一、前言
創新科技突飛猛進，21世紀的第四次工業革命，運用第三次工業革命的數位網路主體，以智慧網絡充分連接人、機、物，創造出以人工智慧讓萬物相聯的「萬物智慧聯網」(Artificial Intelligence plus Internet of Everything, AIoE)的網宇實體系統(Cyber-Physical System, CPS)，透過網路，人機物處處相連，讓人類生活便利、行事效率。
科技持續創新、「神速」推進，一個聚焦於3D社交連結，通過虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)的網路相聯元宇宙(Metaverse)世代淡出。創新科技成為世界強國研發主流，而推進科技創新的高度、深度、廣度及速度，半導體製程(奈米製程)及晶片製造技術，扮演著一如人體血脈及心臟的重要核心地位，近些年，半導體研發及晶片製程發展驚人，晶片先進製程甚至突破3奈米以下的物理極限，微奈米的「次世代晶片」製造，成為大國科技博弈相爭重地。
國際間有此一說：「控制石油，就控制所有國家；控制糧食，就控制全體人類；控制貨幣，就控制全球經濟」，這個說法，符合國際實務，眾所認知，然而，當今國際角逐，「控制科技，就控制世界未來」新語，似乎引領21世紀今日的強國主要征戰。
近期，沉睡中猛然覺醒的「一代雄獅」美國，開始正視晶片之對於科技未來的至關重要性，在先進製程需央賴他國進口的缺片隱憂，以及在中國科技崛起後的霸權領導地位動搖，戰戰兢兢的研擬力推晶片發展，終於2022年8月9日簽署生效美國官方極為重視的《2022晶片與科學法案》（ CHIPS and Science Act 2022），簡稱《晶片法案》（CHIPS Act），全名為《創造生產半導體的有利激勵措施法案》（Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors Act, CHIPS），挹注2800億美元重金的CHIPS法案，除了加強半導體先進製程的在地化研發製造，也嘗試利用地緣政治與國際關係，「呼朋引伴」、「拉幫結派」、「排除異己」等的多重策略圍堵中國科技發展，該法案明顯為針對抑制中國創新科技的快速崛起而來，它將可能改變未來世界盤局，對國際競合舞台勢必發生舉足輕重之影響衝擊，但此法案是否能讓美國在地半導體製造業重振雄風？又是否能有效抑制中國科技的再向前發展？對台灣半導體業的衝擊又將如何？在在值得市場觀察家的細入研究並密切追蹤。
二、中美科技戰歷程
中美科技戰業已戰到高規格白熱化境界，首先，來回顧一下兩大國科技實力進程。跨20、21世紀交界，中國由窮到富，先以20世紀末金融風暴(Aasian Financial Crisis)為由，固定低匯率(1:8.2788的美元兌人民幣)的黑馬之勢創造經貿優勢，更在2001年底入會世貿組織(WTO)後，維穩賺取國際貿易財，其後，外匯存底從無到有、到重金入袋，持續超過1兆美元(2006年)、2兆美元(2009年)、3兆美元(2011年)、直至4兆美元(2014年初)大關，其中歷經了嚴峻衝擊美國及歐洲各國金融市場的次貸危機(2005-2007年)、金融海嘯(2007-2009年)、及歐債危機(2009-2011年)，西方世界金融失序、資本財流失；而在「具中國特色社會主義」下的經濟專制、金融主導，中國卻抵禦於海嘯築堤之外，國際財富大洗牌，西方大虧而中國大賺。
