《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》第七部分：5G未來

《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》是美國經(jīng)濟(jì)史學(xué)家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全球分工為主線，追溯從冷戰(zhàn)至今的芯片技術(shù)發(fā)展歷程，闡釋芯片在現(xiàn)代軍事、經(jīng)濟(jì)和地緣政治中的戰(zhàn)略地位。全書涵蓋美國通過技術(shù)博弈確立主導(dǎo)地位、臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起、華為5G技術(shù)受限等案例，分析全球芯片短缺與供應(yīng)鏈危機(jī)背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補(bǔ)貼政策、EUV光刻機(jī)研發(fā)困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術(shù)領(lǐng)域的核心博弈。

5G未來

當(dāng)任正非開始代理中國香港的電話交換機(jī)時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只能將一部電話連接到另一部。在電話出現(xiàn)的早期，接線工作是手工完成的，一排排的女性接線員坐在布滿插頭的墻前，根據(jù)電話呼叫的不同組合，將它們連接起來。到了20世紀(jì)80年代，接線員已經(jīng)被電子交換機(jī)取代，而電子交換機(jī)通常依賴半導(dǎo)體。即便如此，人們還是需要一個衣櫥大小的程控交換設(shè)備來管理一棟大樓的電話線。 如今，電信供應(yīng)商比以往任何時候都更加依賴于硅，一個衣櫥大小的設(shè)備可以處理電話、文本和視頻，但現(xiàn)在這些信息通常是通過無線電網(wǎng)絡(luò)而不是固定電話網(wǎng)絡(luò)來傳輸?shù)摹?/p>

華為已經(jīng)掌握了最新一代通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送呼叫和數(shù)據(jù)的設(shè)備，即5G。但5G并不是真的與手機(jī)有關(guān)，而是與計算的未來有關(guān)，因此，它與半導(dǎo)體有關(guān)。5G中的G表示“代”。我們已經(jīng)經(jīng)歷了四代移動網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，每一代都需要手機(jī)和手機(jī)基站上的新硬件。正如摩爾定律允許我們在芯片上制造更多的晶體管一樣，通過無線電波往返于手機(jī)的1和0的數(shù)量也在穩(wěn)步增加。2G手機(jī)可以發(fā)送圖片短信，3G手機(jī)可以打開網(wǎng)頁，4G可以使人們在任何地方播放視頻，5G將是一個飛躍。

如今，大多數(shù)人認(rèn)為智能手機(jī)能做到這些是理所當(dāng)然的，但正是由于越來越強(qiáng)大的半導(dǎo)體，我們才不再對收發(fā)圖片、文本感到驚訝，反而對視頻中的瞬間延遲感到沮喪。管理手機(jī)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接的調(diào)制解調(diào)器芯片，使得通過手機(jī)天線在無線電波中發(fā)送更多的1和0成為可能。

隱藏在手機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和手機(jī)基站頂部的芯片也發(fā)生了類似的變化。在空中發(fā)送1和0，同時最大限度地減少通話不暢或視頻延遲，非常復(fù)雜。無線電波頻譜相關(guān)部分中可用的空間是有限的。無線電波頻率只有這么多，其中許多不適合發(fā)送大量數(shù)據(jù)或遠(yuǎn)距離傳輸。因此，電信公司依靠半導(dǎo)體將更多的數(shù)據(jù)塞進(jìn)現(xiàn)有的頻譜空間中。ADI的芯片專家戴夫·羅伯遜（Dave Robertson）解釋道：“頻譜比硅貴得多。”該公司專門研究管理無線電傳輸?shù)陌雽?dǎo)體。因此，半導(dǎo)體對于無線發(fā)送更多數(shù)據(jù)的能力至關(guān)重要。像高通這樣的芯片設(shè)計公司找到了優(yōu)化通過無線電頻譜傳輸數(shù)據(jù)的新方法，而像ADI這樣的芯片制造商已經(jīng)制造出了射頻收發(fā)芯片，可以更精確地發(fā)送和接收無線電波，同時使用更少的功率。

5G將使更多數(shù)據(jù)的無線傳輸成為可能。在某種程度上，這將通過更復(fù)雜的共享頻譜空間的方法實現(xiàn)，這種方法需要更復(fù)雜的算法，需要手機(jī)和手機(jī)基站上更多的計算能力。這樣，即使在無線頻譜中最小的空閑空間中，1和0也可以被區(qū)分。在某種程度上，5G網(wǎng)絡(luò)將通過使用一個新的、空的無線電頻譜來發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，而這在以前被認(rèn)為是不切實際的。先進(jìn)的半導(dǎo)體不僅可以將更多的1和0綁定到給定頻率的無線電波中，還可以將無線電波發(fā)送得更遠(yuǎn)，并以前所未有的精確度進(jìn)行瞄準(zhǔn)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)將識別手機(jī)的位置，并使用一種稱為波束成形的技術(shù)直接向手機(jī)發(fā)送無線電波。典型的無線電波，就像向汽車收音機(jī)發(fā)送音樂一樣，向各個方向發(fā)送信號，因為它不知道你的汽車在哪里。這會浪費(fèi)電力，從而產(chǎn)生更多的電波和干擾。通過波束成形，蜂窩塔可以識別設(shè)備的位置，并僅向該方向發(fā)送所需的信號。結(jié)果，對于每個人來說，干擾更少，信號更強(qiáng)。

