《把芯片视为货币:美国和中国的AI竞赛》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: 李衍
  • 发布时间:2023-08-22
  • 在目前世界各地发生的更明显、更真实的战争背景下,还存在另一种经济和工业性质战争,即美国和中国之间的贸易战。这场中美贸易战的潜在后果对全球地缘政治具有极其重要的意义,如何处理两国之间的互动将决定两国领导人及其各自盟友未来合作的基础。这场贸易战是围绕半导体芯片的生产展开,争夺人工智能霸主地位已成为两国关注的问题。


    供不应求的短缺

    在讨论人工智能的作用之前,从一开始或前后开始更有指导意义,但不需要追溯到那么远的时间——事实上,距离2018年只有五年的时间。从当年1月起,在唐纳德·特朗普(Donald Trump)前任和现任总统乔·拜登(Joe Biden)的总统任期内,美国在半导体方面对中国实施了几层限制和贸易壁垒,每一层都旨在填补前一层留下的漏洞。


    这些限制的原因是多方面的,首先是简单的经济学(美国希望阻止中国在半导体供应链中不断增长的市场份额),然后是相互交织的担忧,如风险暴露和将半导体用于军事目的。

    关于地理风险敞口,自2020年以来,全球芯片短缺,半导体芯片供不应求。这种短缺使美国设计公司面临依赖东南亚制造能力的风险,许多因素导致了全球芯片短缺。其中最主要的是新冠肺炎大流行,需求上升(由于越来越多的人在家工作,因此需要个人电脑),供应下降(由于亚洲各地的封锁导致工厂关闭),数据挖掘的兴起(需要GPU,从而再次增加需求),2021年台湾遭遇干旱导致清洁工厂和晶圆的超纯水生产出现问题,Asahi Kaseri、Renesas和ASML旗下多家制造厂发生火灾,以及俄乌战争导致氖气采购困难。

    这些事件加在一起可能足以让美国考虑投资自己的生产能力。但中国在半导体进口方面的支出水平,以及该国商业和军事企业之间的模糊界限,导致美国对为竞争国配备在关键技术领域超越美国的工具持谨慎态度。这也是人工智能发挥作用的地方。


    人工智能作为激励因素

    除了上述限制外,2022年8月26日,美国政府禁止AMD和英伟达向中国出口人工智能芯片。根据英伟达8月份向美国提交的文件,这是以许可协议的形式出现的,该协议立即生效,限制英伟达A100和即将推出的H100未来出口到中国(包括香港)和俄罗斯。任何包含A100和H100 IC的系统,以及任何与A100大致相同的先进集成电路,都包含在新的许可证要求中。该文件称,美国政府已表示,新的许可证要求将解决所涵盖的产品可能被中国或俄罗斯以军事身份使用的风险。AMD的一位发言人在接受路透社采访时也以类似的方式表示,该公司收到了新的许可证要求,这实际上阻止了AMD MI250 AI芯片向中国的出口。

    这些信息暗示了一个事实,即美国政府对中国公司施加的限制不仅仅是试图从亚太地区夺取供应链的一些控制权,也是国家安全问题。这些措施是美国试图通过阻止中国实现人工智能霸权所需的先进技术来阻止中国的人工智能激增(这并非毫无根据的担忧,因为截至2018年,中国在人工智能技术方面申请的专利是美国的2.5倍)。这就是中国商业和军事交织的结果,拜登政府实际上已经停止了阻止军事出口的尝试,同时保留了商业出口和由此产生的收入。因此,引用战略与国际研究中心的话,“高端人工智能芯片不能再出售给在中国运营的任何实体,无论是中国军方、中国科技公司,还是在中国运营数据中心的美国公司”。

    人工智能不仅有望成为未来25年经济发展的最大驱动力之一,而且对中国来说,掌握人工智能代表着有能力完善符合现有架构的治理模式。人工智能模型的有效性在很大程度上取决于所提供的训练数据集的质量和广度。鉴于中国可以收集大量的公民数据,该国准备从人工智能的广泛使用中获益。


    中国的回应

    直到最近,面对这些限制,中国一直相当沉默,尽管当台积电去年宣布计划在美国亚利桑那州建造新的制造设施时,表达了一些不满。但在2023年7月,中国进行了反击,限制了某些半导体芯片制造中使用的镓和锗的出口。