「有錢能使鬼推磨」，在資金、人才、技術…逐漸到位後，從2004年大推鐵公機捷，「八縱八橫」的高鐵布局、綿延萬里的中歐鐵路、島島連結的萬里長橋…，「基建狂魔」的雅號傳乎國際；緊接著是驚嘆世人的跳躍式科技竄升，數位化支付交易的「無現金社會」、紅膜辨識的機場通關(北京大興機場)、高精度定位的衛星導航(北斗衛星導航系統)」、極音速人工智慧的軍事科技、量子科技的專利布局…等，在在加諸美國強國博弈的偌大壓力。中國全民小康的第一「百年夢」業已在2021年建黨建軍百年脫貧達標，如今期許成為世界第一製造強國的第二「百年夢」(2049年建國百年)，給了美國穩坐全球霸主的重大威脅。
論及美中大國科技博弈，早自2010年起即已端倪乍現。中國的科技研發，自2000年到2020年，科研經費年均增長131.35%，GDP比重占比亦從2000年的1.00%增長至2020年的2.4%，超過世界平均水平的1.60%。時至今日，中國在航天航太、人工智慧、無人機、載人深潛、量子通訊、超導、核技術、雷射…等諸多領域已相繼取得世界領先成果，中國境內網際網路及高科技企業蓬勃發展、普惠民眾；然在先進晶片製程、精密製造、醫藥研發…等領域仍與世界水平有所差距。
早先，中國經濟起飛及科技發展立足本土，尚不足以造成他國威脅，但早自2005年(美國小布希總統時期)能源案的「中海油」(CNOOC)對美國「優尼科」(Unocal-76)、電器案的中國海爾(Haier)對美國美泰格(Maytag)…等諸多商業併購案，被美國以政治力量作為隱形殺手，以「中國威脅論」及「國土安全論」作為厚重盾牌，冠以莫須有罪名阻撓商業併購商模之進行。2011及2012年間(美國歐巴馬總統時期)，當中國 大陸通信設備製造商華為、中興瞄準美國矽谷，嘗試併購美國路由器等科技產業，並與思科(Cisco)等通訊設備大廠簽訂銷售合作關係之不久，美國國會以「針對性」兼「差異性」指控華為和中興有員工種族歧視、非法打工、簽證欺詐及賄賂手段等罪責，更於2012年10月間以「具官方色彩及涉有間諜之嫌，威脅美國國家安全」嚴厲指控的危害「美國國家安全」政治力封殺。各項歷史印記，顯示中美科技博弈影子早已展露。
中國國家科技新戰略，2013年為建立本土電子上、中、下游及周邊產業的「自主創新、自有品牌」鼓勵倡議的「紅色供應鏈」，更看準數位電子科技變化下的未來趨勢，以「快、準、狠」眼光投入「大基金一期」的「晶圓、半導體」自我打造計畫，另於2013年參訪德國漢諾威工業展後，2014年與德國互簽下「中德工業4.0」的科技合作契約，「中國製造」(China Creation) 宣揚之聲四起，「中國製造」之影也文案遍布。筆者回憶起於2014年前往安徽財大講座時，下了合肥機場所第一印入眼簾的諾大英文字幕「China Creation」，感觸良深。「China Creation-2025」《中國製造2025》規劃及一部「厲害了我的國」科技影集，種下戰火火苗，為掀起此波中美科技激戰戰火之源。
三、如火如荼的科技新冷戰
在一山不容二虎的國際叢林霸權競技中，統御叢林規則近一個世紀的「美國鷹」，難容逐步強佔叢林地盤「中國龍」的突來威嚇。《中國製造2025》文本中所挑選十大重點領域：「新一代信息技術、高檔數控機床和機器人、航太航空裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械、農業機械裝備」，在在施予美國科技領航的偌大威脅與壓力。中國科技每階段10 年之中長期未來三步走規劃：(一、2015~2025 邁入世界製造強國行列，二、2025~2035 達世界製造強國陣營水準，三、2035~2045達世界製造強國前列， 到2049( 中國建政建國百年)躍身成為世界製造強國第一)，更深深碰觸美國霸權的防禦底線。川普總統終至於2018年3月22日簽署「301」法案，點燃以「貿易戰」為表象，實為「科技戰」的中美科技戰火。
