芯片：人类有史以来最伟大的发明

本文即将刊登于2026 年 10 月 26 日的《纽约客》杂志印刷版。作者：吉迪恩·刘易斯-克劳斯是《纽约客》的专职撰稿人，报道领域涵盖科技、学术界和书籍等。他著有回忆录《方向感》。

一位投资者表示：“我们没有衡量复杂程度的评级标准，但火箭大概是五级。”他的合伙人补充道：“半导体是十一级。”（照片由阿列克谢·康德拉季耶夫为《纽约客》拍摄）

历史上真正具有里程碑意义的集体成就屈指可数：马丘比丘、长城、吉萨金字塔，或许，如果我们宽容一些，罗马引水渠也算在内。现代全球文明也为这永恒的殿堂贡献了一份力量。不是登月，而是半导体供应链。

几乎所有人都觉得这很荒谬。微芯片不过是金属和精制沙粒制成的小玩意儿，看起来并不庞大。然而，仔细观察，你会发现它蕴藏着惊人的微观世界。想象一下，一座繁华都市——比如东京或圣保罗——的完美复制品，以原子尺度镌刻在一块指甲盖大小的瓷砖上。城市细节将被忠实地还原到每一个高尔夫球或鸡蛋——每个球或鸡蛋都被缩小到大约一个血红蛋白分子的体积，或者人类指甲每五秒钟生长的长度。如果芯片仅仅是一件雕塑作品，这种精细的雕刻已经堪称一项了不起的成就。但事实上，芯片是一座功能齐全的城市，里面居住着大量的电子。它们嗡嗡作响，驱动着我们的飞机，为股市提供动力，并且越来越多地代表我们思考。与产量相对较少的火箭不同，微芯片的产量高达数十亿。这或许是它们最令人印象深刻的地方，或者说，是我们人类最令人印象深刻的地方。

微芯片和任何其他小玩意儿一样，都是在工厂里批量生产的。这些工厂大多，尤其是其中最好的那些，曾经都位于美国。到了20世纪80年代，情况开始发生变化。美国半导体公司受到了日本竞争对手的威胁。美国国内产业向政府请愿，要求进行干预。经济学家们却不以为然。当时的共识是支持自由贸易。如果某种商品可以在其他地方廉价生产，那么所有人都会受益。美国消费者理应以优惠的价格购买电子表、袖珍计算器和早期计算机。关于这种态度，最经典（尽管是杜撰的）的表达方式，据说是出自老布什政府的一位官员之口：“薯片、电脑芯片，有什么区别？它们都是芯片。（chips）”

这并非完全是玩笑。《洛杉矶时报》的一位专栏作家指出，美国最大的芯片制造商英特尔的规模“与百事可乐旗下的菲多利公司（最大的薯片制造商）大致相当”。（优兹公司的一位高管辩解说：“现代薯片生产中确实运用了大量技术。”）关键在于，芯片就是芯片。如果我们都不关心盐醋味薯片的产地，又何必关心它们的硅味“表亲”呢？

如今，我们对此高度重视。芯片是人工智能的基础，而人工智能又支撑着我们整个经济。全球市值最高的公司是芯片设计公司英伟达。去年，标普500指数每1美元的回报中，约有15美分来自该公司的股票。从经济角度来看，如今芯片面临的问题是永远供不应求。一辆汽车可能需要两千个芯片。疫情导致供应链问题时，汽车制造商发现他们之前没有预留足够的芯片。政府向芯片制造商施压，要求他们重新调整订单履行优先级，以保障美国人购买新卡车的权利。让Claude和ChatGPT能够说话的芯片比雪佛兰汽车里的芯片更加专业化，芯片行业也已做出回应，将资源重新分配到这些产品线上。如果基础芯片变得稀缺，那么不久之后，普通家庭将连洗碗机都买不起，更不用说手机了。如果现在人们对人工智能的抵制情绪看起来很强烈，那就等着瞧吧，等到问题堆积如山的时候，后果会更加严重。

但与地缘政治利益相比，经济利益就显得微不足道了。世界上绝大多数最先进的芯片都产自台湾，这个热带岛屿在美国最出名的却是珍珠奶茶、鼎泰丰连锁餐厅。如果没有了来自台湾的芯片，美国人所知的生活方式大概还能维持一两个季度，也就是制造一枚芯片所需的时间。之后，库存就会锐减。iPhone 的标价或许会和名表的价格相差无几。Wi-Fi 路由器、胰岛素泵、心脏起搏器、信用卡读卡器，以及汽车和洗碗机的库存都会减少，甚至可能消失。科技股——实际上就是整个股市——将变得一文不值。英特尔前首席执行官帕特·盖尔辛格曾对我说：“你觉得霍尔木兹海峡关闭很可怕吗？那根本不算什么。那里只有全球20%的石油。而台湾的芯片占全球供应链的80%。如果那里停电三周，其经济影响将超过大萧条。”

