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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 / Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology 9789863988540
「如果有哪本書能讓所有人了解矽時代，並認知到這個時代的刺激與重要程度毫不亞於原子能時代，就是這本書了。」——《紐約時報》　　看懂現今晶片戰局勢最重要解讀——矽時代，運算力才是新石油　　晶片供應鏈左右了上世紀冷戰的輸贏，更將決定本世紀強

Table of contents :
書名頁
繁體中文版獨家作者序不斷升溫的晶片戰，下一個關鍵點在哪？
重要登場人物簡介
術語表
前言矽時代──半導體定義的世界
第一部冷戰晶片
01 從鋼到矽
02 開關
03 諾伊斯、基爾比，以及積體電路
04 登月
05 迫擊炮與量產
06 「我 ― 要 ― 去 ― 賺 ― 大 ― 錢」
第二部美國世界的電路
07 蘇聯矽谷
08 「給我抄！」
09 電晶體推銷員
10 電晶體女孩
11 精準打擊
12 供應鏈布局
13 英特爾的改革者
14 國防部的抵銷策略
第三部喪失領導地位？
15 競爭激烈
16 與日本開戰
17 「出產垃圾」
18 1980年代的原油
19 死亡螺旋
20 一個可以說NO的日本
第四部美國的復興
21 薯片大王
22 顛覆英特爾
23 我的敵人的敵人——韓國崛起
24 「這就是未來」
25 蘇聯KGB技術局
26 抵銷策略的影響
27 戰爭英雄
28 「冷戰結束，你們贏了」
第五部積體電路，整合世界？
29 在台灣建立半導體產業
30 「所有人都必須製造半導體」
31 「與中國人分享上帝的愛」
32 微影製程戰
33 創新者的兩難
34 跑得更快？
第六部創新外移？
35 「真男人要有晶圓廠」
36 無廠革命
37 張忠謀的大同盟
38 蘋果矽
39 極紫外光微影製程
40 「沒有替代方案」
41 英特爾如何忘了創新
第七部中國的挑戰
42 中國製
43 「把衝鋒號吹起來」
44 技術轉移
45 「合併勢必會發生」
46 華為的崛起
47 5G未來
48 下一個抵銷
第八部晶片鎖喉
49 「我們競爭的一切」
50 福建晉華
51 對華為的攻擊
52 中國的史普尼克危機？
53 短缺與供應鏈
54 台灣的兩難
結語不只建構歷史，也將塑造未來
謝辭
註釋
版權頁

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〖繁體中文版獨家作者序〗
不斷升溫的晶片戰，下一個關鍵點在哪？
「感謝台積電的每個人，尤其是張忠謀。」2022年12月6日，美國總統拜登在台積電即將在亞利桑那州鳳凰城興建的新晶圓廠Fab 21的設備移機典禮上說道。台積電將首次在台灣以外的地區建造先進的生產設施。台積電主要客戶的執行長都出席了典禮，包括蘋果的庫克（Tim Cook）與AMD的蘇姿丰（Lisa Su），顯示他們支持在美國興建更多的晶片產能。「各位，美國的製造業回來了，」拜登表示，「美國的製造業回來了！」張忠謀偕同台積電現任執行長劉德音一起出席那場典禮。媒體採訪時，張忠謀提出了不太一樣的解讀。「全球化幾乎已死亡，自由貿易也幾乎消失了。」他引用地緣政治變化來解釋，「很多人仍希望它們能回來，1但我認為它們不會回來了。」在晶片業，沒有人比張忠謀更瞭解正在發生的變化。他在德儀開啟職業生涯，當時德儀正專注為美軍製造微電子產品。1960年代，他曾領導晶片業在台灣等國建造組裝廠。「晶圓代工」模式正是張忠謀的發想，這種模式把晶片設計從製造分離出來，然後針對製程，建立了一家規模龐大又極其成功的公司。張忠謀比任何人更貼近那個把美中台緊密交織在一起的超複雜供應鏈樞紐，也更貼近那些扯斷供應鏈的軍備競賽與地緣政治競爭。