美國點燃引信的中美科技戰火，開戰多年，關稅、圍堵、清單…等防禦措施，雖有所斬獲但未能如所預期，美國終至走上主戰攻擊路線。拜登總統打出高規格科技「晶片戰」，除了2022年初至今，「呼朋引伴」、「拉幫結派」的「晶片四方聯盟」(Chip-4)外，並於2022年8月9日簽署並正式生效歷經一年多辯論下的《晶片法案》。美國嘗試內外夾擊，以「卡脖子」式的全 力圍堵中國的晶片發展，尤其是次世代2奈米晶片半導體先進製程。
因應科技未來趨勢之需求，全球科技強國多有半導體製程之研發與生產，奈米數字越小，對應電晶體密度越高，晶片功耗越小，性能越高，但是 25奈米製程是個技術關卡， 25奈米以下在平面微縮技術將遇到瓶頸，必須轉採立體架構製程，電子產業界咸認為，來到7奈米將成技術天險，若再發展到3奈米以下，是另一個超技術分界點，其關鍵在於當前的微縮製程界臨新的物理極限。為讓「摩爾定律」(Moore’s Law)能夠持續，新結構奈米技術的研發成了關鍵，也因此一種能夠全面性的包覆GAAFET(Gate-All-Around, GAA)，超越立體結構的環狀結構體研發設計而出， GAA 架構擁有低功耗、高效能、面積小等優點，對於製造次世代先進晶片至關重要。3奈米以下的半導體更先進製程將採用此 GAA 架構（三星的 3 奈米製程即是、台積電 3 奈米則採 FinFET 架構，預計 2 奈米才會使用 GAA 架構），3奈米、甚至2奈米半導體先進製程成為科技強國實戰標的，使半導體產業競爭更加白熱化。
拜登的全力圍堵中國策略，首先在Chip-4方面，2022年初以來，強拉「台、日、韓」晶片製造三國，成立晶片四方聯盟嘗試聯合抗中。然而Chip-4四國在各自地緣關係不同、設廠佈局差異、利益標的相悖…下，難能如美國努力之預期。但至少美日半導體協議近期有所推進，2022年7月29日華盛頓所召開的經濟版2+2部長會議上，美日兩國底定設立次世代半導體製造技術聯合研發中心，將啟動2奈米次世代晶片的量產研發計畫，力拚最快於2025年量產，以確保未來穩定的半導體供應來源。
美國的半導體製造能力份額，自1990年從37%下降到 12%，反觀中國各項科技領域的飛速創新與推進，讓美國承壓十足，因此美國為確保半導體產業競爭力的強固與提升，研擬提出美國視其為至關重要的《晶片法案》。此法案7月27日、28日分別經美國參議院與眾議院通過，美國眾議院議長裴洛西(Nancy Pelosi)代表該院簽署晶片法案時強調「我們要讓美國在半導體製造“恢復”到世界領導者的地位」，再經8月9日拜登總統簽署生效時，拜登將它形容為「一世代才有一次的投資美國機會」。
《晶片法案》將為美國整個半導體供應鏈提供資金，促進晶片產業用於研究和開發的關鍵投入。該法案共提供527億美元，分別撥放給(1)「美國晶片基金」500億美元，用於激勵半導體制造業；(2)「美國晶片國防基金」20億美元，加速實驗室成果轉化為軍事和其他應用；(3)「美國晶片國際科技安全和創新基金」5億美元，用於促進與國際企業的合作，建立安全可靠的半導體供應鏈；(4)「美國晶片勞動力和教育基金」，用以培育半導體行業人才。另外，為誘引國際晶片技術大廠赴美投產，將給予在美晶片投資設廠企業25%的投資稅收抵免，估計價值約240億美元。
