，7nm产线良率迟迟未能提升，被称为“牙膏厂”，芯片技术进步象挤牙膏一样。2020年7月下旬业界震动，英特尔让台积电代工18万片晶圆的6nm芯片，后面还可能有5nm、3nm等更短制程CPU芯片代工的需求。

只有台积电像开了挂一样，多次选对了技术发展方向，7nm、5nm量产，3nm、2nm也有消息了。

当然芯片制造厂不是说破产不干了，其实还是会有营运利润，只是用现有的制程能力来接单。大多数芯片逻辑芯片并不需要太高的制程能力，28nm就足够应付需求了。14nm就算是高精尖了，更高的只有高端手机芯片等少数需求了。

发展中国家作为芯片的间接消费者，没有问题。如果能作为厂商把芯片加入产品里，这就算是过得去的有些技术的国家了，也不算罕见，时间一长多少总能搞一点。芯片设计难度就更高些，需要特别的努力，但如果有决心还是有机会。可以断定，芯片制造是发展中国家绝对不会去做的，只会做一些封装测试的非核心环节。

在IT计算机产业链上，中国作为芯片消费者情况很不错，芯片设计也是上升势头。但是从技术原理就能看出，芯片制造会是最后最难的大关卡。

不仅如此，在整个全球技术体系里，芯片制造对中国的技术体系都有终极意义。可以说，再没有一个技术短板能与芯片制造有同等的战略意义。如果把芯片制造这关也打过去了，那么就再没有任何技术能够阻挡住中国技术体系了，中国人的技术信心会得到根本性的提升。

因此，中国将会不计代价地投入芯片制造体系的攻关，克服任何可能出现的困难。而且，中国并不是从零开始，也有多年的持续投入和积累。

中芯国际14nm已经良率95%量产出货，进入了先进制程行列，10nm取得了突破，标准较低的7nm也有了进展。其实仅从单一的制程表现来看，差距并不很大。但是主要问题在于技术受制于美国，中芯国际也不能给华为代工。

中国发展芯片制造的任务已经升级，不仅要做出先进制程，还需要实现去美化。芯片制造是中国面对的最高难度的制造业任务，也成为了中美技术战争的核心环节。虽然极其困难，但中国仍然有条件有信心逐步完成这个终极任务。

中国发展芯片制造的有利条件是，资金实力雄厚，业界公司面对的最大难题对中国不是问题。中国发展芯片路线是明确的，业界已经走过来了，并不需要去试别的道路，路线确定就是对研发最大的帮助。

另外，芯片制造也不需要一次成功，可以逐步上难度，先完成一个去美化的芯片制造产业链就是极大的阶段性成功。全球芯片制造业进步速度也慢下来了，中国总体是追赶而不是被甩开。

最大的悬念只是时间，这么困难的制造业难题，中国各方一起发力，进展会有多快。也不需要最终胜利，见到胜利的曙光就可以了。到那时，我们就可以宣称，中美的斗争迎来了转折点。

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背景简介：本文作者笔名陈经，中国科学技术大学计算机科学学士，香港科技大学计算机科学硕士，科技与战略风云学会会员，《中国的官办经济》作者，微博@风云学会陈经。文章2020年8月1日发表于微信公众号 功夫财经（最大威胁来了！美国在这个领域，正式宣战……），风云之声获授权转载。

责任编辑：祝阳