    根据美国地质调查局的数据,目前中国生产的镓约占世界的98%,控制着全球各国约68%的精炼锗产量。对这些材料出口的限制对美国及其盟国的影响不容低估。

    展望

    美国对中国施加的压力越大,中国就越倾向于将资金注入自己的国内供应链。到目前为止,中国还没有寻求发展一个孤立的、前后相连的国内半导体供应链,因为他们可以选择与优秀的外国合作伙伴合作。在短期内,这对中国来说将是非常困难的。尽管中国一直在储备芯片和中小企业,以应对这些强制控制,但这些资源最终会耗尽。因此,如果中国的半导体产业不想完全枯竭,中国必须寻求发展国内能力,至少在更高级的节点处理方面。在接下来的几年里,中国似乎不得不依靠更成熟的节点工艺来制造新芯片。


    话虽如此,中国不太可能完全没有外国的支持,至少在中小企业和零部件供应方面是这样。在中国市场持有大量股份的公司,比如德国蔡司公司,该公司为ASML的极紫外光刻机提供镜片,而中国是其增长最快的市场,可能不愿意放弃从中国产生的收入。为了遵守美国的出口管制,该公司可能会在其产品中去除美国的投入或组件,以便在中国销售这些产品而不会产生影响。

    从长远来看,中国有理由保持谨慎乐观,被迫以前所未有的方式合作。中国的晶圆厂、设计公司和中小企业可能会形成一个生态系统,这个生态系统不仅在被迫合作中更加强大,而且比大多数其他国家更彻底地与全球供应链中断隔离(此外,还不受美国的控制)。这带来了巨大障碍,但如果其他国家感受到无法加强其原材料供应的不利经济影响,这些障碍可能会被消除,或者至少会减少。