除了涵蓋晶圓製造研發與建廠補助及稅務優惠補貼等措施外，《晶片法案》另設有針對性的「抗中」嚴格「護欄」，提出附加限制條款，明文禁止取得美方補助的企業，十年內不得於中國或是其他不友善的國家內建置新廠，投資28奈米以下製程技術，或是擴充先進製程的產能。此項極具針對性的嚴格「護欄」，無疑的提升了國際地緣政治之風險，大國「科技新冷戰」局勢浮現，此科技新冷戰局面將維持一段時日，成為國際新常態，對相關晶片投產之國際企業及所屬國家，將發生未來走向被迫「選邊站」或制定兩套規格的一定重大衝擊影響。
四、EDA軟體禁令「斷供」中國晶片之母
另值得一提的，是半導體生態系三角網(晶片製造代工廠、矽智財公司、 EDA 軟體工具企業)中常被忽略的一角EDA。筆者於35年前(1987~1989年)留美攻讀的工業工程第二碩士學位，專攻以運用「計算機輔助設計」為核心進行「計算機輔助製造」(Computer Aid Design and Computer Aid Manufacturing, CAD/CAM)；當今科技飛躍，以電子設計自動化（Electronic Design Automation, EDA），利用CAD技術與設計軟體，精密架起設計與製造溝通的橋梁，更在先進製程不斷迭代下驅動EDA的不斷創新，對於當今主控科技前驅的超大型數位積體電路(Very-Large-Scale Integration, VLSI)晶片功能設計的模組化及半導體元件製造製程設計的標準化，乃至整體晶片製造設計的布線藍圖、規格檢查、綜合驗證…等，EDA在當今科技產業鏈中發揮著舉足輕重的極重要腳色扮演。EDA被譽為「晶片之母」，是晶片設計製造「藍本」，晶片廠工程師透過 EDA進行更快速的晶片設計、開發出更複雜的晶片製造。半導體業中，EDA工具涵蓋了功能設計、佈線、驗證…等諸多環節，對半導體設計及先進製程至關重要。
《晶片法案》簽署之同時，美國續祭出另一項針對中國晶片發展的「卡脖子」策略，即美國商務部8月15日所祭出的「EDA禁令」新技術管制，其中3奈米以下EDA軟體禁令備受關注。此抗中禁令可謂直擊中國晶片發展的致命要害，中國境內EDA市場長期被美國新思科技(Synopsys)、美國益華電腦(Cadence)和德國西門子(Siemens)外資三巨頭穩控，2020年數字顯示，此外資三巨頭EDA收入規模，佔中國市場總份額超過77%，中國本土EDA產業龍頭的華大九天雖排名第四，市佔率卻僅有5.9%。另外，華大九天之EDA技術、營收規模與整體影響力仍遠不及美系EDA業者，雖然在「類比電路設計EDA」和「平板顯示電路設計EDA」上較為成熟，但「數位電路設計EDA」與「晶圓製造EDA」仍大幅落後於美系EDA，並且尚未進入GAA研發。
回顧自2019年美國將華為列入「實體清單」之當時，美系EDA業者也受到禁令影響，無法授權EDA予華為海思，然歷經3年科技禁令，美系EDA業者之整體營收似乎受影響有限，而禁令卻達到對華為的嚴峻衝擊。因此美國深信，祭出對半導體先進製程的EDA軟體禁令，有利「斷供」中國晶片之母，將是中國半導體先進製程發展的「殺手鐧」，此舉讓中國半導體界憂心忡忡，晶圓設計及半導體先進製程之推進恐將受阻。美國EDA軟體禁令已討論多時，有鑑於此「殺手鐧」禁令之可能祭出，中國於禁令生效前已大量採購EDA並取得授權，然而，日後軟體仍需連網回原廠進行License更新才能使用，針對此，美國仍可以確實進行嚴格管制。
五、夾板中求生存的台灣科技產業