拜登造訪亞利桑那州的同時，台積電也宣布將把在亞利桑那州的投資規模擴充為原來的三倍，達到400億美元，其中包括興建一座預定於2026年導入23奈米製程的晶圓廠。在典禮上，張忠謀把在美國建立晶圓廠比喻成一個「夢」，但他對於在美設廠的前景3並不是一直那麼振奮。2022年4月，張忠謀受訪時表示，台積電在亞利桑那州的投資是「在美國政府的敦促下」進行的，並直指：「決定當時，我已經退休了。4這個決定是由現任董事長做的。」張忠謀解釋，他對於亞利桑那州的明顯疑慮，源自於台積電以前在美國投資的經驗。 1997 年，張忠謀在華盛頓州設立一家名為 WaferTech的小廠，結果令人失望。張忠謀回憶道：「剛開始的時候，工廠混亂到不行，意外頻傳。」他指出，即便是今天，該廠的成本也比台灣的同級工廠高出約50％。因此，張忠謀在2022年4月時曾表示，美國為了推動國內晶片製造所投注的任何心血，都將是「非常昂貴的徒勞行動」。他也很快補充道：「我是假設不會發生任何戰爭。坦白講，如果台灣海峽爆發戰爭，那我認為5美國要擔心的，不單只是晶片而已。」然而，美方對戰爭的擔憂正持續升溫。2022年稍早，普丁發動大軍入侵烏克蘭，震驚了美國。數以萬計的俄軍湧入烏克蘭邊境，烏克蘭的城市被戰機轟炸，關鍵的基礎設施也被飛彈攻擊。許多人天真地以為歐洲不可能發生大規模的傳統戰爭。許多人認為俄羅斯的精英階層唯利是圖、沉迷於他們停泊在法國蔚藍海岸的遊艇，因此不會為了烏克蘭這個歐洲貧國而冒險發動戰爭。普丁竟然打著建立在歷史迷思上的激進民族主義，願意讓他的國家陷入血腥戰爭、讓俄國的經濟陷入痛苦的危機，此舉震驚了西方國家。以前大家以為世界上的獨裁者都是關注自身利益的理性政客。如今這種觀點開始失去說服力，或者說，至少不再那麼肯定。突然間，中國領導人習近平的盤算似乎變得更加危險。畢竟，中國的軍力持續壯大。人民解放軍正在測試令美國國防部大感意外的6高超音速飛彈，中國正在擴大核武庫的規模。2022年8月3日，美國眾議院議長裴洛西訪台（以往美國的國會議長亦曾訪台），拜會了台灣總統蔡英文與張忠謀。中國還為此發表尖刻的聲明，並發動了模擬封鎖台灣的軍事演習。據報導，張忠謀告訴裴洛西，美國重建國內晶圓代工業的努力7註定會失敗，但美國政府並不認同這番說法。在裴洛西訪台六天後，拜登總統簽署了國會以兩黨多數通過的〈晶片與科學法案〉（Chips and Science Act），提撥520億美元來激勵美國的晶片製造，同時撥出數百億美元投資未來的科學與研發。白宮發布新聞稿，承諾該法將「降低成本」、「創造就業」、「強化供應鏈」，這一切都掀起了許多討論。國會之所以通過這項法案，原因很簡單：在台灣與中國以外的地區提供額外的晶片產能，以防戰爭爆發。 520億美元的政府激勵措施是吸引新投資的強烈誘因。美國商務部打算斥資390億美元，直接補貼晶片製造——透過一系列的補助金與貸款擔保，抵銷建廠的巨額成本。此外，該法也提供逾120億美元的資金，設立國家半導體技術中心（ National Semiconductor Technology Center）及其他促進晶片業研發的措施。除了這筆新資金以外，美國政府也祭出新招數。晶片法案中有一項條款規定，任何接受該法資助的公司，都不得投資中國的製造廠，只有低技術的晶片廠是例外。不僅包括三星、台積電等亞洲公司，也包括美光、英特爾等美國巨擘，多數主要的全球晶片製造商都在中國經營晶圓廠或組裝廠。所以美國政府等於是對這些晶片製造商施壓，要求他們在中國與美國之間做出選擇。兩個月後的10月7日，隨著拜登政府宣布對中國晶片業實施全面的出口管制，上述的壓力又加劇了。美方採取雙管齊下的策略：限制中國取得先進的GPU晶片，也牽制中國的晶片製造力，阻止中國在AI領域的進步。拜登的國家安全顧問傑克．蘇利文（Jake Sullivan）在宣布這項消息的幾週前做了一場演講。他在演講中提到，美方這樣做的目標，是為了在先進晶片的領域「盡量維持最大的領先優勢」。他表示：「我們以前是採取浮動法，也就是說，只需在技術上領先幾代，但現在的戰略環境已今非昔比。」訓練AI系統（如此一來，電腦才能發揮智慧，例如判斷四腳毛茸動物是貓還是狗）需要名為GPU的先進晶片。全球GPU設計的龍頭是美國的輝達（ Nvidia ）， AMD緊追在後。中國也有幾家公司設計 GPU，尤其是壁仞科技（Biren），但相較於美國的競爭對手，它們的市場地位很小。這些晶片都必須以先進的工藝製造，這使得台積電與三星的晶圓廠成了關鍵的鎖喉點。美國新祭出的出口管制，禁止向中國轉移超過某個技術門檻的GPU，所以阻止了輝達在中國銷售最先進的晶片，也阻止了壁仞把晶片交由台積電代工生產。再者，為了讓中國繼續依賴進口的先進晶片，拜登政府大幅擴大了出口管制，禁止出口美製16奈米以下製程的晶片製造設備到中國（8 台積電從2013年起開始生產這種晶片）。美國也對記憶體晶片設下類似的技術門檻。中國的主要晶片製造商，包括中芯國際（中國最大的邏輯晶片代工廠）及長江存儲（即將在NAND快閃記憶體領域，達到世界級的技術能力），如今在取得製造設備方面都面臨了巨大的挑戰。