总部位于荷兰费尔德霍芬的ASML公司是欧洲最有价值的公司。照片由阿拉斯泰尔·菲利普·威珀为《纽约客》拍摄

如果美国人工智能公司发现自己只能依赖其他产品——例如韩国或美国本土生产的少量适用芯片——那么美国在军备竞赛中的领先优势几乎会立即动摇。如果美国的大学生们重新开始自己撰写论文，这或许并非坏事。但芯片短缺也可能意味着美国军事优势的终结。

因此，华盛顿最近逐渐接受了半导体产地比品客薯片产地更重要的观点。一种怀旧的共识正在形成，支持半导体的国内生产。在不了解内情的人看来，建造一座芯片工厂似乎很简单：买块地，再花点钱请承包商建个大厂房来放机器就行了。然而，事实并非如此简单。

台积电（TSMC）几乎生产了全球所有的高端芯片，市值高达两万亿美元。在全球市值最高的十家公司中，它是仅有的两家非美国科技巨头之一（另一家是沙特阿美）。与苹果、谷歌和亚马逊等家喻户晓的同行不同，台积电从未刻意打造面向公众的品牌形象。其晶圆厂（即工厂）极少向客户开放，即使是客户也只能参观自己的生产线。这种极度的保密是刻意为之。该公司的一些芯片设计，例如用于iPhone或Mac的芯片，是价值连城的商业机密。另一些芯片，例如英伟达顶级芯片的设计图，则被视为国家安全资产，受到美国出口管制。

台积电总部位于新竹科学园区，这片精心维护的园区坐落在距离台北约一小时车程的沿海城市新竹郊外。其庞大的工厂既不封闭也不隐蔽，部分工厂可饱览台湾海峡沿岸白色风车的全景，这些风车如同纤细的哨兵般点缀着海岸线。这座企业神经中枢以公司标志性的柔和灰色为主色调，点缀着鲜艳的红色。六月一个潮湿的清晨，不到七点，我第一次来到大厅时，一位维修工正在展示公司对细节的关注。他站在齐膝深的装饰池中，小心翼翼地用一把浸透水的扫帚扫着池底，清除装饰着人造玫瑰的高台之间的细微污垢。室内唯一的装饰是一幅公司创始人张忠谋的油画像。他叼着标志性的烟斗出现在一间凌乱的书房里，周围堆满了书籍，一盏发光的硅芯片照亮了房间。

一位资深接待员神情严肃地站在一张巨大的办公桌后，目光坚定，负责管理狭窄的入口旋转门。整个建筑群禁止携带多种物品，包括手机、智能手表、录音设备，以及令人费解的空白双面打印纸。由于我还没走出大厅，便试探性地询问是否可以拍摄这幅画。得到的回答是立即、礼貌而果断的“不”。

最初的计算机本质上就是一堆灯泡。计算机的基本逻辑是，几乎任何指令集都可以通过一组相互连接的开关来执行。二战期间开发的第一批计算机，让人联想到吊灯批发商的地下仓库。它们需要一队士兵奔波于各个角落，更换烧坏的灯泡。理论上，这些设备可以完成极其复杂的任务。但实际上，即使是相对简单的任务，最终也可能变成一堆烧焦的铜和碎玻璃。

战后，在贝尔实验室，物理学家威廉·肖克利和他的两位同事发明了一种更小、更快、不会爆炸的开关。这种开关被称为晶体管，它利用了一种被称为半导体的元素的特殊性质：它可以像金属一样导通导电，也可以像玻璃一样关断阻断电流。这个小玩意儿为它的发明者赢得了诺贝尔奖，并几乎立即改善了人们的生活。便携式晶体管收音机于1954年圣诞节前夕问世，迅速成为消费市场的爆款产品。未来的计算机不再需要是体积庞大、容易着火的庞然大物。它们的潜力似乎无穷无尽。

然而，有一个棘手的障碍。计算机依赖于电路，也就是由晶体管和其他电子元件连接而成的电路。电路的巧妙程度取决于两个因素：晶体管的数量以及它们互连的密度。与灯泡不同，晶体管可以随意添加到电路设计中。不幸的是，它们仍然需要手工焊接。这个过程耗时耗力，而且容易出错。一个小小的接线错误就可能毁掉一切。随着电路规模的扩大，互连任务的难度呈指数级增长。这被称为“数字的暴政”，令人沮丧。到了20世纪50年代，我们已经知道登月需要计算机的指导。一个拥有1000万个元件的电路可以在纸上绘制出来。但没有人能够真正建造它。