大國科技博奕之聲響徹全球，半導體相關產業無不嘗試設計兩套規格互不得罪，或為求生存選邊而站。美國晶片法案的高規格殺手鐗，讓國際地緣政治風險增加，大國「科技新冷戰」成國際新常態，美中科技全然背離，甚至牽引相關金融脫鉤，國際間相關晶片投產之國際企業及所屬國家，必受到相當衝擊影響。
於「科技新冷戰」夾板中求生存的科技產業將發生未來走向被迫「選邊站」或制定兩套規格的一定影響。尤其目前同時於美國、中國投產擴廠的半導體公司台灣的台積電(TSMC)與韓國的三星(Samsung)兩家國際半導體科技大廠，針對美國《晶片法案》所設定接獲美方補助之企業十年內不得於中國設廠之規定，將牽動台積電、三星及美國英特爾等半導體大廠的國際布局、產能動能與獲利模式。
當今，全球晶片製造的半導體先進製程中，有能力推進到7奈米以下並進行穩定量產的業者，唯台灣的台積電及韓國的三星電子。也因此台韓兩大廠成為美中科技戰略競爭中的兵家必爭之地，其中由於台積電的先進製程技術、良率及全球市佔，皆稱世界第一，更是白熱化半導體產業競爭科技強國實戰下的拉攏對象。半導體產業是台灣經濟的支柱，台積電更是台灣經濟支柱的堅實砥柱。台積電掌握著高階製程技術，在10奈米以下先進製程全球占比高達63％，另在成熟製程的產能也居世界之冠，占比約20％，於全球科技發展的重要性無可言喻，台積電的跨國角色有其舉足輕重的關鍵影響地位，國際影響力甚至超越台灣政府許多，牽動著國際情事之格局變化，影響科技強國的科技前景，甚至關係著美中博弈的勝負關鍵，它被譽為台灣的「護國神山」，台灣因為有了台積電，在美國抗中戰略中，存在一股著舉足輕重的關鍵力量。因此台積電的跨國佈局及貨流動向，備受世人關注。
此時此刻，在美中科技博弈激烈戰火下，台積電高技術半導體先進製程的科技後勤支援力量為美中博弈勝負重要關鍵，然而，國力的薄弱，自然成為大國博弈下的棋子。由於台積電晶圓製程設備，世界五大設備供應商中有三家是美國公司，而耗材60%來自日本供應商，在日本跟美國現階段的科技緊密關係下，無論設備或材料，加上EDA軟體設計工具，都要仰賴美國，因此台積電向美考攏成為必要。很顯然的，台海兩岸的關係惡化、地緣政治的情勢緊張，加上美國霸權主導、軍備銷售及軍事防衛…等等因素，台積電被迫靠美「選邊站」勢將必然。
因此，半強迫式的赴美(亞利桑那州)打造5奈米晶圓廠計畫，已於去年(2021年)動工，預計2024年投產。其實，台積電赴美投產未來三年資本支出將須1000億美元，而透過《晶片法案》激勵半導體制造業的500億美元基金，在「多分先下」(分4年補貼給英特爾、格羅方德、台積電、三星等公司)所能得分羹補助甚為有限。如今將因接受在地補助，而受到美國《晶片法案》的嚴格「限中令護欄」十年條款限制，將無法自由發揮取得中國偌大內需市場之利基及較優生產成本優勢之機會。
六、遙看21世紀中葉誰來當家
在針對未來網宇實體環境實踐所需的高精密科技先進製程之研發，中國早在2014年以註冊資本1,387.2億元RMB力推「大基金一期」計畫(2014年9月24日~2018年9月)，期程目標主打以「晶圓、半導體」為首要。「大基金二期」計畫(2019年10月22日至今)，續「晶圓、半導體」之發展，期程目標則以推展「5G、AI」為投資標的。美國2022年此時此刻方才醒悟，猛然推出扎下重金的《晶片法案》，時程明顯落後於中國數年。然而，美國擁有較高階的製程設計實力，對高階先進製程技術能多所掌握，另外，美國仰仗國際霸權勢力，最有機會呼朋引伴，聯手研發提升半導體先進製程技術，或拉幫結派，抵制圍堵中國的晶片科技技術之發展。但冰凍三尺非一日之寒，美國陷入半導體的發展停滯已經好一段時日，如今想猛其直追，短期內，即便有《晶片法案》的大肆加碼，美國想要達到「晶片自主化」的能量仍有其極大困難。