第三，製造晶片設備的中國公司，本來想像自己是ASML或應用材料公司（Applied Materials）的未來競爭對手，現在他們購買美國技術的能力也受到新的限制。此外，美國公民與綠卡持有者也禁止與某些中國半導體公司合作。由於曾留美深造或工作的中國晶片高管人數眾多，許多人都受到這項新限制的影響。《華爾街日報》的分析發現，將有43名中國晶片公司的高管受到禁令的影響，較低階員工9受到衝擊的人數更多。如果沒有美國的專業知識或機台（例如沉積超薄膜材料的機器），中國在晶片製造方面不太可能在短期內達到頂尖水準。〈晶片與科學法案〉與新的出口管制措施的結合，大幅加速了半導體供應鏈早已開始的分化，導致外資對中國晶片業的投資幾乎完全停滯。台積電、韓國SK海力士等仍在中國設廠的外國公司，如今若想把任何先進設備搬到自家的中國廠，都需要獲得美國政府的許可，他們也必須避開〈晶片與科學法案〉設下的「護欄」。事實上，有好幾個國家正在討論限制對外投資（亦即管制中國晶片業投資的新規定），這又進一步阻止大家思考這方面的前景。此外，在晶片製程的下游，電子公司正在重組供應鏈。多年來，個人電腦與智慧型手機的製造商主要是受到可靠性與價格的影響。現在他們做投資決策時，也會考慮政治與安全問題。筆電與伺服器的製造商惠普（HP）正在探索以墨西哥作為替代中國的生產中心。與此同時，蘋果正把更多的iPhone、AirPods、MacBook的組裝轉移到越南與印度。一些分析師估計，到2025年，可能會有四分之一的iPhone在中國以外生產，目前幾乎全都是在中國生產。最引人注目的是，據報導，戴爾（Dell）將在2024年以前逐步淘汰所有中國生產的晶片。中國不斷上升的勞力成本，以及新冠清零政策所造成的破壞，導致企業開始變成只在中國製造技術較低的設備。不過，關鍵影響因素在於，這些公司與張忠謀不同，他們不太相信亞洲不會爆發戰爭。在美國，〈晶片與科學法案〉使半導體業者宣布設立新廠的消息暴增。台積電不是唯一宣布開設新廠的非美國公司。據報導，三星正考慮在德州建新廠。生產空白矽晶圓的台灣公司環球晶圓（GlobalWafers）正計畫在德州投資50億美元建新廠。ASML正在擴建康乃狄克州的製造廠。與此同時，美國晶片製造商也宣布了一系列建廠消息。美光承諾斥資200億美元在紐約建新廠，那裡離IBM歷史悠久的紐約州生產中心不遠，而IBM的生產中心也承諾斥資200億美元升級。英特爾也表示將在俄亥俄州的新廠做金額類似的投資。德儀、沃孚半導體（Wolfspeed）、格芯（GlobalFoundries）等其他晶片公司都有新的投資計畫。當然，這些新廠的設立不全然是〈晶片與科學法案〉催生的。有些新廠是本來就有的興建計畫。此外，承諾投資200億美元的新聞稿，也不保證公司一定會投入那麼多資金。那些專案可能持續很多年，在那段期間，市場狀況可能改變，優先順位可能變動。不過，我們已經清楚看到〈晶片與科學法案〉的製造業激勵措施將促成更多的晶片製造產能。這讓其他擁有主要晶片業的國家感到緊張。歐盟也推出自己的晶片法案來因應，承諾提供數百億歐元的資金，但計畫的細節仍不明朗。韓國政府正在規劃一套新的稅賦優惠措施，以便與美國的〈晶片與科學法案〉競爭。日本政府成立一家新公司Rapidus，其商業模式很獨特，是以較小批量生產先進晶片。與此同時，台灣的政治辯論則是把焦點放在，台積電到亞利桑那州、日本、其他地方的投資，會不會「掏空」台灣最關鍵的產業。然而，考慮到台積電的獨特能力，再加上台積電最先進的製程仍留在台灣，這種風險其實被誇大了。事實上，台灣晶片業面臨的最大威脅仍是中國。不止台灣的軍方必須擔心中國，台灣的晶片製造商也必須擔心中國。美國的出口管制，將在短期內阻止中國公司製造先進晶片。然而，中國擁有製造低階晶片所需的一切設備。此外，近年來，中國政府承諾向晶片業投入巨額資金，其中大部分的資金已用來建設低階晶片的產能。假設那些產能中有很多正式投產（雖然還不一定，但看起來很有可能），低階市場將出現供過於求的局面。低階晶片過剩，對美國這樣的國家來說不會有太大的影響。因為晶片製造外移，美國生產的這類晶片本來就不多。然而，這會對台灣造成很大的影響。儘管台積電的收入大多來自最先進的生產節點，但生產5奈米或3奈米晶片的成本非常高。製造它們所需的一切設備與工廠都是全新的，需要投入大量資金。相較之下，台積電仍在生產20年前的「先進」晶片。那些晶片的生產設備是幾十年前購買的，因此套用會計術語來說，那些設備已經完全折舊。換句話說，台灣公司生產低階晶片的成本很低，因此銷售低階晶片的利潤很高。如果中國公司能靠政府補貼，以割喉價來搶占低階市場的一大部分，台灣的晶片製造商將淪為輸家。當然，中國政府不見得會持續在晶片業挹注上百億美元的資金。 2014年左右，中國把晶片列為重點產業是政治決定，因此新的政治風向可能會導致中國政府改變重點產業。中國的補貼帶來了一些暫時的成果，例如中芯國際有先進的邏輯晶片生產；壁仞有卓越的GPU設計。但如今，中國幾乎各大成果都遭到美國新的出口管制。這使得「中國推動半導體自給自足」這件事，對中國戰略目標的達成來說變得更加重要，但代價也更高。因此，目前籠罩晶片業的問題是，面對最近晶片戰的局勢升溫，中國將如何因應：是讓步，還是加碼？

