文/關品方
根據最新的統計信息，2024年全球芯片製造設備銷售額大幅增長，創歷史新高。中國市場銷售額暴增，連續五年成為全球最大芯片設備市場。而台灣地區市場的銷售額則大減。
根據日本半導體製造裝置協會（SEAJ）上月10日公布的統計數據，去年全球銷售額高達1171.4億（美元，下同）。其中，中國市場銷售額暴增35%至495.5億，韓國204.7億，台灣地區165.6億，北美136.9億，日本78.3億，歐洲48.5億。芯片市場需求涵蓋全部未來產業，並不單是通訊設備、電動車和人工智能。有關未來產業，筆者早前已經介紹過。
中美之間現時的關稅貿易戰，關鍵問題不在大宗商品和一般消費品（例如聖誕裝飾、禮品玩具、衣服鞋襪）而在芯片，因為關聯到高端科技戰。特朗普現時主動求和、希望對話，中國的反應是「正在評估」。關稅貿易戰牽連甚廣，筆者估計起碼會拖到11月，屆時美國明年的中期選舉開始熱身。時間在中國這邊，現正擴大先手，運子取勢，在將要展開的談判中布局（何時？未知。早晚會有），先取得較大的主導權。這離不開芯片產業。
筆者的好朋友、理大榮休教授李博士，在芯片產業方面的觀察堪稱專家。最近留意到有報道，北大已開發出「無硅晶片」，由彭海琳教授團隊領導，用一種新材料做出了不用硅的芯片，性能起飛，速度快40%，功耗降10%，達到1.2nm。中國的無硅芯片一出，全球芯片產業將要重寫。無硅芯片現在仍只在實驗室階段，只能做出極少樣本，價錢10倍於硅芯片，據說局部應用還未能全面取代硅芯片。李教授告知，華為現在想要攻克的仍然是硅芯片，正努力研究以極短的紫外光光源進行刻光，尋找新的高階刻光方法。美國或會首先開發出3nm，但當中國的7nm量產到成為白菜價之後，和早前成熟芯片（28nm和14nm）市場被中國攻克一樣，世界芯片市場將會出現顛覆性改變。
歐洲的芯片法規挨批，原來漏洞百出，還沒想清楚已經匆匆推出。現時歐洲大約30%的成熟芯片需求依靠從中國進口，是因為美國近年對中國芯片技術的出口管制，促使中國將戰略重心轉向成熟芯片市場，進而改變全球供應鏈格局。李教授認為，中國的芯片創新技術如噴泉湧現，再有10年和平發展環境，有望阻嚇美國對華發動戰爭。中美各自擁有核武，正常情況下，戰爭不考慮熱戰。因此，無核武的戰爭將更不擇手段。
美國國會現時無力阻止特朗普的行為和言論，被他以個人情緒和幻想妄圖管治全球。筆者認為，高端科技將對戰爭勝負將有決定性的影響，現時的關鍵是芯片戰。
究竟納米芯片有多小？一納米（nm）等於頭髮直徑的大約6至12萬分之一。頭髮直徑存在個體差異，不同類型頭髮的直徑各有不同。頭髮可分為粗髮、普通髮和細髮。細髮直徑是60微米（mm），1納米是6萬分之一。普通髮直徑是90微米，1納米是9萬分之一。粗髮直徑是120微米，1納米是12萬分之一。
納米芯片的厚度視乎芯片類型、應用場景和製造工藝，而存在差異。二維（2D）半導體微處理器芯片的厚度不到1納米。用於破壞癌細胞繁殖的硅納米芯片的厚度，50到500納米不等。超薄帶芯片（一般使用）的厚度達到1.4萬至1.8萬納米。石墨烯納米芯片（電子應用）的厚度在1至5納米之間。
在納米級芯片製程工藝的術語表中，納米是指晶體管柵極的最小線寬而不是芯片本身的厚度。這一數值越小，代表晶體管的尺寸越小，單位面積可集成的晶體管的數量越多。例如，10nm工藝的芯片每平方微米（μm）可容納大約1億個晶體管，5nm工藝的芯片可達3億個，並非簡單的正比例，也不是一般的指數函數比例。
芯片製程從早期的微米級（例如0.5μm）逐步發展到納米級（例如28nm），再到當前主流的5nm、以至前沿的3nm芯片工藝，這些飛躍性的進步推動了計算性能以指數函數級快速提升。隨着技術開發，研究人員正嘗試使用超薄二維材料（只有三個原子（atom）堆疊起來的厚度）來製造更強大的芯片。
納米芯片的技術競爭優勢究竟在哪裏？主要是三方面：性能、功耗和集成度。為了達到更高性能，更小的晶體管間距可以縮短電子傳輸路徑，從而提升運算速度。
例如5nm芯片比7nm芯片的性能可以提升大約15%。為了達到更低功耗，納米級晶體管的開關速度越快，越能夠降低功耗（5nm比7nm降低30%以上），越可以顯著地延長移動設備的續航時間。為了達到更強集成度，通過納米光刻技術和自動組裝工藝，可以在芯片上實現複雜的三維結構，支持AI計算的高性能需求。
納米芯片的應用領域涵蓋智能手機、數據中心、自動駕駛及AI醫療等領域，關鍵是依賴納米芯片的高能效特性。現時的前沿發展方向是探索1nm以下的芯片製程工藝，結合新型非硅材料（例如本文上面提及的二維半導體）突破物理的「三維極限」，催生量子芯片的新一代技術。一旦中國最早研發出來並量產應用，將會把競爭者遠遠拋在腦後（包括台積電）。
最後要提到的是，納米數（從1nm到28nm）並不是芯片的唯一性能指標，芯片架構（如ARM與x86之間的差異）和材料創新（如硅基與碳基之間的應用）同樣關鍵。本文已太長，其他有關中美芯片戰爭的情況，下周如有時間，筆者繼續分析。
總而言之，現時中美之間的關稅貿易戰並不簡單，牽連甚廣。別的不說，除了芯片技術管制之外，或會影響國際航道港口運營權的競爭，中歐相互開放市場的安排，甚至台積電遷美的前途命運，值得高度關注。
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