犇報編按

荷蘭一座小鎮生產的EUV，中國地底下的稀土，到地球上最乾淨的台積電無塵室，在全球晶片戰爭中，供應鏈的每個環節都競爭激烈。台灣的台積電，生產全球近九成的最先進半導體，讓台灣不僅在地緣政治上，也在晶片生產上，位處中美競爭最激烈的關鍵之處。小小的晶片，塞滿比病毒還小的奈米電晶體，卻成為中、美、台三地充滿政治博弈的重中之重。對此，衛報記者海倫·沙利文（Helen Sullivan）科普介紹全球半導體產業的現況、發展內容、原料與技術的掌握，由竇笨叟改譯分享給犇報讀者，認識小小晶片充滿政治博弈的世界之旅。

電子顯微鏡下碳奈米管微電腦晶片體的場效應畫面。圖源：維基百科

一場充滿政治博弈的晶片世界之旅

◎作者｜海倫·沙利文（Helen Sullivan）
◎改譯｜竇笨叟

在荷蘭的一座小鎮上，有家工廠生產全球唯一能製造晶片的機器，那台機器能創造出非地球本身自然發散出的「極紫外線」（extreme ultraviolet，EUV），一種由外太空年輕恆星（young stars）發出的光。EUV是大規模生產最先進的半​​導體晶片，最有價值，最重要的唯一技術。該工廠的EUV機器被禁止出售給中國。

以下將解釋晶片如何製造？為何晶片會成為中美貿易戰的焦點？台灣是如何被捲入這場漩渦？以及接下來可能發生什麼事？這些答案將帶領我們從地下深處到外太空，從世界上最髒的地方到最乾淨的地方，從最熱到最冷，從比病毒還小的人造結構到需要三架飛機才能移動的巨型設備。最後，到達物理學同時存在的兩個對立狀態中。

台積電晶片。圖源：新華社

晶片是怎麼製作的？

晶片由多層薄而扁平的矽片（晶圓）構成，晶圓上裝有電路（circuits）。這些電路由數十億個稱為電晶體（transistors）的開關（switchs）組成。這些電晶體包含在高度複雜、強而有力的晶片網路中，一般稱為半導體（semiconductors.）。

製造半導體，需要3.8億美元，這是先進半導體材料光刻技術公司（Advanced Semiconductor Materials Lithography ASML）最新的EUV機器的成本。

運輸更是一場噩夢：這台機器如此龐大且精密，需要40個貨運貨櫃、3架貨機和20輛卡車才能將它從荷蘭（Dutch）費爾德霍芬（Veldhoven）的工廠運送出去。運送這麼龐大的精密機器，只為了一個目的，創造和聚集足以穿透堅硬物體的能量，波長幾乎與X射線一樣短的光。

圖為ASML的EUV光刻機，是半導體行業的領先供應商，母公司位於荷蘭費爾德霍芬。

晶片製造商努力滿足摩爾定律（Moore’s law）：「容量（晶片上電晶體的數量）每兩年增加一倍」的預測。如果晶片要保持相同的尺寸，並且在理想的情況下變得更小，這就意味著電晶體必須越來越精細。

ASML的機器將圖案雕刻到包含電晶體的矽晶上。刻圖越精細，晶片上可容納的運算能力就越強。該公司發言人馬克‧阿辛克（Marc Assinck）將光波長比作筆畫的粗細。你想在頁面上描述越多細節，筆就應該越細。EUV的光波長非常窄，人眼無法看見，並且可以直接穿過大多數的物質。

光刻機的基本原理。圖源：網路圖片

這種光是在極小的錫球放射雷射（laser）產生的。錫蒸發成等離子體，等離子體發出光，光線穿過光刻機，照射到特製的鏡子上。光線穿過「光罩」，即晶片層面的圖案，照射到晶圓上。暴露在光線下的區域會變硬，未暴露的區域會溶解在化學溶液中，留下3D圖案。

想像一下晶片就像一棟有100層樓的建築。每棟需要四個月的建造時間，每層樓都有自己的格局，只是這種格局的特點只有25奈米：比將近100奈米的流感病毒顆粒還小。EUV和其他光刻機逐一樓層的蝕刻出這些圖案。

這些機器並不容易製造。就像晶片本身一樣，必須在地球上最乾淨的空間：「無塵室」組裝。晶片的功能用途與原子同一級別：一粒灰塵就能讓它們報廢。

台積電無塵室。圖源：台積電

台灣為何如此重要？

ASML生產製造晶片的機器，但它並沒有生產晶片本身。這項成就由另一家名字並不起眼的卓越公司：「台積電」，即「台灣積體電路製造股份有限公司」完成。全球有九成的最先進半導體由台積電生產，包括iPhone用的半導體。由於美國的半導體晶片，大量由台灣生產供應，在擔心中國「入侵」的情況下，美國提高對保護台灣的關注。

