就三周前拜登政府宣布的中国芯片制裁而言，英特尔可能不是最明显的起点（我在此处和此处的每日更新中介绍了禁令）；该公司最近剥离了其在大连的 3DNAND 工厂，仅在成都保留了两个测试和组装基地。当然，英特尔作为代工厂的未来及其在帮助美国赶上目前由台湾台积电主导的最先进工艺方面的重要性是有一定的意义的，但在探讨这些制裁的影响和风险时，我是对英特尔的过去更感兴趣。
不过，从现在开始：两周前，英特尔 CEO Pat Gelsinger 宣布重组公司，目标是拉开设计和制造团队之间的距离。来自华尔街日报：
英特尔公司计划在其芯片设计师和芯片制造工厂之间建立更大的决策分离，作为首席执行官帕特·盖尔辛格 (Pat Gelsinger) 改造公司和提高回报的努力的一部分。 Gelsinger 先生周二在给员工的一封信中披露了这种新结构，旨在让英特尔的工厂网络像合同芯片制造业务一样运作，平等地接受英特尔工程师和外部芯片公司的订单。英特尔历来几乎完全使用其工厂来制造自己的芯片，而盖辛格先生在去年推出合同芯片制造部门时改变了这一点。
早在 2018 年，我就曾写过有关英特尔和集成的危险的文章：
说英特尔和微软一样被打乱了可能更简单。多年来，该公司的集成模式带来了令人难以置信的利润，每次英特尔的高管都选择改变方法来保持这些利润。事实上，英特尔比微软更遵循颠覆的剧本：虽然 PC 的衰落最终导致了 Windows 的终结，但英特尔在过去几年中通过越来越多地关注高端产品来支撑其收益。最后，将 Xeon 处理器出售给云提供商。这种方法当然有利于季度收益，但这意味着公司只会加深它在其他所有方面的漏洞。而现在，最令人痛心的是，即使在高端应用中，该公司似乎也濒临失去其性能优势。
那篇文章主要是关于英特尔对高利润集成处理器的依赖，以及它不愿意/无法成为为第三方客户提供服务的代工厂，以及智能手机如何为台积电等模块化厂商提供数量以威胁英特尔的制造主导地位。然而，英特尔的集成方法相对于台积电的模块化方法的影响值得深入研究，因为它为中国在建立自己的半导体产业时面临的漫长道路提供了教训，强调了为什么美国本身在半导体方面很脆弱，并解释说为什么台湾的风险显着增加。
台积电的贬值
晶圆厂的建造成本高得令人难以置信，而芯片却极其便宜；用经济术语来说，晶圆厂需要大量的固定成本，而芯片的边际成本最低。这种动态与软件非常相似，这就是为什么风险投资兴起来支持英特尔这样的芯片公司，然后无缝过渡到支持软件（今天以软件而闻名的硅谷，字面意思就是以用于芯片的材料命名） .
管理这些成本的一种方法是建造一次晶圆厂，然后尽可能长时间地运行它。例如，台积电的 Fab 2 是该公司唯一的 150 毫米晶圆厂，建于 1990 年，至今仍在运营。这是台积电 26 家工厂中的 7 家超过 20 年的晶圆厂之一（还有几家正在建设中，包括亚利桑那州的一家）。这些晶圆厂的芯片卖不了多少钱，但没关系，因为晶圆厂完全折旧：几乎所有的收入都是纯利润。
这似乎是显而易见的策略，但它是一个非常依赖路径的策略：台积电的独特之处正是因为他们没有设计自己的芯片。我在Chips and Geopolitics中解释了公司的起源故事：
几年后，在 1987 年，Chang 被邀请回台湾，并被要求为一个新的政府倡议制定一个商业计划，以创建一个半导体产业。 Chang在接受计算机历史博物馆采访时解释说，他没有太多工作要做：
