《晶片戰爭》- 精彩的近代科技發展史與算力競爭

by Will Chen
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前陣子剛看完《人類的旅程》與《槍炮、病菌與鋼鐵》,才剛為人類歷史上這一路走來的發展感到咋舌。畢竟地球來來去去這麼多種物種,卻只有人類能將文明發展至今,也能利用腦力善用環境資源,最終在某種程度來說稱霸世界。然而,最近看完的這本《晶片戰爭》,則可以說是把二戰後的科技發展史講解的淋漓盡致,而這一切的一切,都圍繞在半導體上。

人類在過去幾十年間,其實整個社會扣除掉半導體帶來的相關發展外,並無太大變化。因此若許換個角度說,半導體製造技術的發展,其實正是牽引著現代社會進步的動力。

這是一本任何人都能讀得津津有味的商業歷史書

雖然這本書厚達四百多頁,但一翻開書的我便瞬間被內容所吸引,默默的在一個週末就看完了。本書作者克里斯・米勒(Chris Miller)並不是傳統理工背景出身,反而專長是國際史、總體經濟與政治等(跟我大學主修好像..哈),因此並沒有從什麼很深厚難懂的角度切入,反而是在做了大量的功課、閱讀巨量的文獻後,將晶片發展史娓娓道來,並且融入美蘇、美日與美中角力等政治議題。對於一個主修政治經濟,對近代科技深感興趣,又在書中提到的科技公司任職的我來說,無疑是精神時光屋,越看越起勁,但對於一般人而言,作者以非常淺顯易懂的方式講述了最重要的半導體概念與製造邏輯,並花了較多篇幅講述那段矽谷歷史與政治軍事角力,相信沒有背景的人也能看得津津有味。

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「抵銷」策略 – 美軍如何運用半導體以寡擊眾?

早在2019年,張忠謀就曾預言台積電終將成為兵家必爭之地,從當時僅兩百多元的股價來看,大多數人,包括我在內,並不能深刻的體會到這個道理。但書中講述到張忠謀一路從在德州儀器協助提升半導體製造良率的故事開始,就漸漸能體悟了。早在冷戰時期,美國就曾因為飛彈打不中敵方目標物而感到十分懊惱,再加上當時蘇聯擁有的飛彈與坦克數量多於美軍,也讓美國深感威脅。1950年與1960年代,張忠謀在德州儀器的同事沃德(Weldon Word),就是雷射導引飛彈「鋪路」(paveway)的發明者。當時鋪路飛彈安裝了半導體,利用計算的方式將飛彈導引到目標物上引爆,使得這些飛彈武器能夠被更有效率的運用,自然也就能以較少數量的武器與花費,擊潰較多數量但較不準確的蘇聯武器。

從越戰的成功測試後,美軍漸漸嘗到將半導體應用在軍事上的甜頭,因而開始更大量的使用,大量的訂單也為半導體產業挹注大量資金,使得半導體的研發日益增速,而後才有Gordon Moore的摩爾定律產生。摩爾定律的內容是,積體電路上可容納的電晶體數目,約每隔兩年便會增加一倍。而越多的電晶體數量,就代表越好的晶片效能。

其實從這個歷史故事來看,我的其中一個take away是「不能只看表面上的硬實力與資源」,反而是要找到能將手上資源效益極大化的地方,或是能槓桿手中資源的機會。有點像孫子兵法說的,「十則圍之,五則攻之,倍則分之;敵則能戰之,少則能守之,不若則能避之。」誠然,有十倍於對方的資源時可以輾壓之,但如果沒有絕對優勢,則要分之,而非硬碰硬。

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為什麼台積電最終成了兵家必爭之地?

