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廣宇:牆與中國網際網路——晶片

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但光有錢是絕對不夠的。基礎科學、應用科學的研究,工業經驗的累積,人才的訓練,完整產業鏈的培養,這一切都還需要腳踏實地的努力和時間的雕琢,絕無走捷徑的可能。大家常說科學無國界,但先進科技確硬生生被中共的高牆擋在了門外。思想、學術、市場無一自由的中國幻想用區區千億的投資和從海外挖來的人才和偷來的技術就迅速在尖端科技上壓倒自由民主的西方社會,豈非痴人說夢

2022年7月10日廣東省深圳的騰訊總部。

面對美國在高端晶片製程方面的全面技術封鎖,很多國人相信如今的中國有實力也有財力突破封鎖,像原子彈和航母一樣實現從無到有的突破,並最終以中國特有的成本優勢壟斷世界市場。這種心理是如何形成的?樂觀的結果是否會如期出現呢?

由於和電腦這一科技產品相關,網際網路產業給人一種很高科技的感覺。中國的網際網路公司興旺發達,許多產品應用引領世界潮流,這似乎給了很多國人中國在電腦技術上領先的信念。但這是一種錯誤認識,因為網際網路產品只是對電腦和網絡技術的應用,本質上是服務性質的產品,對技術水平要求並沒有很高,更無法與高科技劃等號。無論是網上購物、串流媒體、視頻聊天、郵箱存儲、遊戲還是其它,技術難點主要是軟體程序的編寫。編程固然是一項技術活,但它是完全獨立於基礎科學、工業製造、材料技術等通常意義上的科技能力的。而且編程也不太受環境和設備的制約,理論上只要有電腦和網絡程式設計師可以在世界上任何地方工作。編程的技術成果可以被輕易地遷移並完美重現,全世界大量熱心的個人和公司無私地開源了自己的代碼,避免他人重複勞動。

如今普通的應用軟體和網際網路產品開發的門檻是很低的。只要有好的想法,小型公司甚至個人都可以開發出自己的應用並投入市場。成功的關鍵是新穎的功能和創新的商業模式,技術先進與否通常並不重要。中國市場成功的大型網際網路企業基本都是如此:人們有通過網絡聊天的需求,於是微信做大了;有網購的需求,於是淘寶做大了;有支付的需求,於是支付寶做大了……其實這些商業模式都不是中國發明的,國外早就有了,但是中共的政策和防火牆的存在讓海外相關產品難以進入中國。海外確定可行的商業模式國內自然會有廠商去填補市場空缺,中國巨大的市場規模又使得成功者必然形成巨大體量。本質上說這不是中國的公司多麼厲害,完全是市場保護的結果。在高級的軟體技術和程序設計上中國這些公司的水平並不靠前,科學或工業計算軟體、緊密工程設備儀器控制軟體、機器人操控、超大規模資料庫、自動駕駛、人工智慧等前沿領域中國的產品多數落後甚至缺席。

硬體方面,無論是電腦還是手機,中國廠商都是做山寨或組裝起家的。關鍵部件如中央處理器(CPU)、顯卡、記憶體晶片、硬碟等基本都靠進口,強如聯想電腦和小米手機等也都是如此。國人對關鍵部件能夠國產化的信心很大程度上源於華為的不實宣傳。華為將自己包裝成為愛國品牌,宣稱其手機使用的處理器和作業系統都是自行開發的。事實上華為手機使用的麒麟晶片只是由華為設計,但國內完全無法製造,必須委託台積電等海外廠商代工生產,所以美國對中國高端晶片禁運後麒麟晶片也就斷了貨。至於鴻蒙作業系統,事實上就是換皮的安卓系統。無論是晶片還是系統,華為都僅僅擁有膚淺的智慧財產權而已,並不掌握核心技術和製造能力,根本不能算是完全的國產貨。

工業方面中國也一直宣傳自己門類的齊全和先進能力。民用方面的高鐵和電動汽車,軍事上的航母、隱形戰機和高超音速洲際飛彈,還有太空站和計劃中的登月項目讓眾多國人感到驕傲。但是仔細想想,這些技術難道不是西方幾十年前就有的嗎?高鐵是典型的強迫西方技術轉讓,然後企圖用低成本壟斷市場的產品。事實上西方最先進最快的高鐵技術仍然是對中國禁運的,與中國現有的高鐵有代溝優勢。電動車是在中國政府巨額補貼下發展起來的,而且中國的電車廠商很多都是在特斯拉無償公開一大批專利後才迅速實現了「技術突破」。至今在設計、成本管理和無人駕駛等方面都與特斯拉有很大差距。至於那些軍工項目,由於沒有實戰記錄,它永遠可以宣傳殲20是最好的戰機,將來上了戰場這些兵器會不會像如今俄羅斯那樣拉跨就只能拭目以待了。