我停下来试图检查我们在台湾得到了什么。我的结论是[我们]很少。我们在研发方面没有实力，或者说几乎没有。我们在电路设计、IC产品设计方面没有实力。我们在销售和营销方面几乎没有实力，我们在知识产权方面几乎没有实力。台湾唯一可能拥有的力量，甚至是潜在的力量，而不是明显的力量，就是半导体制造、晶圆制造。那么，您将创建什么样的公司来适应这种优势并避免所有其他弱点？答案是纯粹的代工……
在选择纯代工模式时，我设法利用了台湾可能唯一的优势，并设法避开了许多其他弱点。然而，现在纯代工模式存在一个问题，它可能是一个致命的问题，即“市场在哪里？”
所发生的事情正是克里斯滕森几年后所描述的：台积电通过“使独立、非集成的组织能够销售、购买和组装组件和子系统”来创造市场。具体来说，Chang 让芯片设计人员可以创办自己的公司：
当我在 TI 和 General Instrument 工作时，我看到很多 IC [集成电路] 设计师想要离开并建立自己的事业，但阻止他们离开这些公司的唯一或最大的事情是他们无法没有筹集到足够的钱来组建自己的公司。因为当时认为每个公司都需要制造，需要晶圆制造，这是半导体公司，IC公司最资本密集的部分。我看到所有这些人都想离开，但由于缺乏筹集大量资金来建造晶圆厂的能力而被阻止。所以我想，也许台积电，一家纯粹的代工厂，可以解决这个问题。由于我们能够弥补这一点，那些设计师将成功地组建自己的公司，他们将成为我们的客户，他们将为我们构成一个稳定且不断增长的市场。
有效。图形处理器就是一个早期的例子：Nvidia 成立于 1993 年，当时只有 2000 万美元，而且从未拥有自己的晶圆厂。 1高通公司在其最早的设计制造过程中损失了数百万美元后，于 2001 年剥离了其芯片制造部门以专注于设计，而苹果公司在十年后开始在没有晶圆厂的情况下制造自己的芯片。今天，有成千上万的芯片设计师在各个领域为从电器到战斗机的各种产品开发专用芯片，但他们都没有自己的晶圆厂。
通过创建这个新市场，台积电最终获得了庞大的客户群；此外，这些客户中的大多数不需要最先进的芯片，而是他们开始使用的相同芯片，只要他们制造了该芯片所使用的产品。进而，这意味着所有这些老代工厂都有客户群，这使得台积电能够在他们还清之后很久就从他们身上赚钱。
英特尔的利润
不过，英特尔的道路先于台积电，也就是说，英特尔当然都设计和制造了自己的芯片（“真正的男人有晶圆厂”，正如 AMD 创始人杰里·桑德斯（Jerry Sanders）曾经说过的那样）；换一种说法，Chang 之所以把市场看成是一家制造商，完全是因为台积电的每家公司都出于需要这样做，因为像台积电这样的公司并不存在。
而且，值得注意的是，台积电没有存在的理由：英特尔的芯片，在台积电之前存在的二十年里，从来都不够好：每一代都会带来如此巨大的性能飞跃，这是它根本不会做出的感觉保留旧的装配线。尽管如此，这些东西还是很昂贵，这就是集成的帮助所在。
这是管理尖端晶圆厂成本的另一种方法：因为英特尔处于最前沿，它会为其芯片收取巨额溢价（因此在我之前提到的行业中具有最高的利润率）。起初，当晶圆厂更便宜时，英特尔很乐意出售其旧设备并在后端多赚几美元。然而，在过去的十年中，随着设备变得越来越昂贵，并且随着英特尔的领导层开始更关心财务而不是工程，尽可能最大程度地重复使用设备越来越成为优先事项。这并不容易，我要指出：英特尔将坚持使用（相对）过时的设备，不仅在一个晶圆厂，而且在它在世界各地建造的晶圆厂。