反觀中國，科技發展早有了長足進步與飛躍成果，但在先進精密製程的技術上，仍略遜多籌，在半導體先進製程的主控力道有限。雖然，近期中國半導體廠「中芯」傳出7奈米製程的重大進展，但對於早已推進至先進3奈米極限功力的台積電及三星而言，期程仍甚為落後。而此間美國《晶片法案》的推出，以及與日本共同設立的次世代半導體製造技術聯合研發中心，所啟動2奈米次世代晶片於2025年的量產計畫，與台積電、三星所喊出的2奈米目標一致，有機會讓美國半導體產業再次振興。
中國急於提升半導體先進製程已有多年，在積極迎戰美國的種種攻擊策略下，嘗試在科技技術突破領先，2014年所力推的「晶圓、半導體」「大基金一期」計畫，中共政策高層原以為「有錢」投以巨額重金，就有機會水到渠成的「使鬼拖磨」成功推進半導體先進製程的晶片計劃成效，然而重金投入且努力多年，卻無法取得預期中的成果，由於缺乏「造芯」人才，巨資研製卻仍使晶片產業「爛尾」收場。晶片計劃的挫敗，極令中共高層憤怒，因此不斷升級「晶片反腐」之問責力道，進行各項晶片行業的調查審閱機制。對於行賄貪腐、誇大績效卻進展無功的晶片業負責及管理高層，給以嚴厲科罰。今(2022)年7月初，習近平主席提問「集成電路八年投資2,000億元人民幣，為啥還被卡脖子？」的一句氣話，撼動負責基金投資運作的管理單位。就在美國《晶片法案》簽署生效的8月9日當日，中國就隨即調查深究晶片業高層，增加三人以「貪腐」之名中槍落馬，成為美中科技戰火下的祭品。種種作為，顯見中國對於高階半導體先進製程的推進隱憂以及科技抗美的勝算恐慌。
雖然 高端晶片的半導體發展過程未如所期，且「爛尾」案例不斷，但是並未讓中國全力扶植半導體廠的政策退卻，中國半導體仍在全力衝刺當中。中國晶片需求大，但自給率低，《中國製造2025》的自給率目標是在2030年達到自給率75%，在這種壓力下，不難瞭解為何中國在這幾年中，透過各種政策誘因大量補助半導體公司建廠。即便先進製程可能短期內難以與美國結合他國的策略抗衡，但暫且以「成熟製程」包圍「先進製程」的戰略，仍然是中國足以穩住部分半導體市場的利基。
美中科技較勁，仍將持續好一段時日，此時美國突起奮發，掌控設計端高端技術，並善用國際主導關係結合他國力量，最為有利在「先進製程」上取得先機；反觀中國，半導體生產規模與技術人才皆落後於他國，但持續透過政策重金扶植大量晶圓廠商，或許可以達到「以量坐大」及「以量求精」的雙重成效：(1)大量的晶圓設廠分食國際市場。據SEMI統計，至2024年底，中國將新建31座晶圓廠，為數全球最多，超越台灣及美國的19座及12座，但中國缺乏先進製程技術下多僅為「成熟製程」廠商，以此「「廠」海戰術」壓縮他國二、三線晶圓代工廠的生存空間，對他國成熟製程廠商將產生一定的排擠出場效果，搶佔「成熟製程」之龍頭；(2) 大量扶植的廠商中，待以時日若能如航太、通信、手機…等行業有一、兩家「獨角獸」級廠商脫穎而出，則半導體產業競爭力提升，有機會出馬主打「大國博弈」下高精密先進製程的晶片科技戰。
世界未來，迷離譜逤，遙看21世紀中葉，美中科技博弈，孰能勝出，引領世界局勢，難能預判。主戰方與迎戰方皆施出渾身解數，無論國際關係、市場力量、資金投入，各方皆極致運用各種資源力拼21世紀中葉的世界領航地位，未來大國科技競爭盤勢，值得我們持續細細觀察追蹤並品味箇中趣事。
(2022年9月展望與探索月刊第20卷第9期)