謹獻給莉雅（Liya）

重要登場人物簡介張忠謀（Morris Chang）：全球最重要的晶片製造商台積電的創辦人，之前曾擔任德州儀器的高階主管。

安迪．葛洛夫（Andy Grove）：1980年代與1990年代的英特爾總裁兼執行長，以強勢風格及重振英特爾的事蹟著稱，著有《10倍速時代：唯偏執狂得以倖存》（Only the Paranoid Survive）一書。

派特．海格底（Pat Haggerty）：德州儀器董事長，領導該公司專門製造微電子產品，包括為美國軍方供貨。

傑克．基爾比（Jack Kilby）：1958年積體電路的共同發明者之一，長年在德儀任職，諾貝爾獎得主。

傑伊．萊斯羅普（Jay Lathrop）：微影成像的共同發明者之一，曾在德儀任職。微影成像是一種使用特殊化學物質與光，對電晶體刻畫幾何圖形的製程。

卡弗．米德（Carver Mead）：加州理工學院教授，快捷半導體與英特爾的顧問，是一位對技術的未來充滿遠見的思想家。

高登．摩爾（Gordon Moore）：快捷半導體與英特爾的共同創辦人， 1965年提出摩爾定律，該定律預測每個晶片的運算力每兩年就會增加一倍。

盛田昭夫（Akio Morita）：索尼共同創辦人，合著《一個可以說NO的日本》一書，1970年代與1980年代代表日本企業登上世界舞台。

羅伯特．諾伊斯（Robert Noyce）：快捷半導體與英特爾的共同創辦人，1959年積體電路的共同發明者之一，人稱「矽谷市長」，半導體製造技術聯盟的第一位領導者。

威廉．裴瑞（William Perry）：1977-1981年在美國的國防部任職， 1994年至1997年擔任國防部長，他主張使用晶片生產精準打擊武器。

傑瑞．桑德斯（Jerry Sanders）：超微半導體的創辦人兼執行長，矽谷最狂妄的推銷員，積極痛批1980年代日本不公平的貿易作法。

查理．斯波克（Charlie Sporck）：在快捷半導體領導製造部門期間，推動晶片組裝外移，後來擔任國家半導體的執行長。

任正非（Ren Zhengfei）：中國的電信與晶片設計巨擘華為的創辦人，女兒孟晚舟於2018年在加拿大被捕，罪名是違反美國法律及試圖逃避美國制裁。

術語表安謀控股公司（ARM）：一家授權晶片設計者使用指令集架構（Instruction Set Architecture，簡稱ISA，管理晶片運行的一套基本規則）的英國公司。ARM架構在行動裝置中占主導地位，正逐漸搶占個人電腦與資料中心的市占率。

晶片（又稱「積體電路」或「半導體」）：一小片半導體材料，通常是矽，上面刻著數百萬或數十億個微型電晶體。 CPU（central processing unit）：中央處理器，一種「通用」晶片，是個人電腦、手機、資料中心的運算主力。 DRAM（dynamic random access memory）：動態隨機存取記憶體，是兩種主要記憶體晶片之一，用來暫時儲存資料。 EDA（electronic design automation）：電子設計自動化，用來設計電晶體上的晶片排列及模擬其運作的專門軟體。 FinFET：鰭式場效電晶體，一種新的3D電晶體架構，2010年代初期首次採用，隨著電晶體縮小到奈米等級，這種結構可以更有效地掌控電晶體的運作。 GPU（graphics processing unit）：圖形處理器（又稱顯卡、顯示晶片或繪圖晶片），一種有並行處理能力的晶片，可用於圖形及人工智慧應用。

邏輯晶片（Logic chip）：處理資料的晶片。記憶體晶片（Memory chip）：記憶資料的晶片。 NAND：又稱「快閃記憶體」（flash），第二種主要的記憶體晶片，用於較長期的資料儲存。

微影成像（photolithography）：又稱微影製程（lithography），這個流程是把光或紫外光照射到有圖形的光罩上，接著光與光阻劑相互作用，在矽晶圓上刻下圖案。 RISC-V：一種愈來愈受歡迎的開源架構，因為可免費使用，不像 ARM和x86需付費。RISC-V的開發有部分是由美國政府資助，如今在中國很熱門，因為不受美國出口管制。