这就是集成点至关重要的地方：因为英特尔既设计又制造芯片，后者可以为前者做主；芯片必须设计为与英特尔制造合作，而不是相反，这不仅延伸到设计本身，而且延伸到其中的所有工具。例如，英特尔使用自己的芯片设计软件，并偏爱那些会按照英特尔的要求去做的供应商，然后将设备交给英特尔，按照他们认为合适的方式进行处理。然后，英特尔将让一切都在一个晶圆厂中工作，并且完全复制！那家工厂在另一个地方：一切都是一样的，连卫生间的马桶位置都一样。
正如我在Intel and the Danger of Integration的结论中指出的那样，Intel 的策略运行得非常好，直到它没有：
破坏性如此之大的原因在于，如果没有危机，几乎是不可能避免的。管理人员获得报酬是为了利用他们的优势，而不是破坏他们；增加利润，而不是抹杀它们。更广泛地说，文化是一个组织最大的资产，直到它成为一种诅咒。要求英特尔为其集成模型道歉在 2018 年是令人满意的，但对之前 35 年的成功和利润完全不屑一顾。就这样。
确实如此——或者更确切地说，正确的结合是过去时：英特尔的制造优势也是如此。
ASML 的崛起
我之前提到了台积电的 Fab 2 及其 150 毫米晶圆；那是1980年代的技术。 1990 年代带来了 200 毫米晶圆（用于台积电的七个晶圆厂）。然而，正是在 2000 年代初期过渡到今天的 300 毫米晶圆厂，这标志着 ASML 的崛起。
英特尔在光刻领域的合作伙伴——利用光在晶圆上绘制晶体管——是尼康，尼康制造 300 毫米晶圆的方法是扩大其 200 毫米工艺。但是，这种方法有一个缺点：因为晶片更大，它们必须移动得更慢（更大的质量意味着更大的力，除非加速度降低）。不过，这对英特尔来说很好：他们是他们自己唯一的客户，而且他们的利润足够高，足以应对吞吐量的下降（事实上，英特尔以远低于产能的机器运行而闻名）。
较低的速度对于台积电和三星来说并不好，这是该领域的另一个后起之秀：就像任何挑战者一样，他们的利润率要低得多，而且他们不希望产量下降——这就是更大晶圆的全部意义所在是增加可以生产的芯片数量，而不是通过更慢地运行一切来放弃这一收益。 ASML 看到了这个机会，并围绕 300 毫米晶圆设计了一种全新的工艺，创造了双晶圆平台技术，可以在一个晶圆暴露的同时对齐和映射一个晶圆。
台积电和 ASML 已经接近，部分原因是两者都是飞利浦家族树的一部分（飞利浦是台积电的唯一外部投资者，台积电授权飞利浦技术启动，而 ASML 是飞利浦和 ASMI 的合资企业）。更重要的是，这两者都被业界巨头忽视了：从英特尔到摩托罗拉再到德州仪器的大型芯片制造商与尼康和佳能相匹配；前者不想要新进入者的设备，而后者没有能力建造一家不仅利润率低，而且作为其成本意识的一部分，想要学习如何自己维修机器的铸造厂（日本公司更愿意提供由他们自己的技术人员提供服务的黑匣子）。
不过，ASML 的 300 纳米工艺也需要在晶圆厂方面进行改造。现在，台积电和 ASML 不再像两个孩子在课间休息时最后被选中一样简单地粘在一起：他们深深地沉浸在解决新工艺的错误、设计新的晶圆厂以支持它，并在一切正常后最大限度地提高产量的过程中。产量的增加还有另一个副作用：台积电开始赚更多的钱，开始投入到自己的研发中。是台积电将 ASML 推向了浸没式光刻技术，其中透镜和晶圆之间的空间充满了折射率比空气更高的液体。尼康最终将被迫用自己的光刻机做出回应，但它们从来没有像 ASML 那样好，这意味着即使是英特尔也必须作为客户来打电话。
与此同时，ASML 多年来一直致力于实现真正的登月计划：极紫外光刻。以下是布鲁金斯学会对该过程的描述：