  • 原文来源:https://www.idtechex.com/en/research-article/chips-as-currency-america-china-and-the-ai-race/29756
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技术/创新:美光在其整个历史中已贡献了近44,000项专利。它创造了世界上最先进的DRAM处理技术,美光的X100NVMeSSD–最快的NoSQL数据库,可提高AeroSpike的性能。 全球市场:美光科技公司总部位于美国博伊西,在17个国家/地区拥有43个办事处,拥有34,000名员工。 收入:2020财年收入为214.4亿美元。 4、德州仪器公司 德州仪器(TI)是一家全球半导体公司,致力于为工业,汽车,个人电子产品,通信设备和企业系统等市场设计,制造,测试和销售模拟和嵌入式处理芯片。 产品:TI的主要产品包括放大器,音频,时钟和定时,数据转换器,管芯和晶片服务,DLP产品,接口,隔离,逻辑,微控制器(MCU)和处理器,电机驱动器,电源管理,射频和微波,传感器,空间和高可靠性,开关和多路复用器,无线连接以及计算器和教育技术。 技术/创新:公司在全球拥有45,000项专利。他们正在与Cobots和MachineLearning一起为电动汽车的无线电池管理系统创建新的解决方案。 应用:它们在工业领域(航空航天和国防,网格基础设施,医疗,照明等),汽车,通信设备,企业系统,个人电子产品,安全性和物联网等领域具有应用程序。 全球市场:TI在全球拥有14个生产基地,拥有10个晶圆厂,7个组装和测试工厂,以及多个凸块和探针工厂,拥有30,000名员工。该公司总部位于美国达拉斯。 收入:德州仪器(TI)2020财年的收入为144.61亿美元。 5、英伟达公司 NvidiaCorporation是一家技术公司,主要为游戏行业设计和制造图形处理单元(GPU)而闻名。 产品:Nvidia提供的产品包括图形卡,笔记本电脑,G-sync显示器和GEFORCENOW云计算游戏。 应用:公司开发了基于GPU的深度学习,以使用人工智能解决诸如癌症检测,天气预报,自动驾驶汽车,竞争性游戏,专业可视化,深度学习,加速分析和加密货币挖掘等问题。 创新/技术:Nvidia拥有7,300项专利资产。它已经成功开发了诸如企业与开发人员(CUDA,IndeX,Iray,MDL),游戏(GameWorks,G-syncBatteryBoost),架构(Ampere,Volta,Turing)和行业技术(AI计算,深度学习,ML)的技术。它正在研究3D深度学习,应用研究,人工智能和机器学习,计算机图形学,电子竞技,医学,网络等。 全球市场:NVIDIA总部位于美国圣塔克拉拉,在28个国家/地区拥有57个办事处,拥有9,100名员工。 收入:2020财年收入为109.2亿美元。 6、AMD AMD(AdvancedMicroDevices)是一家全球半导体公司,致力于开发高性能计算和可视化产品,以解决世界上一些最棘手和最有趣的挑战。 产品:台式机和移动处理器,业务系统处理器,服务器处理器,图形卡,ProGraphics,服务器加速器,嵌入式图形,嵌入式图形和嵌入式合作伙伴目录。 应用:AMD专注于本能和身临其境的计算,以及该技术如何释放机器学习和其他高性能计算应用程序的能力,以应对重要的全球性挑战,包括医疗,教育,制造,科学研究和安全性。 技术/创新:它在全球拥有8000项已发布的专利。它正在研究高性能计算(HPC),高级内存技术,低功耗和机器智能等领域。 全球市场:AMD总部位于美国圣塔克拉拉,在23个国家/地区设有38个办事处,在全球拥有11,400多名员工。 收入:该公司2020财年的收入为97.6亿美元。 7、ADI ADI公司在设计,制造和营销几乎所有类型的电子设备中使用的高性能模拟,混合信号和数字信号处理(DSP)集成电路(IC)方面处于世界领先地位。 产品:ADI公司提供广泛的产品组合,包括放大器,模拟功能,A/D转换器(ADC),音频和视频产品,时钟和定时,D/A转换器(DAC),高速逻辑和数据路径管理,工业以太网,接口与隔离,功率监控,控制与保护,光通信与传感,电源管理,处理器与微控制器,射频与微波,传感器与MEMS以及开关与多路复用器。 应用范围:ADI公司按航空航天与国防,汽车,建筑技术,通信,消费者,数据中心,能源,医疗保健,工业自动化,测量仪器和测量以及安全与监视等细分市场提供相关技术和解决方案。 技术/创新:它在全球拥有超过47,000项专利。它一直在研究3D飞行时间(ToF),5G,A2B音频总线,网络安全,GaN(氮化镓),物联网(IoT),探测器(LIDAR)解决方案,MEMS开关,OtoSense,雷达系统,RadioVerse,RF领导者,传感器接口和SmartMesh。 全球市场:总部位于美国诺伍德,在30多个国家/地区拥有15,900名员工。 收入:ADI2020财年收入为56亿美元。 8、安森美半导体 安森美半导体是基于半导体的解决方案的领先供应商,提供全面的产品组合,包括节能连接,传感,电源管理,模拟,逻辑,定时,分立和定制设备。 产品:存储器,音频/视频ASSP,接口,标准逻辑,微控制器,离散和驱动器电源管理,定时和信号调理,隔离和保护设备,放大器和比较器,传感器,宽带隙电源模块,连接性,光电,定制代工服务,SoC,SiP和定制产品。 应用范围:用于航空航天和国防,汽车,工业和云电力,物联网,医疗和个人电子产品。 技术/创新:安森美半导体正在从事汽车,物联网(IoT),创新以及工业和云电源领域的研究。 全球市场:总部位于美国亚利桑那州,在24个国家/地区拥有74个办事处,拥有34,000名员工。 收入:安森美半导体2020财年的收入为53亿美元。 9、微芯科技 MicrochipTechnology是工业,汽车,消费,航空航天和国防,通信和计算市场上智能,连接和安全的嵌入式控制解决方案的领先提供商。 