矽晶圓（Silicon wafer）：一種超純的圓形矽片，通常直徑是8或12 吋，可以切割出晶片。

電晶體：微小的電子「開關」，可開啟（產生1）或關閉（產生0），產生撐起所有數位運算的1與0。 X86：主導個人電腦與資料中心的指令集架構（ISA），英特爾與AMD 是生產這類晶片的主要公司。

前言矽時代──半導體定義的世界 2020年8月18日，美國驅逐艦馬斯廷號（USS Mustin）獨航穿越台灣海峽的北端，艦上的五吋砲口朝向南方，並重申這片國際水域

並非

由中國掌控——至少現在還不是。馬斯廷號往南駛去時，強勁的西南風吹過甲板。高空雲層在海面上投射的陰影，似乎一路延伸到福州、廈門、香港等大型港市，以及散布在華南沿海的其他港口。往東方看去，台灣島在遠端屹立著，一片人口稠密的廣闊沿海平原，再遠處是聳入雲端的高山。船艦上，一名戴著海軍棒球帽與外科口罩的海員舉起雙筒望遠鏡，掃視著地平線。這片水域上擠滿了商業貨輪，載著亞洲工廠生產的商品運向世界各地的消費者。在馬斯廷號上，一排海員坐在昏暗的房間裡，面前一整排明亮的彩色螢幕，上面顯示著飛機、無人機、船隻、衛星所追蹤的1印太地區動向資料。在馬斯廷號的指揮駕駛室頂端，雷達陣列傳入船上的電腦。甲板上，96個發射掩體已準備就緒，每個發射掩體都能發射導彈，精準地擊中數十英里、甚至數百英里外的飛機、船隻或潛艇。在冷戰危機期間，美國軍方曾揚言以核武保衛台灣，如今則是依賴微電子技術與精準打擊。隨著這艘滿載電腦化武器的馬斯廷號駛過台灣海峽，中國人民解放軍宣布在台灣周邊舉行一連串的報復性實彈演習，為中國官方報紙所謂的「武力統一行動」2進行演練。但在這一天，中國領導人擔心的不是美國海軍，而是美國商務部一項名為「實體清單」（Entity List）的規定。這項比較鮮為人知的規定，限制了美國技術向海外轉移。之前，實體清單主要是用來阻止導彈部件或核武材料等軍事系統的銷售。然而，由於現在的軍事系統與消費品普遍都有嵌入晶片，美國政府正大幅加強對電腦晶片的嚴格管控。美國政府的目標正是中國的科技巨擘華為，該公司銷售智慧型手機、電信設備、雲端運算服務，以及其他的先進技術。美國擔心，華為產品挾著中國政府的補貼優勢，定價非常誘人，不久可能成為下一代電信網路的骨幹。到時候，美國主宰全球科技基礎架構的地位將會受到破壞，中國的地緣政治勢力將會增強。為了因應這個威脅，美國禁止華為購買以美國技術製造的先進電腦晶片。不久，華為的全球擴張戛然而止，整個生產線陷入停擺，營收大幅下滑，彷彿被掐住了技術命脈，陷入技術窒息。華為就像其他的中國企業一樣，赫然發現它極度依賴外國人製造的晶片，因為所有現代的電子產品都靠晶片運作。即便優勢已大幅削弱，美國如今仍然牢牢掌控著矽晶片（這也是矽谷名稱的由來）。中國現在每年進口晶片的支出，已經超越進口石油的支出。這些半導體嵌入中國國內消費或出口到世界各地的各種裝置中，從智慧型手機到冰箱，不一而足。紙上談兵的策略家曾指出中國面臨「麻六甲困境」（Malacca Dilemma）──太平洋與印度洋之間的主要航運通道──以及中國在危機中取得石油與其他大宗物資的能力。然而，中國官方如今更擔心的是這種以位元組衡量的科技封鎖，而不是以桶為單位的封鎖。中國把最優秀的人才與成千上百億美元的資金投入開發自己的半導體技術，目的就是為了掙脫美國的3晶片鎖喉（chip choke）策略。如果中國在半導體上發展成功，將會重塑全球經濟版圖，重新界定軍事力量的平衡。二次大戰的結果是由鋼鐵與鋁決定勢力的消長；緊隨其後的冷戰則是由原子武器決定各方勢力的盛衰。如今美國與中國之間的競爭很可能是由運算力決定。雙方的戰略家現在都意識到，所有的先進技術——從機器學習到導彈系統，從自駕車到武裝的無人機——都需要先進晶片（更正式的說法是半導體或積體電路）。而晶片的生產掌控在極少數幾家公司的手上。