一台发电机每秒喷出 50,000 个微小的熔融锡液滴。高功率激光对每个液滴喷射两次。第一个使微小的锡成形，因此第二个可以将其蒸发成等离子体。等离子体发射极紫外 (EUV) 辐射，该辐射被聚焦成光束并通过一系列镜子反射。镜子非常光滑，如果扩大到德国的大小，它们的凸起不会超过一毫米。最后，EUV 光束击中硅晶片——这本身就是材料科学的奇迹——其精确度相当于从地球上射出一支箭来击中放在月球上的苹果。这使得 EUV 机器能够将晶体管引入晶圆中，其特征仅为 5 纳米——大约是你的指甲在 5 秒内长出的长度。这种拥有数十亿或数万亿个晶体管的晶圆最终被制成计算机芯片。
一台 EUV 机器由 100,000 多个零件制成，成本约为 1.2 亿美元，并用 40 个货运集装箱运输。地球上只有几十个，而且还有大约两年的延期订单。对价值 1.2 亿美元的工具的需求远远超过供应，这似乎是不直观的，但只有一家公司可以制造它们。这是一家名为 ASML 的荷兰公司，几乎专门生产用于芯片制造的光刻机。
不过，这不仅仅是 ASML：镜子是由蔡司制造的，而激光器是由通快使用 Access Laser（后来被通快收购的一家美国公司）开创的二氧化碳源制造的。他们是 800 多家 EUV 供应商中最重要的两家，但同样重要的是最终用户。
当台积电超越英特尔
2012 年，英特尔、台积电和三星都投资了 ASML，以帮助该公司完成 11 年前开始的 EUV 项目：关于 ASML 是否会出货或死去，这是一个非常现实的问题，而很明显，浸没式光刻技术达到了可能的极限。回想起来，投资金额很有趣：
| 公司 | 英特尔 | 台积电 | 三星 |
|---|---|---|---|
| 股票投资 | 15% 31 亿美元 | 10.3 亿美元 5% | 3% 为 6.3 亿美元 |
| 研发投入 | 10亿美元 | 3.45亿美元 | 3.45亿美元 |
英特尔尽管投资最多（并且贡献了很大一部分基础技术），但确信它可以坚持使用浸没式光刻技术，因为它首先过渡到 10 纳米，然后是 7 纳米芯片。是的，用 193 纳米宽的光源绘制这些线条非常小，但不清楚 EUV 产量是否足够高，此外，英特尔有很多光刻设备，如果再使用一两代，将获得一些非常丰厚的利润。对于英特尔来说，这比技术领先地位更重要，尽管数十年来的领导地位已经让人们傲慢地相信英特尔可以使用四重图案——即在一个晶片上进行四次曝光——来创造那些更细的线条。
另一方面，台积电有三个理由致力于 EUV：
- 首先，台积电与 ASML 有着数十年的合作关系，其中包括两个重要的工艺过渡（到 300 毫米晶圆和浸没式光刻）。
- 其次，由于台积电是一家代工厂，它需要生产更小批量、更多种类的产品；这意味着需要多次运行以提高产量的复杂多模式方法没有意义。 EUV 的 13.5 纳米光提供了适合台积电商业模式的更简单设计的潜力。
- 第三，苹果愿意为拥有世界上最快的芯片付费，这意味着台积电只要能够让 EUV 工作，就可以保证有大量的第一批客户。
最终，台积电开始将 EUV 用于 7 纳米的非关键层，以及 5 纳米的关键层（2020 年）；与此同时，英特尔多年来未能推出 10 纳米芯片（更接近台积电的 7 纳米芯片），不得不完全重新设计其 7 纳米工艺以整合 EUV。这些芯片今年秋天才开始量产——这也是台积电推出新的 3 纳米芯片的同一时期。顺便说一句，英特尔是台积电 3nm 工艺的客户：该公司的性能远远落后于 AMD，后者在 2009 年放弃了自己的晶圆厂，并且在过去五年中一直在利用台积电的改进（以及自己的新设计） .