雖然半導體因為軍方需求而有了壯大的契機,但幾位發明晶片的人們並不滿足於只將晶片用於飛彈。他們相信晶片最終將能步入消費市場,為消費者帶來更多運算力帶來的好處。從起初的IBM個人電腦開始,工程師們不斷的透過改良微影技術、研發finFET結構、乃至於後來豪賭EUV光刻機等等,逐步縮小晶片體積與縮短電晶體的閘長,增進運算效率與能力的同時,也讓生活中各項家電與設備都有了改變的可能性,例如汽車、洗碗機、熱水瓶等。而這樣的改變也使得算力成了新的資產與貨幣,只要能掌握更多算力製造能力的一方,就幾乎等同於擁有石油,這項有稀缺性,卻又能驅動生產力的資源。

然而,綜觀半導體的製造流程中,前端的EDA等軟體,或是Arm這些指令集,都屬於能無限複製的原料;EUV雖然數量有限,但生產出來之後就能持續使用,反而是實際製造半導體這塊,才是整條供應鏈中的bottleneck (詳見《目標》,一本講述「限制理論」的經典)。

然而,製造晶片,尤其是先進晶片的困難程度,是眾所皆知的難,因此,誰能擁有台積電等Foundry的產能,就更能有機會產出更多具有高生產力的產品,或是更精準的軍事武器。現在的俄烏戰爭中,俄羅斯正是因為沒有足夠的晶片能安裝在自家的飛彈與武器上,因此空有大量的武器,卻無法有效運用。

台積電擁有全世界六成的晶圓代工市占率,其作為國際政治角力下的重要性便不言而喻。

<參考資料> 張忠謀:台積電是地緣政治必爭之地 地位會更重要 – 中央社 : https://www.cna.com.tw/news/firstnews/202110260340.aspx

這場「算力競賽」,我的觀點

身處一間強調”Edge to cloud”的公司,我能深刻感受到算力帶來的好處與可能性。大量蒐集資料並挖出更準確的insight,更快速的針對資訊做出反應,這些都是我們對美好未來科技想像的基石,也可能是下一場現代戰爭的勝負關鍵。就半導體本身在未來數十年內,應該都還會是各方勢力競相爭逐的資源,可以說是誰擁有製造半導體的能力,並以此與其他產業結合,就越有可能成為贏家。

然而,越困難的技術,越難靠抄襲來彎道超車。書中舉例蘇聯就曾大量派遣間諜抄襲矽谷的晶片製造方式,但最終仍無法追趕得上矽谷的研發速度而失敗。我們很幸運的是在半導體發展的早期,就能成功引進半導體的製造技術,並以此為基底,持續的研發與學習,經過數十年的努力,才能有今日在台灣引以為傲的半導體產業。雖然傾全國之力在半導體業可能有孤注一擲的風險,但在關鍵時刻不歐印的風險似乎更大,因而有了各方角逐的局面。

現在不論美中雙方都近乎歐印了這場競賽,這會顯得競爭更加得白熱化。然而,過去數十年間的半導體發展,已不再是靠單一國家或單一企業就能繼續發展的。例如ASML的EUV正是集結了Intel, 台積電等若干企業與美軍資金,以及數十年的半導體經驗與知識所共同研發而成,這儼然已是「世界的半導體產業」,而非隸屬於某一國或某一個企業。因此,我不認為現在世界上有任何一個國家或企業,能夠單靠一己之力,就超越現在主流的半導體聯盟。

不過,若單從軍事的角度來說,所需要的半導體產能不若商界這麼大。在先進製程逐漸遇到瓶頸的時刻,過往的「抵銷」策略是否還能有效的抵銷實體的軍事力量差異,就有待進一步分析與觀察了。

謹以此機會致謝李國鼎、孫運璿等為國付出的技術官僚

大多數文章都強調了張忠謀創立台積電,成為台灣的護國神山,但近代甚少有文章或書評提及李國鼎與孫運璿兩位幕後的技術官僚。早在大學修政治經濟學時期,就很羨慕亞洲鄰國能有強調技術與能力的技術官僚體系,能真正的為國家提出好的政策與方向。後來才漸漸得知上個世紀,風雨飄緲的年代,我們也曾有類似的技術官僚。雖然可以有點馬後炮的說,李國鼎是看到當時半導體的蓬勃發展,才邀請張忠謀來台帶領工研院、創立台積電。然而,不可否認的是,不論李國鼎或孫運璿,對於正確的事情都能義無法顧、冒著丟了烏紗帽的風險,全力支持正確的政策執行。

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