能夠承載更多數(shù)據(jù)的更快網(wǎng)絡(luò)，不會讓現(xiàn)有手機(jī)運(yùn)行得更快，而是會改變我們對移動計算的看法。在1G網(wǎng)絡(luò)時代，手機(jī)的價格對于大多數(shù)人來說太貴了。有了2G網(wǎng)絡(luò)，我們開始假設(shè)手機(jī)可以發(fā)送短信和語音。如今，我們期望手機(jī)和平板電腦擁有個人電腦的所有功能。隨著通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送更多數(shù)據(jù)成為可能，我們將把更多的設(shè)備連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)。我們擁有的設(shè)備越多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就越多，也就需要更強(qiáng)大的處理能力。

將更多設(shè)備連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并從中獲取數(shù)據(jù)的承諾，聽起來可能不是革命性的。你可能不同意5G網(wǎng)絡(luò)可以釀造出更好的咖啡，但很快你的咖啡機(jī)就會收集并處理每杯咖啡的溫度和質(zhì)量數(shù)據(jù)。在商業(yè)和工業(yè)中，有無數(shù)種方法可以讓更多的數(shù)據(jù)和更多的連接產(chǎn)生更好的服務(wù)和更低的成本，比如從優(yōu)化拖拉機(jī)在田間的行駛方式到協(xié)調(diào)裝配線上的機(jī)器人。醫(yī)療設(shè)備和傳感器將跟蹤和診斷更多情況。世界上的感官信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我們目前數(shù)字化、交流和處理的能力。

沒有比埃隆·馬斯克（Elon Musk）旗下的汽車公司特斯拉（Tesla）更好地研究連通性和計算能力會如何將傳統(tǒng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化機(jī)器的案例了。特斯拉的狂熱追隨者和飆升的股價吸引了大量關(guān)注者，但不那么引人注目的是，特斯拉也是領(lǐng)先的芯片設(shè)計公司。特斯拉聘請了像吉姆·凱勒（Jim Keller）這樣的明星半導(dǎo)體設(shè)計師來設(shè)計一款芯片，專門滿足其自動駕駛需求，該芯片采用尖端技術(shù)制造。早在2014年，一些分析師就指出，特斯拉汽車“類似于智能手機(jī)”。 人們經(jīng)常將特斯拉與蘋果進(jìn)行比較，蘋果也設(shè)計芯片。與蘋果的產(chǎn)品一樣，特斯拉精心調(diào)整的用戶體驗，以及它看似毫不費(fèi)力地將先進(jìn)計算技術(shù)集成到它的產(chǎn)品（汽車），只有通過定制芯片才能實現(xiàn)。自20世紀(jì)70年代以來，汽車就采用了簡單的芯片。但是，電動汽車的普及需要專門的半導(dǎo)體來管理電源，加上對自動駕駛功能的需求增加，預(yù)示著汽車芯片的數(shù)量和成本將大幅增加。

汽車只是一個典型的例子，說明發(fā)送和接收更多數(shù)據(jù)的能力將如何在網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”設(shè)備、蜂窩網(wǎng)絡(luò)本身以及龐大的數(shù)據(jù)中心中產(chǎn)生對計算能力的更多需求。2017年左右，隨著世界各地的電信公司開始與設(shè)備供應(yīng)商簽訂建造5G網(wǎng)絡(luò)的合同，華為處于領(lǐng)先地位，提供業(yè)內(nèi)公認(rèn)的質(zhì)量高、價格有競爭力的設(shè)備。 華為似乎能夠在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮比其他公司更大的作用，超越瑞典的愛立信和芬蘭的諾基亞。愛立信和諾基亞也是其他僅有的手機(jī)基站設(shè)備生產(chǎn)商。

與競爭對手一樣，華為手機(jī)基站內(nèi)部也有大量的硅。日本《日經(jīng)亞洲》對華為通信部門進(jìn)行的一項研究發(fā)現(xiàn)，華為嚴(yán)重依賴美國制造的芯片，比如萊迪思的現(xiàn)場可編程門陣列。 萊迪思是紫光幾年前收購少數(shù)股權(quán)的俄勒岡州公司。TI、ADI、博通（Broadcom）和賽普拉斯半導(dǎo)體（Cypress Semiconductor）也設(shè)計和制造了華為移動設(shè)備所依賴的芯片。根據(jù)這項分析，美國芯片和其他組件占華為系統(tǒng)成本的近30%。但華為的主處理器芯片由華為的海思設(shè)計，并在臺積電制造。華為尚未實現(xiàn)技術(shù)自給自足，依靠多家外國芯片公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體，并依靠臺積電制造自己設(shè)計的芯片。但華為在移動設(shè)備中生產(chǎn)了一些最復(fù)雜的芯片，并且掌握了如何集成所有部件的細(xì)節(jié)。

隨著華為的設(shè)計部門證明自己是世界級的，不難想象中國芯片設(shè)計公司會像硅谷巨頭一樣成為臺積電的重要客戶。如果按2019年的趨勢進(jìn)行推測，那么到2030年，中國芯片產(chǎn)業(yè)的影響力可能會與硅谷匹敵。這不會只是簡單地打亂科技公司和貿(mào)易的流動，也將重新平衡地區(qū)政治力量。