中美技术战争的主战场 | 袁岚峰

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导读

在全球技术体系中，芯片制造具有终极意义。如果把芯片制造这一关打过去，那么就再没有任何困难能够阻止中国技术体系了，中国人的技术信心会得到根本性的提升。

视频链接：

《除了芯片，中国还有哪些技术，会被美国“卡脖子”？》

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由于美国的禁令，用到美国技术的台积电和中芯国际等代工企业，在2020年9月后都不再能为华为生产芯片。最近出现了不少消息，有的说华为在招人研发光刻机，有的说华为要自建芯片生产线。虽然这些消息都不能确认，不过中美的技术战争显然是在愈演愈烈。

如果你思考得深入一点，你就会问：为什么这些消息都集中在芯片上呢？中国还有哪些弱点？美国会不会在其他领域发起攻击？

我的朋友、风云学会会员陈经写了一篇文章《这个领域是中美技术斗争的主战场 | 陈经》，对中美的技术博弈进行了全局性的考察。下面，我就来结合其他一些材料，跟大家分享一下。

一个有趣的参考资料，是2018年《科技日报》总结的“卡脖子”技术，总共有35项。当然，这并不意味着只有这35项技术是卡脖子的，不过它们确实有相当的代表意义。下面，我们就来仔细研究一下这个表格。

《科技日报》2018年总结的35项卡脖子技术

这35项中最多的就是与芯片相关的技术，包括6项：芯片、光刻机、光刻胶、射频芯片、超精密抛光工艺、工业软件。这种分类的标准显然并不统一，有芯片这样的大类，也有射频芯片这样的小类。如果我们愿意多分，可以增加许多小类。不过对于我们当前的目的，了解个大致图景就够了。

第二多的是与飞机相关的技术，包括4项：航空发动机舱室、适航标准、航空设计软件、航空钢材。所以如果美国想扩大对中国的打压，飞机就是一个明显的选择。不过飞机产业的重要性不如芯片，因为它的影响不会扩散到其他行业去。此外，飞机产业并不是美国一家独大，而是美欧双头格局。所以即使美国想给中国飞机产业捣乱，破坏力也受到很大限制。

2015年11月2日，首架C919总装下线

第三多的是软件，包括两项：操作系统、数据库管理系统。这些是美国主导的核心技术，但威胁还是远不如芯片。能写出这些软件的人和企业多得是，真正的问题是有多少人愿意用，即生态环境的问题。

有一条宽广的道路，就是开源软件。例如，开源的Linux操作系统和MySQL数据库已经被广泛应用。阿里的OceanBase数据库源自开源软件，经过大量的创新，已经成为了自主可控的核心数据库。

其他的20多项，基本都是单个领域里的单项技术，例如触觉传感器、真空蒸镀机、重型燃气轮机、激光雷达、机器人核心算法、特种铣刀、高压柱塞泵、高压共轨系统。这些技术当然都很有价值，不过卡脖子的能力跟前面那些就更不能相提并论了。而且仔细看，其中美国占优的并不是很多，只有激光雷达、医学影像设备等少数几个，而日本、德国、瑞典占优的倒是不少。

有些技术在2018年被列为卡脖子，而现在已经不算了。例如高端轴承钢，现在中国的高铁轴承是“洛阳造”，国产高端轴承钢还出口到日本、欧洲。又如高端电阻电容，在这方面是日本占优，不过中国也能造。中国生产的批次质量不整齐，所以制造商更愿意采购日本质量整齐的产品。但如果日本断供了，国产完全能顶上。又如微球，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。又如特种铣刀，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。还有芯片那6项中的射频芯片，现在也基本上全面突破了，从原材料到设计、生产制造，接近全部国产化。

实际上，近年来中国在许多技术领域取得了突破。例如2020年5月10日，国产掘进机主轴承通过验收测试。锂电池隔膜领域，恩捷股份占了全球市场份额的50%。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。碳纤维环氧树脂领域，光威复材从做钓鱼竿发展到做军用碳纤维，创造了技术发展的奇迹（中美科技大决战（七）——创新的精神力量 ｜ 汪涛）。高压共轨系统方面，潍柴动力的国产系统2012年就研发出来上市了。

所以，单项技术并不足以控制产业。真正最值得重视的，是系统级别的控制，就是美国对信息产业的控制，尤其是对芯片业的控制。

为什么芯片这么特殊呢？

因为它的性能提升得太快。芯片业有一个著名的“摩尔定律”，说的是每过18至24个月，芯片的晶体管密度就会翻一番。这种速度简直逆天，比其他行业快得多。

摩尔定律

需要说明的是，摩尔定律并不是物理规律，而是一种产业规划，基于历史经验预测以后的发展，好比“五年计划”。芯片产业链的巨头们，会经常开会讨论如何实现这样的发展速度，协调一致把它从目标变成现实。