中国一体化路径
直到现在，在 3,500 字之后，我才转向中国，以及该国在制造美国刚刚切断的那种先进芯片方面的前进道路。不过，这就是重点：芯片行业的今天之路就是中国的未来之路。
这是一项艰巨的挑战：不仅中国需要重建台积电，还需要重建 ASML、Lam Research、应用材料、东京电子和所有其他代工供应链。而且，更深一层，不仅中国需要重新创建 ASML，还需要重新创建蔡司、通快、Access Laser 以及全球供应链的所有其他部分，其中大部分都不在中国.中国的制造业实力集中在传统上以劳动力为中心的零部件上。尽管现在中国的劳动力比以前贵得多，自动化也更普遍，但路径依赖性很重要，而且中国的能力是巨大的，但在某些方面是有限的。
全球化使所有这些中国工厂变得非常有价值，因为世界是中国的市场。同时，全球化也意味着中国可以在国外购买高精度的资本密集型商品：不需要自己制造就能立即获得收益。同样的道理，高精度的资本密集型商品正是美国、德国、荷兰、日本和台湾等西方国家投资的，部分原因是它们无法在劳动力上与中国竞争。换句话说，比较优势原则支配着无数的边缘决定，导致美国政府有能力对中国实施这些制裁。半导体制造的现实，每一次范式转变都需要花费大量资金、多年的研发以及合作伙伴愿意与您一起实现飞跃，这是比较优势的进一步体现：对于一家公司来说，这样做是最有意义的做光刻，另一个在制造方面领先世界。
换句话说，中国需要从头开始建立这些能力，这将是一条漫长而艰难的道路。此外，中国不会受益于过去十年推动创新的伙伴关系和分散的专业知识：在某些方面，中国将需要成为英特尔，靠自己做太多事情。
也就是说，该国确实具有三大优势：
- 首先，走一条路比寻找一条新路容易得多。中国可能无法制造EUV机器，但至少他们知道可以制造。
- 其次，中国从迄今为止的所有技术共享中受益：中芯国际（SMIC）成功制造了 7nm 芯片（使用 ASML 的浸没式光刻机），上海微电子设备（SMEE）制造了自己的浸入式光刻机。诚然，这些 7nm 芯片的良率几乎可以肯定，而中芯国际的诀窍是使用最前沿的 SMEE，但这导致了第三点：
- 中国有无限的资金和无限的动力去解决这个问题。
金钱不是灵丹妙药：你不能简单地花钱来获得更快的芯片，而是必须在代工和设备层面上降低学习曲线。不过，金钱确实为良率不高的工艺买单：例如，英特尔在 7 纳米的问题不是他们无法制造芯片，而是他们无法获得足够高的良率来制造他们在经济上。在军用芯片方面，中国不会担心这一点。
不过，更有意义的是中国民营企业在中国芯片公司背后的结盟：台积电不仅需要 ASML，还需要苹果、AMD 和英伟达，这些终端用户既愿意为性能买单，也愿意工作。与台积电深入合作，以找出一代又一代更快的芯片。腾讯、阿里巴巴和百度现在将加入华为，成为中国芯片行业最苛刻的客户，从最好的意义上说。
中国的后缘
中国还有一个优势：还记得台积电仍在运营的那些老工厂吗？事实证明，随着越来越多的产品采用微处理器，后沿芯片的需求呈爆炸式增长。这在大流行期间最为明显，当时美国汽车制造商在大流行来袭时愚蠢地取消了芯片订单，但随着对基本芯片的需求猛增，他们突然发现自己排在了队伍的后面。
最终，中国弥补了很多不足：该公司致力于建立自己的半导体产业并不是一个新的承诺（只是更加紧迫），而我在上面详述的道路上走的过程的一部分是建立使用旧技术的更基本的芯片。 2019 年中国 >45 纳米芯片的份额为 23%，今天可能超过 35%；它在 28-45 纳米芯片中的份额在 2019 年为 19%，如今可能接近 30%。此外，这些芯片仍然占整个行业的大部分销量：当你看到这样的图表，以收入衡量市场份额时，请记住，中国已经用低价芯片实现了 9% 的市场份额：
拜登政府的制裁旨在不触及该行业的这一部分：限制在于高端晶圆厂以及进入其中的设备和人员，而不是构成这一数量大部分的落后晶圆厂。这是有充分理由的：这些后缘工厂仍在使用大量美国设备；对于大多数设备制造商来说，中国占其收入的三分之一左右。这意味着关闭落后的晶圆厂将对美国产生两个不利影响：美国消费者购买的大量产品将因缺乏芯片而步履蹒跚，即使那些建立了政府正在寻求利用的优势的美国公司也会他们的收入（以及未来投资于研发的能力）受损。
不过，值得指出的是，这给美国带来了一种新的责任，也给台湾带来了更大的危险。