矽打造的世界一般人很少想到晶片，但晶片創造了現代世界。國家的命運取決於它們駕馭運算力的能力。如果沒有半導體與電子產品的貿易，眾所皆知的全球化不會存在。美國的軍事霸主地位主要源自於它把晶片應用在軍事上的能力。過去半個世紀以來亞洲的驚人崛起，也是建立在矽的基礎上，因為這些不斷成長的經濟體已經把晶片製造及組裝電腦與智慧型手機等產業加以專業化，這些產業全都是靠積體電路撐起來的。運算的核心需要無數的1與0，整個數位宇宙是由這兩個數字組成的。iPhone上的每個按鈕、每封電郵、每張照片、每支YouTube影片 ——這一切最終都是由大量的1與0編寫而成。但這些數字實際上並不存在，它們是電流的運算式，只有開啟（1）、或關閉（0）兩種選項。晶片是由無數電晶體所組成的網格，這些電晶體就是微小的電子開關，藉由開開關關來處理這些數字，記住它們，並把圖像、聲音、無線電波等現實世界的動感轉換為無數的1與0。馬斯廷號向南航行的同時，海峽兩岸的工廠與組裝廠正在為 iPhone 12生產大量的零組件，當時距離2020年10月的iPhone發布日只剩兩個月的時間。晶片業約有4四分之一的收入來自手機。而一部新手機的價格，有一大部分都是花在內建的半導體。過去十年，每一代 iPhone都是採用全球最先進的處理晶片。總計，一部智慧型手機需要十幾種半導體才能運作，不同的晶片分別管理電池、藍牙、Wi-Fi、網路連線、音訊、相機等等。這些晶都不是蘋果生產的，蘋果是採購大部分的現成晶片，5例如來自日本鎧俠（Kioxia）的記憶體晶片，來自加州思佳訊（Skyworks ）的無線射頻晶片，來自德州奧斯汀思睿邏輯（Cirrus Logic）的音訊晶片。蘋果內部自行設計在iPhone作業系統上運作的超複雜處理器。但這家位於加州庫柏蒂諾（Cupertino）的巨擘無法自己製造這些晶片。美國、歐洲、日本或中國的任一家公司也無法製造。如今蘋果最先進的處理器——可說是全球最先進的半導體——只能由一家公司在一棟建築內生產，這是6人類歷史上最昂貴的工廠。2020年 8月18日的上午，它距離馬斯廷號的右舷僅幾十英里。半導體的製造與微型化，一直是我們這個時代最大的工程挑戰。如今，沒有一家公司能比台積電（TSMC）更精準地製造晶片。2020 年，當全球因一種直徑約100奈米（1奈米等於1米的十億分之一）的病毒所造成的封城而動盪不安時，台積電最先進的Fab 18廠正在刻由微小電晶體所組成的微型迷宮，蝕刻出比新冠病毒的一半還小的圖案（約一個粒線體的百分之一大小）。台積電以人類史上前所未有的規模，複製這個製程。蘋果售出逾1億支iPhone 12，每一支都採用A14處理晶片，那晶片上刻了7118億個微小電晶體。換句話說，iPhone 12內建十幾種晶片，在短短幾個月內，台積電的Fab 18廠就為iPhone 12內建的一種晶片製造了超過1萬兆（quintillion）個電晶體（1萬兆這個數字有18個零）。去年，晶片業生產的電晶體數量，比人類史上所有其他產業的所有公司生產的所有商品的總和還多。任何東西的產量都無法與之匹敵。僅僅60年前，一塊先進晶片上的電晶體數量，8不是118億個，而是 4 個。 1961 年，舊金山南部的小公司快捷半導體（ Fairchild Semiconductor）發布一種名叫Micrologic的新產品，這是一種嵌入4個電晶體的矽晶片。不久，這家公司就設計出把12個電晶體嵌入晶片的方法，接著電晶體的數量又增至100個。快捷的共同創辦人高登．摩爾（Gordon Moore）在1965年注意到，隨著工程師學會製造愈來愈小的電晶體，每個晶片上可嵌入的元件數量每年都會增加一倍。這個預測 —— 晶片的運算力將呈指數級成長 —— 後來稱為「摩爾定律」（Moore’s Law），並促使摩爾預測了一些裝置的發明，那些裝置在 1965年看來簡直不可思議，充滿了未來色彩，例如「電子錶」、「家用電腦」，甚至「個人隨身通信裝置」。從1965年展望未來，摩爾預測未來十年將呈指數級成長，但這種驚人的進步速度如今已持續了半個多世紀。1970年，摩爾創立的第二家公司英特爾（Intel）推出一款可儲存1024條資訊（「位元」）的記憶體晶片，價格約20美元，亦即9 每個位元約2美分。如今20美元可買到一個儲存超過10億位元的隨身碟。

現在我們想到矽谷，腦中浮現的是社群網路與軟體公司，而不是讓矽谷得名的那個物質。然而，網路、雲端、社群媒體，整個數位世界之所以存在，都是因為工程師學會掌控電子在矽晶片上流動時的最小移動。要不是處理及記憶1與0的成本在過去半個世紀大降了10億倍，所有的大型科技公司根本不可能存在。這種不可思議的進步，有部分要歸功於傑出的科學家與榮獲諾貝爾獎的物理學家。然而，不是每項發明都能開創出成功的新創企業，也不是每家新創企業都能催生出一個轉變世界的新產業。半導體之所以能在社會上普及，是因為有企業開發出量產的新技術，是因為嚴苛的管理者不斷地壓低成本，也是因為充滿創意的創業者想出運用半導體的新方法。摩爾定律的誕生，不僅是物理學家或電子工程師的故事，也是製造專家、供應鏈專家、行銷經理的故事。

