美國商務部於10月7日公布半導體相關產品對中國的輸出限制措施。首先， 用於資料中心、AI、超級電腦等高速運算  (high-performance computing, HPC) 應用領域的CPU、GPU、AI 加速器等美國產品，皆需經過審核才可出口至中國。其次，所有可用於生產以下晶片的半導體製造設備也需經過審核才可出口至中國: 14/16奈米技術節點或以下的邏輯晶片；半間距小於或等於18奈米的DRAM記憶體晶片；128或更多層的NAND儲存晶片。最後，所有在管制名單內的中國公司工作的美國公民或永久居民，都需取得美國政府的允許，才可以在原公司繼續工作。

這個禁令，再加上2020年川普政府禁止台積電與三星為實體清單(Entity List)上的中國公司如華為製造先進積體電路，意謂著針對最高端運算晶片，美國既不許中國向外購買，也不可委外生產，更不能自己製造，這一拳扎扎實實地擊中了現今中國半導體發展的阿基里斯腱   (Achilles’ heel)。但是，如此嚴苛的禁令會有甚麼後遺症嗎？

美國原意以堅壁清野的方式阻止中國公司獲取高端運算晶片，進而延遲它們發展其他先進人工智慧、航空、材料、軍事技術的進程。但這個禁令同時也為中國的高端運算晶片公司清理掉所有的外國競爭者，將整個中國高端運算晶片市場拱手讓予這些公司了。在正常的商業競爭環境，由於晶片設計與製造技不如人，中國的高端運算晶片公司可能需花至少10年以上的時間才有可能迎頭趕上，在市場佔有一席之地。

但如今因貨源斷絕、別無選擇，只好蜀中無大將，廖化作先鋒。易言之，在禁運的態勢下，這些公司的產品即使品質性能不盡如人意，顧客還是比較願意試用甚至接受，他們歷練真實市場考驗的機會也因而大增！結果呢，這些公司成長至具世界級商業競爭力所需的時間可能縮短為原來的1/2甚或1/3！

當製程從16奈米進化到5奈米時，同一面積的晶片可以塞進更多的電晶體 (transistor)，晶片裡模組之間的連線也更短。即使在沒能使用比16奈米更先進的製程，中國在地的公司也可以作出效能夠強大的運算晶片嗎? 答案是肯定的。影響運算晶片的主要因素為時鐘頻率 (clock rate)，頻率愈高，運算速度愈快。但製程微縮對時鐘頻率提升的效益並不明顯，譬如說，16奈米晶片的時鐘頻率已可輕易跑到3,000兆赫 (MHz)以上，但5奈米晶片的時鐘頻率大約只可以快個30%。

全世界90%以上晶片都屬於成熟製程，一旦中國在這市場區塊占有舉足輕重地位，就可能取代台積電地緣政治影響力。（圖片取自台積電官網）

這種現象主要肇因於功耗與散熱的考量──單位面積電晶體越多，時鐘頻率越高，所需的功耗與散熱能力就越大，所以大多數先進製程晶片設計者都盡量不提高時鐘頻率，而以效能功耗比(performance per watt)，而非絕對效能(performance)為主要優化標的。也就是說，16奈米晶片的絕對運算速度事實上可以作得很接近5奈米晶片，只要前者願意付出多一點功耗與散熱的代價。這樣的運算晶片在國際市場上的競爭力也許不高，但在被完全隔離的中國市場，則足足有餘！

即便單晶片的運算速度因製程落後而稍有折損，中國公司可以藉由先進封裝(advanced packaging)的技術將多個植在共通封裝基板上的小型晶片以高速連線聯結起來成為較大型晶片，板回一些其中效能的損失。由於這樣的封裝技術並不需要像EUV光刻機等級的極高端半導體製造設備，因此必然是此時中國半導體業暫時用以取代16奈米以下製程的最佳選擇。

即使沒有EUV光刻機，中國短時間內就製造不出16奈米以下的晶片嗎？其實不然。將一個積體電路拆成多個圖案，每個圖案作成一個光罩，運用多重曝光的工法就能以較低解析度的光刻機刻製出較高解析度的晶片結構。這樣的工法在業界早已經重重驗證，其主要缺點是成本較高，因為需要準備多個光罩，而且因需執行多道彼此應緊密協作的曝光工序，整體的良率較低。但在被隔離的中國市場，這種多重曝光的工法如能有一定的良率表現，不失為暫時突破現今工藝瓶頸、無中生有的可行方案。

最後，因為美國切斷最先進半導體製造設備的供應，許多此刻正在興建中的中國晶圓廠沒有選擇只能往16奈米以上較成熟的製程靠攏，甚者，當所有中國晶圓廠全力投入發展改善第一級國際晶圓廠列為低優先順序的成熟製程時，中國在未來成熟製程市場的市占率必然水漲船高，對第二級晶圓廠如聯電和格芯(GlobalFoundries)的威脅也將節節上升，最壞的情況甚至可能像前幾年在太陽能電板和LCD顯示器市場所發生過滅絕清洗般的殺戮戰場。

由於全世界百分之九十以上的晶片都屬於成熟製程，一旦中國在這市場區塊佔有舉足輕重的地位，這個地位就會轉換成如同台積電今天因能主導高階晶片製造所擁有的地緣政治影響力。

※作者為清華大學合聘教授