产品:微控制器和微处理器,模拟,航空航天和国防,放大器和线性,时钟和定时,数据转换器,嵌入式控制器和超级I/O,铸造服务,FPGA和PLD,高速网络和视频,接口和连接性,LED驱动程序和背光,内存,电源管理,以太网供电,安全IC,传感器,智能能源/计量,存储,同步和计时系统,触摸和手势以及无线连接。 应用范围:它们用于医疗,航空航天与国防,音频与语音,汽车,电池管理,CAN,显示器,计算,以太网,物联网,照明,计量,USB,无线与网络,家用电器等领域。 技术/创新:他们一直致力于汽车应用的高端电流检测放大器,汽车以太网音频视频桥接(AVB)的第一个全集成解决方案,以太网交换机,机器学习和超大规模计算基础设施以及三模式存储控制器。 全球市场:Microchip总部位于美国钱德勒,在28个国家/地区拥有67个办事处,拥有18,000多名员工。 收入:Microchip2020财年的收入为53亿美元。 10、Xilinx公司 XilinxInc.是一家技术公司,主要是可编程逻辑器件的供应商。该公司发明了现场可编程门阵列。正是半导体公司创造了第一个无晶圆厂制造模型。 产品:设备(ACAP,FPGA和3DIC,SoC,MPSoC和RFSoC),评估板和套件(评估板,SoM),加速器(数据中心加速器卡,计算存储,SmartNIC和Telco),以太网适配器(8000系列)以太网,X2系列以太网),软件开发工具(Vitis软件平台,VitisAI),硬件开发,嵌入式开发,核心技术(3DIC,配置解决方案,连接性,设计安全性,DSP,以太网,ML,内存,RF采样)和加速的应用程序。 应用范围:航空航天与国防,汽车,广播与ProA/V,消费电子,数据中心,仿真与原型设计,工业,医疗保健/医疗,测试与测量,有线与无线通信。 技术/创新:它拥有4400项专利,主要针对高端现场可编程门阵列(FPGA)。目前,它正在研究高级设计流程,异构多核体系结构,网络处理,信号处理以及嵌入式系统和FPGA中的高级应用程序。 全球市场:Xilinx总部位于美国圣何塞,在8个国家/地区拥有12个办公地点,拥有5000多名员工。 收入:2020财年的收入为31.6亿美元。 美国的优势与劣势 全球销售市场份额的领先地位还使美国半导体产业能够从良性循环的创新中受益。销售领导地位使美国工业界可以对研发投入更多,这反过来又有助于确保美国继续保持销售领导地位。只要美国半导体行业在全球市场份额中保持领先地位,它将继续从这一良性创新循环中受益。 美国半导体公司在商业模式和子产品方面是市场领导者,但是对于某些商业模式细分市场,美国产业落后于其亚洲竞争对手。美国半导体行业在逻辑和模拟半导体的销售方面保持着市场份额的领导地位。但是,对于存储器和分立半导体,其他国家的行业处于领先地位。 同样,就商业模式而言,美国在某些领域领先,但并非全部。 例如,亚洲继续主导着半导体生产的外包方面。近80%的半导体晶圆厂和组装/测试业务集中在亚洲。尽管全球供应链为该行业带来了价值和效率的提升,但它们也突显了美国需要考虑在这一领域进行战略投资的必要性。 美国技术竞争力:美国半导体行业是先进半导体芯片设计领域无可争议的技术领导者。这包括AI所需的平台技术,在微处理器,图形芯片和可编程逻辑处理器中占有主要市场份额。当今用于前沿逻辑应用的最先进的IC使用10纳米(nm)技术,并在芯片上封装了超过200亿个晶体管,尺寸约为四分之一。美国在5G相关半导体的关键设计中也处于有利地位,在支持无线通信,网络管理和数据存储的芯片中处于领先地位。最后,美国公司正在领导努力开发用于自动驾驶汽车的新芯片,包括先进的图像传感器,数据处理器和车载雷达。 美国半导体行业的研发支出一直很高,反映出美国市场份额领先地位与持续创新之间的内在联系:从1999年到2019年,美国半导体行业的研发支出以大约6.6%的复合年增长率增长。无论年销售额的周期如何,它始终保持较高的水平,这反映了对半导体生产进行研发投资的重要性。2019年,美国半导体行业在研发上的总投资总额为398亿美元。 美国半导体制造商在美国的制造基地保持最多,比其他任何国家都多:2019年,总部位于美国的公司的前端半导体晶圆产能中约有44%位于美国。美国总部位于美国的前端半导体晶圆厂产能的其他领先地点是新加坡,中国台湾,欧洲和日本。值得注意的是,与其他主要市场相比,中国大陆在前端制造方面吸引的美国投资更少。不幸的是,在过去十年中,海外芯片制造业的平均增长率是美国的五倍。这主要是由于各国实施了强有力的激励计划以吸引半导体制造业。 美国半导体创新政策格局 为了确保美国在全球半导体行业中继续保持领导地位,美国必须采取雄心勃勃的竞争力和创新议程。 研究: 美国对联邦科学机构在半导体特定研究方面的投资增加了三倍,从每年约15亿美元增加到50亿美元,以推进将极大提高芯片性能的新材料,设计和架构。 美国在联邦科学机构对半导体相关领域(例如材料科学,计算机科学,工程学和应用数学)的研究投资增加了一倍,以推动半导体技术的飞跃式创新,这些创新将驱动未来的关键技术。 国内制造业: 建立新的制造业资助计划,以刺激美国新的陆上先进半导体制造设施的建设,其中包括领先的逻辑代工厂,先进的存储器和模拟晶圆厂,以提供国防,关键基础设施和更广泛的基本商业需求。 提供半导体制造税收优惠政策,例如购买新的半导体制造设备可退还的投资税收抵免。 员工人数: 改革高技能的移民制度,使美国高等院校的合格STEM毕业生以及世界各地的STEM毕业生可以工作,创新并为美国在半导体行业的领导地位做出贡献,并促进我们的经济发展。 将美国对STEM教育的投资增加50%,并实施一项全国STEM教育计划,到2029年使美国STEM毕业生的数量增加一倍。 贸易与知识产权: 批准自由贸易协定并使之现代化,包括《美国墨西哥-加拿大协定》,以消除市场障碍,保护知识产权并促进公平竞争。 为执法和情报机构增加资源,以防止和起诉包括盗用商业秘密在内的半导体知识产权盗窃案。