矽谷崛起與晶片供應鏈舊金山以南的城鎮在1970年代以前還不叫矽谷，那裡成為革命的中心，是因為那個地方結合了科學專業知識、製造技術、充滿遠見的商業思維。加州有許多受過航空或無線電產業訓練的工程師，他們從史丹佛大學或加州大學柏克萊分校畢業。由於美國軍方想要鞏固其技術優勢，這兩所大學都獲得了充裕的國防資金。除了經濟結構以外，加州的文化也一樣重要。那些離開美國東岸、歐洲、亞洲去建立晶片業的人，談到他們當初決定搬到矽谷的原因時，常提到矽谷給人一種機會無限的感覺。對世界上最聰明的工程師及最有創意的創業者來說，找不到比矽谷更令人振奮的地方了。

事實證明，晶片業一旦成形，就不可能離開矽谷。如今的半導體供應鏈需要來自許多城市與國家的元件，但幾乎每塊晶片都與矽谷有關連，或是生產過程需要用到來自加州設計與製造的機台。美國擁有龐大的科學專業人才，他們獲得政府研究資金的支援，又有能力從其他國家吸引最優秀的科學家來強化陣容。這個龐大的人才庫，為推動技術進步提供了核心知識。美國的創投業與股市為新公司提供了發展所需的創業資金，也無情地淘汰失敗的公司。與此同時，美國這個全球最大的消費市場也推動了成長，為數十年來新型晶片的研發提供了資金。其他國家發現，光靠一己之力並無法跟上這股潮流，但他們成功地把自己緊密整合到矽谷的供應鏈中。歐洲掌握了某些關鍵半導體專業技術，尤其是在生產晶片製造的機台及設計晶片架構方面。台灣、南韓、日本等亞洲國家的政府藉由補貼企業、資助培訓項目、壓低匯率，以及對進口晶片徵收關稅等方式，設法擠入晶片業。這個策略創造出其他國家無法複製的一些能力，但這番成果是靠他們與矽谷合作達成的，這些國家仍需要持續依賴美國的機台、軟體與客戶。與此同時，美國最成功的晶片公司已經建立了遍及全球的供應鏈，降低了成本，並創造出讓摩爾定律繼續成立的專業知識。如今拜摩爾定律所賜，半導體嵌入每台需要運算力的裝置中—— 在物聯網時代，這意味著幾乎每台裝置都內建半導體。即使是汽車這種有百年歷史的產品，現在通常也內建價值上千美元的晶片。全球大部分的GDP都是由依賴半導體的裝置創造出來的。對於一個75年前還不存在的產品來說，這是一種非比尋常的進步。

