2020年底的芯片短缺引起了人们的广泛关注,最先进的半导体不再在美国生产,凸显了一种战略上的脆弱性。有趣的是,这种芯片短缺绝大部分由于所谓的传统芯片供应不足造成。总部设在美国的公司继续生产这些芯片,只是数量不足以满足国内制造商的需求。这种短缺不仅对像汽车这样的传统行业产生了不利影响,而且还影响到其他采用了一系列半导体技术的设备,包括微处理器、先进的微控制器、模拟和混合信号产品以及功率半导体,以及驱动显示器、解码音频、操作发动机和执行其他关键功能。这些组件的缺失给美国经济带来了巨大的破坏,促使我们更深入地研究所谓的传统芯片的战略意义。

什么是"传统"芯片?

"传统"或"主流"的半导体集成电路(IC),使用既定但仍在发展的制造工艺制造,通常在每个芯片上蚀刻较大的晶体管。2022年《CHIPS和科学法案》将传统设备定义为那些采用28纳米或更大技术生产的设备,并责成商务部为其他类型的芯片制定一个精确的定义。这一决定仍在等待中。“尖端"芯片的官方定义也尚未制定,但可以假定其适用于5纳米或以下的工艺节点。高度先进的10纳米和7纳米芯片处于定义的灰色地带,至少在美国商务部对其进行分类之前是如此。即便如此,在一项仍在遵循摩尔定律所预测的轨迹的技术中,这也是一种静态的区分:今天被认为是"传统"的东西不久前还是最先进的,而今天最先进的东西注定会成为明天的传统芯片。

传统芯片无处不在。虽然尖端芯片或微处理器在关键技术中有着广泛的应用,但传统芯片关系到大多数汽车、飞机、家用电器、宽带、消费电子、工厂自动化系统、军事系统和医疗设备的生产。这些设备在美国制造业经济中具有核心作用,这意味着传统芯片供应的中断会对美国制造业和下游经济活动产生负面影响。

尽管有这个名字,传统芯片并不是过时的技术。与"成熟"、"老旧"和"传统"等术语相关的内涵具有误导性,因为这些类别的芯片正在不断完善以满足新的要求和应用。例如,这些芯片的创新包括使用碳化硅半导体,预计将在经济去碳化中发挥重要作用。传统的芯片注定要在未来很长时间内与新兴产业和技术保持高度相关。

这些设备在美国制造业经济中具有核心作用,也就意味着传统芯片供应的中断会对美国制造业和下游经济活动产生负面影响。

因此,在晶体管尺寸方面,将传统芯片与前沿芯片区分开来,可能会限制我们对其战略和经济重要性的理解。“传统"一词本身是一个时代的传统物,当时军事应用是芯片创新的驱动力。最近旨在限制中国制造先进芯片的潜力,结果让中国在主流芯片方面进行创新的出口管制,反映了这种心态,掩盖了一个重大的弱点。