回到英特尔出售和/或重用其旧晶圆厂的战略，考虑到英特尔几十年前开始的道路，这再次是有道理的：这意味着英特尔与台积电不同，没有任何后缘产能（除了它是在Tower Semiconductor 交易中收购的）。美国的另一家代工厂 Global Foundries 与英特尔的型号相同，但它是 AMD 的制造部门； Global Foundries 通过收购特许半导体获得了后缘产能，但美国 >45 纳米市场份额在 2019 年仅为 9%（今天可能更低），而 28-45 纳米市场份额仅为 6% 是有原因的%（同样，今天可能更低）。
同样，这些芯片制造起来并不难，但这正是为什么在美国建立新的后缘代工厂毫无意义的原因：台湾已经覆盖了它（在这两个类别中拥有最大的市场份额），而中国有动力构建更多，以便它可以学习。
但是，如果台积电被除名怎么办？
围绕可能入侵台湾——这将摧毁台积电（代工厂在战争中表现不佳）——的大部分讨论都围绕着台积电在高端芯片领域的领先地位展开。这种领先是真实的，但尽管英特尔一直在努力，但它只落后了 3 到 5 年。就智能手机、高性能计算和人工智能中使用的处理器而言，这是一个有意义的差异，但美国仍在游戏中。自相矛盾的是，更难替代的是落后节点芯片，这些芯片是由英特尔很久以前放弃的晶圆厂制造的。
与此同时，中国有充分的理由保留台积电，即使它建立了自己的后缘晶圆厂：中国需要尖端芯片，而台积电制造它们。但是，如果那些芯片都被砍掉了，那么台积电对中国有什么用呢？顺便说一句，这不是一个新问题。我在美国对华为实施制裁后写道：
不用说，我不打算深入探讨中国与台湾（以及扮演重要角色的美国）之间关系的细节。理性的人可能会不同意，而不是期望理性可能是幼稚的。足以指出，如果美国和中国真的开战，那很可能是因为台湾。
特别是台积电，尤其是台湾制造基地，是一个巨大的威慑：中国和美国都需要接触世界上最好的芯片制造商，以及全球电子供应链中的许多其他高精度部件。这意味着一场几乎肯定会导致这些能力受到一定程度破坏的热战将是毁灭性的……将中国与台积电隔绝的风险之一是台积电业务的威慑价值被削弱。
我担心这段摘录的内容还不够：中国建立的芯片能力越多——即使只是在尾随节点——就越有动力将台积电作为目标，而不仅仅是否认美国先进的功能，但也是日常生活中比我们想象的更不可或缺的基本芯片。
疯狂筹码
那么这个芯片禁令是正确的举动吗？
从中期来看，影响将是巨大的，特别是在这些制裁的既定目标——人工智能方面。直到现在才有可能制造智能，而这样做的手段是处理器密集型，无论是在质量上还是在数量上。此外，人工智能不仅在军事应用中占据重要地位，而且还可能以其本身的方式刺激创新，甚至可能在弄清楚如何继续推动芯片设计前沿方面。
与此同时，从长远来看，由于所涉及的巨大成本和学习曲线距离，美国可能已经放弃了本应具有的永久经济优势。没有政治，根本没有理由与台积电或 ASML 或供应链的任何其他专业部分竞争；它只会更容易购买而不是建造。不过，现在可以设想未来，中国在芯片方面比美国公司低，就像他们曾经在劳动密集型行业所做的那样，尽管中国自己的人工智能能力正在迎头赶上，而且考虑到中国已表现出愿意在深度侵入性领域使用技术方式，可能超越西方对隐私和财产权的担忧。
我在这篇文章中提出的一个大问题是短期的：虽然我在过去两年的大部分时间里都在提醒那些认为台湾是泰国的美国人不要将中国威胁从 0 降到 100，但这一举措在事实大大提高了我的关注程度。总的来说，我仍然对冲突持怀疑态度，这在很大程度上要归功于美国和中国经济仍然相互交织：任何冲突都会相互造成经济破坏。
直到三周前，芯片确实属于同样的范式。我今年早些时候在科技与战争中写道：
这一点广泛适用于半导体：只要中国需要美国技术或台积电制造，就会大力鼓励不对台湾采取行动；中国何时以及如果开发自己的技术，无论是现在还是多年后，这种威慑都不再是一个因素。换句话说，短期和长期与中期是对立的……
没有明显的答案，值得注意的是，历史格局——即冷战——是贸易和技术的完全分离。这是一种可能的路径，默认情况下我们可能会陷入其中。不过，值得记住的是，街上的隔阂是无法生存的，虽然大多数美国科技公司都展示了自己的能力，但最令人印象深刻的技术具有足够的吸引力和不可替代性，以至于它仍然可能产生导致争吵的依赖关系但不是另一场战争。
这些依赖关系正在被切断；希望我们仍然找到充分的理由不去争吵。