效率的極致，也是驚人的弱點 2020年8月，馬斯廷號往南航行時，世界才剛開始意識到我們對半導體的依賴，以及對台灣的依賴。我們每年使用的新運算力中，有10 三分之一是來自台灣製造的晶片。世界上幾乎所有最先進的處理晶片，11都是由台積電生產。2020年，當新冠病毒席捲全球時，晶片業也受到衝擊。一些工廠暫時關閉，車用晶片的採購量大幅下滑。隨著世界各地許多地區準備在家工作，個人電腦與資料中心的晶片需求大幅飆升。接著，2021年，一連串的事件又導致上述供應鏈中斷的現象加劇：日本一間半導體工廠失火；德州發生冰風暴（那裡是美國的晶片製造中心）；馬來西亞開始新一輪的新冠疫情封城（許多晶片是在馬來西亞組裝及測試）。突然間，許多離矽谷很遠的產業都面臨嚴重的晶片短缺。從豐田（Toyota）到通用汽車（GM）等大型汽車製造商都不得不關廠數週，因為他們12無法取得需要的半導體。即使是製程最簡單的晶片，一旦碰到短缺，也會導致地球另一端的工廠關閉。這一切彷彿是全球化出問題的完美寫照。過去幾十年來，美國、歐洲、日本的政治領導人從未多想過半導體。他們就像一般人一樣，以為「科技」指的是搜尋引擎或社群媒體，而不是矽晶圓。當美國總統拜登（Joe Biden）與德國總理梅克爾（Angela Merkel）在問，為什麼他們國家的汽車廠關閉時，答案就隱藏在錯綜複雜的半導體供應鏈背後。一個典型的晶片，可能是一個加州與以色列的工程師團隊，使用美國的設計軟體，根據總部位於英國、軟銀集團旗下的ARM公司的藍圖設計出來的。設計完成後，會送到台灣的工廠，那家工廠再從日本購買超純矽晶圓及特殊氣體，接著利用全球最精密的機器，把前述的設計刻在矽上。那種精密機器可以蝕刻、沉積、測量幾個原子厚度的材料層。這些機台主要是由五家公司生產，一家荷蘭公司、一家日本公司與三家加州公司。如果沒有這些公司，基本上就不可能製造出先進的晶片。之後，晶片會經過封裝與測試，通常是在東南亞進行，然後才運到中國，裝進手機或電腦。如果半導體的生產過程中有任一步驟中斷，全球新運算力的供給就會受到威脅。在人工智慧（AI）時代，大家常說資料是新石油。然而，我們面臨的真正限制，其實不是資料的取得，而是資料的處理力。儲存與處理資料的半導體數量是有限的，生產半導體的流程極其複雜，而且成本高的可怕。石油可以從許多國家購買，但運算力不一樣。運算力的生產，根本上是取決於連串的關鍵控制點：機台、化學物、軟體。這些通常是由少數幾家公司生產，有時甚至只有一家公司生產。經濟上，沒有任何產業是如此依賴那麼少數的公司。台灣的晶片每年提供全球37％的新運算力；兩家韓國公司生產全球1344％的記憶晶片；全球所有的極紫外光（EUV）曝光機都是由荷蘭的ASML公司製造，沒有這些機器，就不可能製造先進的晶片。相較之下，石油輸出國組織（OPEC）的產油量占全球產量的40％，那看起來就沒什麼大不了了。這個遍及全球的公司網絡，每年生產上兆個奈米級的晶片，可說是效率的極致，但也是驚人的弱點。新冠疫情的衝擊讓我們有機會窺探，萬一地震剛好發生在這些地方，對全球經濟可能造成多大的影響。台灣位於斷層線上，1999年那條斷層線曾引發芮氏7.3級的地震。幸好，那場地震只讓晶片停產了幾天。但台灣發生更強烈的地震，只是時間早晚的問題。毀滅性的地震也可能衝擊日本與矽谷。日本是地震頻繁的國家，而日本生產的晶片占全球產量的17％。矽谷現在生產的晶片雖然很少，但生產晶片製造裝置的工廠就設在聖安德列斯斷層上。不過，如今最危及半導體供應的巨變並不是板塊碰撞，而是強權之間的衝突。中國與美國爭奪霸主地位的同時，雙方都把焦點放在掌控運算的未來上，而可怕的是，那個未來取決於一個小島，中國認為那個小島是叛離的省份，美國則已經允諾以武力保衛它。美、中、台晶片業之間的相互連結極其複雜，令人眼花繚亂。找不到比台積電創辦人更適合說明這點的人了。截至2020年，台積電還把美國的蘋果與中國的華為視為兩個最大的客戶。張忠謀生於中國，二戰時期在香港成長，後來在哈佛、麻省理工學院、史丹佛接受教育。他在達拉斯為德州儀器（TI）工作期間，參與建立了美國早期的晶片業。他獲得了美國14最高機密的安全許可，為美國軍方開發電子產品，並使台灣成為世界半導體製造的中心。中國與美國有一些外交政策的策略家，夢想著讓兩國的科技業不再有牽連。但是像張忠謀這樣的人建立了一個由晶片設計師、化學品供應商、機台製造商所組成的超高效率國際網絡，這個網絡是不可能輕易解體的。當然，除非有什麼東西爆炸，那就另當別論了。中國明確表示，絕不排除武力犯台以追求統一的可能。但它不會採取兩棲攻擊那樣戲劇性的手段，而導致半導體引發的震波席捲全球經濟。即使中國軍隊展開部分封鎖，那也可能引發毀滅性的破壞。對台積電最先進的晶片製造廠發動一次導彈襲擊，就可以輕易造成成千上百億美元的損失（把手機、資料中心、汽車、電信網路、其他技術的生產延誤成本加總起來，就非同小可）。

讓全球經濟受制於世界上最危險的政治爭端之一，似乎是一個可能在歷史上留下記錄的重大錯誤。然而，先進的晶片製造集中在台灣、南韓、東亞的其他地區並非偶然。政府官員與企業高階主管一連串深思熟慮的決定，創造了如今這些遍及全球的供應鏈。亞洲龐大的廉價勞力資源，吸引了尋找低成本勞力的晶片製造商。該區的政府與企業利用海外的晶片組裝廠，來學習並最終開發出更先進的技術。美國外交政策的策略家把複雜的半導體供應鏈，視為把亞洲與美國主導的世界綁在一起的工具。資本主義對經濟效率的持續要求，促使業者不斷地削減成本，也促進企業整合。摩爾定律背後的穩定技術創新，需要更複雜的材料、機械與製程，那些東西都只能透過全球市場供應或資助。我們對運算力的龐大需求只會持續成長。這本書引用三大洲（從台北到莫斯科）的歷史檔案研究，以及上百次採訪科學家、工程師、執行長、政府官員的資料，主張半導體定義了我們的世界，決定了國際政治的形態、世界經濟的結構與軍事力量的平衡。然而，這種最現代的裝置有一段複雜又充滿競爭的歷史。它的發展不僅是由企業與消費者塑造的，也是由雄心勃勃的政府與戰爭的迫切需要推動的。想要瞭解世界是如何變成由無數個電晶體與少數幾家不可替代的公司所主導，我們必須從矽時代的起源開始回顧。