芯片的直接消费者，并不是普通人，而是海量的电子产品商家。例如疫情严重时火爆的测温枪，核心器件就是其中的测温芯片。

测温枪导致了很多《无间道》式的场景

九十年代早期，华为就处于这个层面，将程控交换机的功能做进板子，把芯片用起来。当时很少有中国企业能做到这个，但现在已经白菜化了，光深圳能做这类开发的公司就不计其数。

这个层面的通用技术，可能是印刷电路板（printed circuit board，简称PCB），把芯片、电阻等各种元器件在板上实现互连。在中国是白菜化了，但在其他发展中国家就不一定玩得起来。在这个层面搞开发，已经能干非常多的事情，是中国科技竞争力的主要表现之一。所以在IT应用领域，美国的优势主要集中在互联网和电影特效等方面，而在电子消费品方面中国更为活跃。

PCB板

IT应用再往下一个层级，是芯片设计，这个难度就高多了。IT应用写完代码，几步就可以跑出结果调试。而芯片设计要经过很多步才能出结果，整个流程高度依赖工具软件，复杂芯片的设计开发成本越来越高。

在芯片设计这个层面，美国公司的优势就要大得多，2018年的全球市场份额高达52%。

2018年世界集成电路公司按国别分的市场份额

仔细看这个图，芯片设计模式分为两类。一类是自己设计自己生产，这叫做集成器件制造（integrated device manufacture，简称IDM）。另一类是自己设计请别人生产，这叫做无工厂芯片供应商，英文是fabless。华为海思、联发科、苹果、高通等等，都属于fabless。中国大陆在fabless领域占了13%，排在世界第三。拖了后腿的是IDM，中国几乎没有。两者相加的结果是，中国的整体份额只有3%。

近年来，中国芯片设计公司的数量在快速增长。同时由于出现了RISC-V等开源的开发平台，设计芯片的门槛有所下降。例如中国科学院大学的五位本科生，在我的朋友、中国科学院计算技术研究所研究员包云岗博士等人的指导下，四个月就设计出了110纳米的CPU芯片，在中芯国际流片，成功地跑起了Linux操作系统。

中国科学院大学“一生一芯”CPU项目的开发时间表

像海思这样的芯片设计巨头，正在向世界先进水平迈进。不过，再往下一个层级，芯片制造就是中国最大的短板了。

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。不仅容易出错，还会遇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，以至于不断有老牌厂家退出竞争。

例如，曾经的全球第二大代工厂美国的格罗方德，2018年宣布放弃了7纳米的研发。台湾第二大代工厂联电，稍早就宣布放弃了。IBM为了甩包袱，在2013年就将芯片工厂倒贴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，7纳米产线的良率迟迟未能提升。

只有台积电好像开了挂，多次选对了技术发展方向，7纳米、5纳米量产，3纳米、2纳米也有消息了。现在，只有三星还在紧追台积电。

全球主要晶圆代工厂商制程路线图

总体而言，芯片制造是技术路线越来越难，研发花钱多，建产线花钱更多，花了钱还未必能成。芯片设计虽然难，但还是不断有玩家在加入进来，而芯片制造的玩家却是在减少而不是增加。由此可见，芯片制造就是要求最高的制造业领域。

让我们总结一下大局：在IT的产业链上，中国作为芯片消费者的情况很不错，芯片设计也是上升势头，而芯片制造是最后最难的大关卡。

实际上，只要明白技术原理，就会理解，中国发展的顺序肯定是这样。我的朋友、清华大学微电子学研究所王志华教授，在2018年中兴事件后写过一篇文章《为中国通信技术及产业的发展叫好 | 王老先生的酒肆絮语》，里边给出了一张有趣的图。

以集成电路为基石的信息社会，完整的产业链是一个倒三角。

从半导体材料到信息增值服务的产业链

最顶层是信息的增值服务产业，例如腾讯、阿里、头条等等。这个层次的规模巨大，而且有很多技术中国是领先的，例如微信、支付宝和抖音。

第二层是信息服务的运营商，例如移动、联通、电信等等。这个行业规模也很大，据估计全球2017年电信营业额高达2万亿美元。在这个层次，中国的运营水平和技术水平与世界同步。

第三层是通信设备商，例如华为、中兴、思科等等。八十年代过来的人，会记得当年中国的通信是所谓“七国八制”，十分落后。在通信人的努力下，现在华为做到了世界第一，这是历史性的成就。

第四层是集成电路即芯片，例如台积电、英特尔、三星等等。

最底层第五层是半导体设备和材料，即造芯片所需的设备和材料，如造光刻机的ASML、造蚀刻机的中微半导体等等。

在这个倒三角图中，越是顶层，规模就越大，中国的技术越先进；越是底层，规模就越小，中国的技术越落后。例如第四层的集成电路行业，2017年全球产值约4200亿美元，中国只占了7%。