2022~2025年約當8吋晶圓新產能(按國家及區域分)。圖源：國際半導體產業協會（SEMI）

2022年，美國說服荷蘭政府對ASML實施出口管制，禁止機器售予中國。ASML表示，截至目前，還沒有EUV光刻機運往中國，這意味著，除非等到中國自己發明了EUV光刻機，否則中國將使用比西方國家老舊好幾年且功能較弱的紫外線機器。但這些機器雖仍然可以大規模生產非常複雜的晶片──但是卻不如西方生產的晶片那麼複雜。

光刻機是人類史上最精密的設備。圖源：ASML

人工智慧是美國和中國激烈競爭的另一項技術，依賴世界上最複雜、最強大的半導體晶片。這些晶片的主導設計者是一家名為輝達（Nvidia）的美國公司。公司使用的晶片便是台積電用ASML製造的機器生產的。

中國缺乏EUV光刻技術，因此中國聊天機器人DeepSeek首次亮相會給市場帶來如此大的震撼。一家採用不那麼先進而且更便宜技術的中國公司，卻生產出與ChatGPT同樣強大的產品。DeepSeek聲稱其訓練成本僅600萬美元，而美國公司做同樣的事情則要花費數十億美元。

「美國認為人工智慧將是一項變革性的技術，影響幾乎所有經濟領域。」《晶片戰爭：爭奪全球最關鍵技術》一書的作者，克里斯·米勒（Chris Miller）表示：「因此它不希望中國獲得優勢。」

AI對於國防和情報也至關重要。根據安全與新興技術中心（The Centre for Security and Emerging Technology）的說法，中國人民解放軍近年來在運用人工智慧方面的努力，已取得了「重大進展」。

並非所有人都認為應該限制中國取得ASML的機器，其中就包括ASML本身。在一場彭博社（Bloomberg）舉行的會議上，當被問及這項禁令在多大程度上與國防安全有關時，該公司的執行長克里斯多福．弗奎特（Christophe Fouquet）回答說：「越來越多的人開始問這問題……這真的是為了國家安全嗎？」

這場爭論可能不需要持續太久：2024年，中國公司上海微電子公司（Shanghai Micro Electronics Company SMIC）透露，已於一年前為自家EUV光刻機申請了專利。

2023年，上海微電子成功研製出中國首台28納米光刻機。圖源：聯合早報

稀土從何而來？

在晶片生產競賽中，中國比西方國家擁有其他優勢。除了矽（silicon）之外，半導體還需要所謂的「稀土（rare earth）」，特別是鍺（germanium）和鎵（gallium）。到2030年，鎵的需求預計將比2015年成長350%以上。預計同期鍺的需求量也將增加一倍。中國生產了全球98%的鎵，全球三分之二以上的鍺。

這就是為什麼川普向烏克蘭施壓，要求烏交出稀土以換取援助的原因之一，也是為什麼在川普與印度總理莫迪首次會晤後，兩人宣布同意啟動稀土「回收和加工計畫」。

中國是世界上最大的稀土生產、出口國，圖為位於內蒙古包頭市達茂旗的「稀土之鄉」歡迎碑。圖源：新華社

量子晶片會改變一切嗎？

接著說量子晶片（quantum chips）。理論上，量子晶片可以讓超級電腦比現有速度更快得解決問題。

因為量子晶片不同於現有電腦要嘛開要嘛關，不是零就是一的運作情況，而是可以同時處於兩種狀態，以及介於兩種狀態之間的所有狀態。一個常見的解釋是迷宮（maze）：普通電腦只能透過逐一測試每個選項找到穿過迷宮的路徑。量子電腦卻可以同時測試所有選項。

到目前為止，量子電腦僅在有限的情況下實現。但微軟（Microsoft）本月宣布，它已經研發出一款晶片，讓量子電腦可能在幾年內就能建成，而不是幾十年。

微軟（Microsoft）在美國時間19日發表量子運算晶片「Majorana 1」。圖源：微軟

同時，歐洲智庫墨卡託中國研究中心（the Mercator Institute of China Studies）的數據顯示，中國在量子科技上的公共支出是美國的四倍。而且這些晶片不是用EUV機器製造。取而代之的，是使用電子機器在晶片上雕刻圖案製成，而中國自己生產這些機器。

雪梨大學（University of Sydney）校長、物理學教授、量子計畫負責人戴維‧賴利（David Reilly）表示，在晶片辯論中，中國還擁有經常被忽視的資源。他說：「所有一切的關鍵在於人。」突破之所以發生，是因為人們看到了某種需求，知道目前有哪些方法可以滿足這種需求，並且能想像出它們的可能性。

「中國有很多聰明人。他們在理工（STEM即：科學science、技術technology、工程engineering、數學mathematic）領域，培養了很多的大學生」。他說：「這些畢業生往往會在美國、澳洲和歐洲（US, Australian, European）的頂尖大學攻讀碩博士學位，然後回國。」

「我不想說政府對此視而不見，但我們確實非常關注這些具體的物質基礎（案：即上述的理工人才）的移轉」，戴維‧賴利說：「發明不是憑空產生的。」

◎作者｜海倫·沙利文（Helen Sullivan）
◎原文｜A journey through the hyper-political world of microchips
◎改譯｜竇笨叟
◎編輯｜山那編

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