《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》第七部分：5G未來

《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》是美國經濟史學家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導體產業全球分工為主線，追溯從冷戰至今的芯片技術發展歷程，闡釋芯片在現代軍事、經濟和地緣政治中的戰略地位。全書涵蓋美國通過技術博弈確立主導地位、臺灣半導體產業崛起、華為5G技術受限等案例，分析全球芯片短缺與供應鏈危機背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補貼政策、EUV光刻機研發困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術領域的核心博弈。

5G未來

當任正非開始代理中國香港的電話交換機時，網絡設備只能將一部電話連接到另一部。在電話出現的早期，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，根據電話呼叫的不同組合，將它們連接起來。到了20世紀80年代，接線員已經被電子交換機取代，而電子交換機通常依賴半導體。即便如此，人們還是需要一個衣櫥大小的程控交換設備來管理一棟大樓的電話線。 如今，電信供應商比以往任何時候都更加依賴于硅，一個衣櫥大小的設備可以處理電話、文本和視頻，但現在這些信息通常是通過無線電網絡而不是固定電話網絡來傳輸的。

華為已經掌握了最新一代通過手機網絡發送呼叫和數據的設備，即5G。但5G并不是真的與手機有關，而是與計算的未來有關，因此，它與半導體有關。5G中的G表示“代”。我們已經經歷了四代移動網絡標準，每一代都需要手機和手機基站上的新硬件。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的1和0的數量也在穩步增加。2G手機可以發送圖片短信，3G手機可以打開網頁，4G可以使人們在任何地方播放視頻，5G將是一個飛躍。

如今，大多數人認為智能手機能做到這些是理所當然的，但正是由于越來越強大的半導體，我們才不再對收發圖片、文本感到驚訝，反而對視頻中的瞬間延遲感到沮喪。管理手機與蜂窩網絡連接的調制解調器芯片，使得通過手機天線在無線電波中發送更多的1和0成為可能。

隱藏在手機網絡內部和手機基站頂部的芯片也發生了類似的變化。在空中發送1和0，同時最大限度地減少通話不暢或視頻延遲，非常復雜。無線電波頻譜相關部分中可用的空間是有限的。無線電波頻率只有這么多，其中許多不適合發送大量數據或遠距離傳輸。因此，電信公司依靠半導體將更多的數據塞進現有的頻譜空間中。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的半導體。因此，半導體對于無線發送更多數據的能力至關重要。像高通這樣的芯片設計公司找到了優化通過無線電頻譜傳輸數據的新方法，而像ADI這樣的芯片制造商已經制造出了射頻收發芯片，可以更精確地發送和接收無線電波，同時使用更少的功率。

5G將使更多數據的無線傳輸成為可能。在某種程度上，這將通過更復雜的共享頻譜空間的方法實現，這種方法需要更復雜的算法，需要手機和手機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也可以被區分。在某種程度上，5G網絡將通過使用一個新的、空的無線電頻譜來發送更多的數據，而這在以前被認為是不切實際的。先進的半導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送得更遠，并以前所未有的精確度進行瞄準。蜂窩網絡將識別手機的位置，并使用一種稱為波束成形的技術直接向手機發送無線電波。典型的無線電波，就像向汽車收音機發送音樂一樣，向各個方向發送信號，因為它不知道你的汽車在哪里。這會浪費電力，從而產生更多的電波和干擾。通過波束成形，蜂窩塔可以識別設備的位置，并僅向該方向發送所需的信號。結果，對于每個人來說，干擾更少，信號更強。

能夠承載更多數據的更快網絡，不會讓現有手機運行得更快，而是會改變我們對移動計算的看法。在1G網絡時代，手機的價格對于大多數人來說太貴了。有了2G網絡，我們開始假設手機可以發送短信和語音。如今，我們期望手機和平板電腦擁有個人電腦的所有功能。隨著通過蜂窩網絡發送更多數據成為可能，我們將把更多的設備連接到蜂窩網絡。我們擁有的設備越多，產生的數據就越多，也就需要更強大的處理能力。

將更多設備連接到蜂窩網絡，并從中獲取數據的承諾，聽起來可能不是革命性的。你可能不同意5G網絡可以釀造出更好的咖啡，但很快你的咖啡機就會收集并處理每杯咖啡的溫度和質量數據。在商業和工業中，有無數種方法可以讓更多的數據和更多的連接產生更好的服務和更低的成本，比如從優化拖拉機在田間的行駛方式到協調裝配線上的機器人。醫療設備和傳感器將跟蹤和診斷更多情況。世界上的感官信息遠遠超過了我們目前數字化、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產品轉變為數字化機器的案例了。特斯拉的狂熱追隨者和飆升的股價吸引了大量關注者，但不那么引人注目的是，特斯拉也是領先的芯片設計公司。特斯拉聘請了像吉姆·凱勒（Jim Keller）這樣的明星半導體設計師來設計一款芯片，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”。 人們經常將特斯拉與蘋果進行比較，蘋果也設計芯片。與蘋果的產品一樣，特斯拉精心調整的用戶體驗，以及它看似毫不費力地將先進計算技術集成到它的產品（汽車），只有通過定制芯片才能實現。自20世紀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體來管理電源，加上對自動駕駛功能的需求增加，預示著汽車芯片的數量和成本將大幅增加。

汽車只是一個典型的例子，說明發送和接收更多數據的能力將如何在網絡的“邊緣”設備、蜂窩網絡本身以及龐大的數據中心中產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備供應商簽訂建造5G網絡的合同，華為處于領先地位，提供業內公認的質量高、價格有競爭力的設備。 華為似乎能夠在5G網絡建設中發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基站設備生產商。

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

隨著華為的設計部門證明自己是世界級的，不難想象中國芯片設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年的趨勢進行推測，那么到2030年，中國芯片產業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易的流動，也將重新平衡地區政治力量。