这种现象的基本原因在于：从集成电路向下的产业，是工业社会成果积累的产物；从集成电路向上的产业，是信息社会新兴的产物。信息社会我们是赶上了，与世界各地同步发展，所以可以局部领先。而工业社会我们没有完整地经历过，工业社会的技术我们缺乏积累，所以需要补课。

总体而言，我们是在从产业链的顶端向基础一点点“蚕食”，如水之就下，这是由历史决定的。所以我们既要有耐心，也要有信心。前途是光明的，道路是曲折的。

由此可见，在全球技术体系中，芯片制造具有终极意义。如果把芯片制造这一关打过去，那么就再没有任何困难能够阻止中国技术体系了，中国人的技术信心会得到根本性的提升。

这一关我们能不能闯过去呢？

简短的回答是：在原理上肯定能，因为你已经知道它是可行的了。正如我多次讲过的一个道理，原子弹最大的秘密就是“原子弹可以造出来”这一句话。

我的科大师兄、中国科学院半导体研究所研究员姬扬博士，写了一篇文章《中国半导体科技和产业的未来 | 返朴》，下面来摘录几段：

这些问题的答案也很简单，就一句话：人、钱和时间。技术产业与科学研究的最大不同就是，科学研究更多的是探索，而技术产业更多的是应用。具体到中国半导体科技和产业这件事，还要更简单一些，因为外国人已经在科学、技术和市场上证明了这件事情的可行性，所以只要给人、给钱和给时间，就肯定能做出来。

从科学方面来说相对简单，人家已经把路探好了，虽然不告诉我们具体的路线，但是，知道‘有条路存在’这件事本身就是一个巨大的提示，何况还可以在科学文章和技术专利里查到很多公开的信息。别人做都做出来了，我们想还想不到吗？

从技术上来说，要复杂一些，毕竟有许多技术诀窍是不会公开的。但是技术的进步在很大程度上依赖于市场的需求，‘社会的需要比十所大学更能推动科学的进步’。我们国家的半导体科技和产业并不是很差，2019年中国出口的集成电路的产值是1015.8亿美元（大约7000亿元），只是相对于美国（其实是以美国为代表的整个西方世界）落后大约15-20年的样子，不是不能用，只是不太好用。

那么现在谁是世界上最大的市场？中国！中国每年使用了大约一半甚至更多的集成电路。美国断供，只会损害自己和跟随他的西方国家的利益。对中国会造成伤害吗？是的，会造成伤害，但就像刚才说的，中国不是做不了，而是做得不太好。现在，用自己做得不太好的技术与世界上最大的市场结合起来，小步快跑，恐怕还更有利一些。

当然，以上这些只是战略性、哲学性的考虑。已有的技术都是可以做出来的，但这绝不意味着做出来很容易。事实上，从芯片制造一线人员的观点看来，差距还是很大，困难还是很多，做出来的时间并不能保证。

不过，中国的一大基本面是，政府和全民已经认识到了芯片的重要性，愿意投入天量的资金来攻关。这对其他国家是一个最大的难题，对中国却不是问题。

而且中国并不是从零开始，还是有基础的。例如中芯国际14纳米的良率达到了客户的出货要求，10纳米也取得了突破，标准较低的7纳米也有了进展。主要的问题是离不开美国设备，导致中芯国际不能为华为代工。

所以中国发展芯片制造的任务是一个加强版的任务，不仅要做出先进制程，还需要去美国化。相应的，我们的目标也可以分几个阶段。先实现一个去美国化的芯片制造产业链，即使制程低一些，就是很大的成功。

摩尔定律已经接近尾声，芯片制造进步的速度在减慢，中国总体是在追赶而不是在被甩开。最大的悬念在于时间。在这个终极关卡，中国的进展会有多快？

希望全社会更多地关注这些问题，有危机感，奋起直追。现在不是歌舞升平搞所谓“快乐教育”和娱乐经济的时候，而是需要实打实地提高科技教育水平和增加科技投资的时候（迎接中国科技领先的时代：袁岚峰2019年12月7日观视频答案年终秀演讲）。我们应该在基础教育、基础研究、创新体制、全球人才吸引获取、知识产权保护等方面做出深刻的改革，并且要有长期的战略耐心，才能脚踏实地地走好创新之路。

如果我们不能培养出创新的文化，那么即使追上了对手，也可能导致一个尴尬的局面：中国把追赶策略做到极致，“走别人的路，让别人无路可走”，终于领先了，却不知道向何处去，结果人类整体都失去创新的方向。这是值得深思的。

只有当我们不但善于追赶，而且善于原创，能够引领人类的发展时，我们才能宣称：我们实现了毛泽东的愿望，对人类做出了较大的贡献。

扩展阅读：

背景简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

责任编辑：杨娜