美國對中國實行晶片制裁,通過長臂管轄限制所有西方國家公司向中國提供高級製程晶片和製造這些晶片所需要的技術、設備和原料,立刻對華為等中國公司造成了致命打擊。中共政府曾設立幾千億大基金扶持晶片行業,也在多地成立公司興建廠房力求實現高級製程晶片國產化,但至今毫無建樹,還爆出了一大堆詐騙和腐敗醜聞。儘管如此許多人還是對國產晶片抱有信心,認為與當年的兩彈一星一樣,只要能夠集中中國的資源就一定能夠成功。但這種想法是錯誤的,因為軍事技術上的從無到有和商業技術上的成功完全是不同的概念和標準。

比如說原子彈,其價值在於擁有從而對敵國形成核威懾,為此可以不計成本和價格。但晶片不同,目前高端製程的晶片主要還是應用於民用產品,那麼國產晶片的成功就不是說僅僅能夠生產,還必須能夠在價格、成本和利潤率方面對海外對手形成商業競爭力,從而獲得穩定的市場份額。一直以來中國產品的競爭優勢來源於極低的人力成本,但這一點在晶片製造行業價值不大。我個人有在相關行業從事研發工作的經驗,可以結合個人經歷向大家介紹中國發展晶片製造的困難所在。

首先是科學和技術的積累。高端晶片製造是現代尖端科學(物理、化學、材料科學等)和技術(數字計算、自動化、工程設計管理、機器人、各類聲光電傳感、測量與檢測、軟體等等)集大成者。社會上強大的科研能力(特別是高校的基礎科學和應用科學)作為技術和人才儲備是必不可少的。僅從高校的科研能力而言,中國和西方的差距之大僅從諾貝爾獎獲得者的比例就可以一窺大概。這裡有體制的原因,也有經費和扶持力度的差異。要知道中國在技術封鎖下研發全得靠自己,而西方是眾多國家通力合作,這是多麼大的體量和資源的差距!這絕不是區區幾千億人民幣的投資就能夠在短時間內解決的問題,說白了這點錢還不夠西方各國一年內對高校的研發投入呢。中國也寄希望於大量的留學生能夠將海外的研究成果帶回中國,但這條路也逐漸被西方堵死,眾多海外敏感專業已經明確拒絕招收中國學生了。

具體到高級製程晶片製造,中國差的絕不僅僅是一條完整的生產線,而是缺乏了整個供應鏈體系,包括原料(超大片單晶矽、各類高質量靶材、各類高純度化工原料等)、生產設備(光刻機、鍍膜機等)、測量檢測設備(如高精度電子顯微鏡等)和相關的設備維護技術支持等。很多人以為中國差的只是那一台光刻機,其實遠遠不止於此。半導體製程每進步一代,整個供應鏈體系都需要做出相應的設備技術升級以配合更高的要求。製程升級通常無法在舊製程產線基礎上完成,而需要重新建廠或設立新的產線。中國現有成熟的製程與國際最先進位程有數代的差距,而且很多設備原料失去外商支持後現有的成熟製程都將受到極大影響,完全依賴國內供應商的話製程能力恐怕還要退化。在制裁之下中國需要以一國之力發展整個供應鏈來對抗西方多國,這基本上是不可完成的任務。

很多人還不理解除光刻機外其它設備和原料的重要程度。這麼說吧:沒有最先進的光刻機,先進位程(如4奈米製程)從物理上就是不可能實現的;但有了光刻機而其它設備原料品質沒有跟上,也許能夠少量生產出先進位程晶片產品,但其缺陷數量和次品率一定居高不下,也就沒有可能獲得競爭優勢和商業成功。舉個例子,相對於22奈米工藝,4奈米工藝精度要求更高,相應的對於缺陷的敏感度也更高,晶圓清洗設備需要有去除更小異物顆粒的能力,鍍膜設備需要有更高的膜厚控制精度和均勻度,靶材等原料需要更高的純度,檢測和分析設備需要有更高的精度和能力。全世界晶片產量看似巨大,但高端製程的生產線數量實際上是很有限的,因此很多特種設備和原料的供應商十分有限,甚至不少只有單一供應商。比如說高級製程必須的超高純度工業氣體基本上完全由日本壟斷,中國如果想要自給自足的話就得新建一個化工項目。不是說中國就一定搞不出來,但這個產品的應用場景十分有限,如果中國的高級製程晶片生產不能如期上馬並穩定產量,新項目的投資就全部要打水漂,風險巨大。

