十年前，“定制硅产品”仍是一个不确定的命题。得益于摩尔定律（Moore 's law，英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，称集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍），“通用芯片”（对应“专用芯片”）的性能得到了迅速改善。今天，纳米级原件受基础物理的限制，摩尔定律被打破。研究公司Linley Group的负责人林利·格温纳普（Linley Gwennap）指出，现在晶体管数翻番的时间需要近三年，而且改进后的收益较过去也更少。

这使得通过调整设计来维持业绩增长更具吸引力，尤其是对纵向整合的大型公司而言。没有谁比苹果更清楚其芯片如何与iPhone的其他硬件和软件交互。云计算巨头拥有大量关于他们的硬件如何使用的数据，并可以调整他们的设计以相适应。

过去，自己设计芯片意味着自己制造芯片，但现在不一样了。如今，大多数设计者都将制造流程外包给台积电或美国GlobalFoundries等专业公司，消除了拥有工厂的必要性，大大降低了成本。大量的自动化工具使得芯片设计过程变得顺利。“这可不像在Etsy上设计一件定制t恤那么简单。”芯片行业分析机构Future Horizons的负责人马尔科姆·佩恩（Macolm Penn）称。不过，这也不是难出这个世界之外的事情。

虽然现在设计芯片比以往任何时候都更容易，但制造芯片却从未如此艰难。要跟上摩尔定律，即使其速度放慢了，也需要在芯片工厂建设方面投入大量资金——并且投资额还在不断上涨——这些工厂配备了超先进的设备：等离子蚀刻机、蒸汽沉积机以及180吨重、双层巴士大小的光刻机。芯片制造的资本支出在总收入中所占比重下降过之后，又开始回升（见图3）。可以绝对地说，高科技“晶圆厂”（芯片工厂）的成本一直在持续增长，而且看不到尽头。

图3 芯片行业资本支出在下降过后，再度开始回升。截图自《经济学人》数据来源：Future Horizons

今天最先进的技术是5纳米芯片（尽管“5纳米”不再像前几代技术那样指晶体管的实际尺寸）。三星和台积电都在2020年开始大量生产5纳米芯片，其“接班人”3纳米芯片将于2022年问世，而2纳米“接班人”将在几年后问世。

局外的英特尔

进入千禧之年，一家尖端工厂可能要花费10亿美元。管理咨询公司麦肯锡（McKinsey） 2011年的一份报告指出，一家先进晶圆厂的通常成本为30-40亿美元。最近，台积电2020年在台湾南部建成的3纳米制程工厂耗资195亿美元。台积电已经在考虑2纳米芯片，其耗费的投资肯定会更高。英特尔的步履蹒跚使其被孤立在10nm业务之中，其老板鲍勃·斯旺（Bob Swan）也因此丢了工作，其继任者帕特·格尔辛格（Pat Gelsinger）将需要决定公司是否要继续生产芯片。与台积电不同，英特尔也设计自己的芯片。潜在的新入围者面临着超高的门槛。每有一项技术进步，晶圆厂的经济效益就会将入围门槛推得更高。

并非所有的芯片制造都需要尖端的制造技术。汽车大多使用“老式愚钝”一些的半导体芯片。在场地宽敞的数据中心，微型化似乎也不是必须的。但有一点至关重要：有些运算只有最强大的芯片才能处理。

随着硅越来越普及于超级互联的“物联网”的中各种产品，从恒温器到拖拉机，对最强芯片的需求可能还会增长。在它们之中，台积电和三星的客户已经是大科技公司——苹果、亚马逊、谷歌、英伟达、高通（如果新闻报道属实，英特尔很快也会加入）的“座上宾”。随着汽车等产品变得更加电脑化和电动化，汽车使用的芯片也将变得更加先进。美国电动汽车制造商特斯拉已经在依靠台积电的7nm晶圆厂来生产自己的自动驾驶芯片。

由于三星和台积电都对对方保持警惕，亚洲纳米领域的“双头垄断”竞争仍然激烈。自2005年以来，这家台湾企业的营业利润率基本保持稳定，当时尚有15家公司在这一领域处于领先地位。但制造成本无情上涨的逻辑终点在于，在某个时候一家企业——很可能是台积电——可能会成为最后一家屹立不倒的先进晶圆厂。据一位业内资深人士说，多年来，科技公司的老板们大多无视了这个问题，并希望该问题自动消失。但这并没有发生。

而该行业日益增加的政治筹码加剧了这种担忧。作为对中国发动的经济战的一部分，美国一直试图阻止中国企业发展自行建造先进芯片工厂的能力。为了在2025年前实现关键技术的自给自足，中国已经把半导体放在其数十亿美元计划的核心位置——尤其是美国的制裁阻碍中国从外国进口芯片之后。

集中程度提高这一现状背后的结构性力量，将持续存在。美国担心失去最先进的芯片工厂，于是向台积电发放补贴，以换取其在亚利桑那州建设晶圆厂。三星可能会扩大自己在得克萨斯州的业务。另一套补贴和激励措施正在等待国会的拨款。欧盟在比利时和荷兰拥有大量的高科技设备，并且还想要更多。12月17日，欧盟成员国同意在新冠大流行之后投入数百亿美元的刺激资金，试图在2020年之前创建先进的芯片工厂。芯片行业的发展历史表明，随着时间的推移，这些投资金额只会变得越来越令人瞠目结舌。

（观察者网白紫文翻译自《经济学人》）

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