台灣的台積電擁有當今全世界最先進的晶片製程生產線,在中國也出現了攻打台灣奪取台積電工廠以獲得最先進晶片製造能力的言論。這是非常幼稚的想法。且不說很多關鍵設備都可以被供應商遠程鎖定,也不說那些單一供應商的原料無法獲得,同樣的產線只要突然換一批人就大概率無法正常運轉了。高精密度產品生產和儀器設備調試與軟體開發有著巨大的不同之處,就是設備的可遷移性和生產的可復現性極差。軟體開發中如果想要使用他人的代碼通常只要拷貝黏貼即可,如果有問題最多只需要統一開發環境(電腦型號配置以及軟體版本等)。高精度生產設備可不是這樣,同一個廠房內新建一條一模一樣的產線可能故障率和良品率都會完全不同,甚至同一個型號設備的不同機台也會有自己的「性格」和「脾氣」,所以新工廠或新產線都需要很長時間的調試磨合,有個所謂產能和良品率爬坡的過程。我這裡舉一個例子,現代高級製程晶片內的單個器件尺寸在奈米量級,而普通建築的固有振動幅度都可以輕易達到幾十微米(1微米1000奈米)量級,如何做到機台防震?而且聲音的本質是空氣振動,噪音(包括人聲)都會造成微米尺度的擾動,如何隔絕或補償?即使同一間工廠的不同區域都可能會有不同的振幅,不同的空氣流向,細微差別的電磁環境……晶片製造幾百上千道工藝,只要每一步增加1%的缺陷,最終良品率就趨近於0。調試這些設備生產需要對相關科學知識理論有著深刻理解,能夠理解應用分析設備給出的數據,對設備本身的原理和設計優缺點有清晰的認識,甚至很多時候還需要那些不知道為什麼但就是有效的工作經驗。人才的培養至關重要,但就是這些人才如果讓他們換一套設備產線也大概率需要很長的時間重新學習和適應。打台灣搶奪台積電的土匪心理和行為對於晶片製造這種高精尖行業是完全行不通的。

必須承認,在美國乃至整個西方社會的對中國的技術封鎖之下,中國想要完全依靠國內市場發展出尖端晶片製造技術是很不樂觀的。人才培養、技術儲備、工業體系的完整程度、甚至經費和資源都有著巨大差距。由於與整個西方社會存在巨大的體量和市場規模的差別,這些差距只會越來越大,並不是靠中共強調的所謂舉國體制可以彌補的。很多人也已經認清這個現實,但他們提出高端製程晶片主要是民用,在軍事上特別是武器中並不實用,因此並不影響中國的軍事實力的觀點。這也是一個典型的認識誤區。高級製程的晶片計算速度更快(同等面積晶片內計算單元數量更多)且能耗更低,似乎更適合手機這種供能和體積有限的應用場合,但在軍事上同樣有應用場合。比如先進的無人機武器就需要節能且算力強大的晶片用於自動導航和目標識別,可以在被干擾無法遠程遙控的情形下自動完成作戰任務。今天俄烏戰場的表現也突顯情報的重要性,海量的情報(衛星圖像、通訊監聽、眾多雷達系統數據、單兵情報統合等等)搜集分析已經不是人力所能勝任,必須依靠軟體快速處理大量數據,配合人工智慧進行資料探勘、分析和預測,這些也必須用到最先進位程的晶片。在美國的晶片制裁之下中國的無人駕駛發展都大受影響,對軍事能力影響只會更大。

如今人工智慧(AI)的發展日新月異,以強大的晶片算力為基礎可以實現語音識別、圖形識別、自動駕駛、自動化機器人操作、語義分析和擬人對話能力、自動化編程等等。AI的廣泛應用將對晶片製造設備和工藝升級起到關鍵作用,在AI配合下設備調試和產能良品率爬坡速度肯定會有提升。對於分析測試儀器更強的晶片肯定有助於提高數據採集和分析的速度和能力。你會發現更先進的晶片生產技術可以製造出更強大的晶片,從而更加推動製造技術的升級發展,這是正反饋。失去了高級晶片的加持,中國還需要慢慢升級原本就落後多個世代的設備和技術,還想要彎道超車趕超西方技術,可行性在哪裡呢?

彎道超車只適用於新技術替代落後的舊技術。花錢購買或剽竊只能迅速獲得已經成熟的技術方案。對於高級晶片製程這一絕對尖端科技,海量的金錢投入必不可少,但光有錢是絕對不夠的。基礎科學、應用科學的研究,工業經驗的累積,人才的訓練,完整產業鏈的培養,這一切都還需要腳踏實地的努力和時間的雕琢,絕無走捷徑的可能。大家常說科學無國界,但先進科技確硬生生被中共的高牆擋在了門外。思想、學術、市場無一自由的中國幻想用區區千億的投資和從海外挖來的人才和偷來的技術就迅速在尖端科技上壓倒自由民主的西方社會,豈非痴人說夢

責任編輯: 李廣松  來源:中文大紀元 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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