1958年冬天，两位科学家各自独立地发现了如何将这些纸电路变成实体。旧方法是将单个晶体管组装成电路，就像把一堆不相连的身体部位缝合在一起。而新方法则是取一块整体的半导体材料，如同雕刻一块大理石，从中雕刻出一个完整的图案。如果最初选择的衬底材料最终被采用，那么帕洛阿尔托周围的那片樱桃园或许就会被称为“锗谷”了。

硅谷的起源故事包含两个矛盾。第一个矛盾在于它的发生地点。它的教父之一杰克·基尔比（Jack Kilby）并非身处加利福尼亚，而是在达拉斯的德州仪器公司。硅谷是一种理念，而非一个具体的地点。第二个矛盾与竞争在创新中的作用有关。另一位教父罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）的职业生涯始于晶体管先驱（也是臭名昭著的科学种族主义者）肖克利（Shockley）的领导下。诺伊斯厌倦了肖克利的专制管理，于是与七位同事（被称为“叛徒八人组”）一起叛逃，创立了竞争对手仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor），之后又再次叛逃，创立了英特尔公司（Intel）。在接下来的十年里，德州仪器和仙童的律师们就专利问题展开了一场激烈的法庭大战。后来的几代创始人从这些故事中汲取了一个道德教训：所有伟大的公司都起源于背叛，并依靠斗争而生存。但事实上，基尔比和诺伊斯并不这么认为。他们更注重解决问题而不是逞英雄，并且乐于分享荣誉。

一家生产ASML极紫外线设备的工厂的员工们。“我们公司内部有一种自豪感，那就是你根本想象不到我们所做的工作有多么复杂，”该公司的一位工程主管说道。照片由阿列克谢·康德拉季耶夫为《纽约客》拍摄

市场上最早的集成电路体积小巧、性能可靠，但价格却极其昂贵。唯一可能的客户是联邦政府——一个既有决心又有预算不惜一切代价追求一个看似不可能完成的目标的机构。对于新兴的芯片制造商而言，军工复合体简直是天赐良机。航空航天和国防合同支付了建设生产基地所需的巨额资金。然而，高管们对华盛顿的买方垄断感到不满：他们的工程师不愿听命于官僚机构；过度依赖政府资助的行业容易变得臃肿不堪；只有广泛的市场需求才能让他们实现规模经济。高管们积极争取商业利益，订单量的增长转化为效率的提升、研发的加速和价格的降低。1971年，德州仪器公司发布了Pocketronic计算器。它具备四项尖端功能：加法、减法、乘法和除法。根据 T. R. Reid 的《芯片》一书，到 20 世纪 90 年代末，美国的计算器数量已经超过了人口数量。

1964年，有人请诺伊斯的同事戈登·摩尔预测这项技术的未来发展轨迹。他注意到，在前几年，晶体管密度——也就是在相同面积内能容纳的晶体管数量——每年都翻一番。摩尔随口估计，这种趋势还会继续下去。当时，最先进的芯片有60个晶体管。按照他的逻辑，1975年的芯片应该能容纳65000个晶体管——这在当时是一个荒谬的估计。当打赌尘埃落定时，最新的芯片已经拥有65536个晶体管。几年后，摩尔计算道，如果汽车行业的创新速度也达到同样的水平，“我们就能舒舒服服地开着车以每小时10万英里的速度巡航，每加仑汽油能跑5万英里。” 最不可思议的是，这些升级几乎是免费的。摩尔接着说：“我们发现，把劳斯莱斯扔掉再买一辆新的，比把它停在市中心过夜要便宜得多。”

魔咒并未解除。你口袋里的手机比阿波罗计划使用的计算机先进几个数量级。一只AirPod耳机就能轻松计算出登月路线。一个车钥匙就足够了。一把电动牙刷也行。事实上，我们经常会把劳斯莱斯扔掉。阿波罗计划的芯片性能甚至不如现在电子验孕棒里的芯片。我们浪费了登月的能力，仅仅为了显示一个“+”号。

荷兰城市埃因霍温的建立与人造光源的精湛工艺密不可分。19世纪末，杰拉德·菲利普斯和安东·菲利普斯兄弟创办了一家白炽灯泡公司，最终发展成为全球最大的电子集团之一。当地足球队的首款球衣上就印有灯泡图案，如今，城市地下通道的墙壁上仍然可以看到喷涂的灯泡涂鸦。附近的绿树成荫的费尔德霍芬郊区，如今是欧洲市值最高的公司——ASML的所在地。这家公司销售的是稀有光源。

ASML，原名先进半导体材料光刻公司（Advanced Semiconductor Materials Lithography），或许最出名的就是它的不出名。2024年，《华尔街日报》称其为“你从未听说过的最重要的公司”。这家公司以默默无闻为荣。ASML的一位工程主管Alex Schafgans告诉我：“在公司内部，我们引以为豪的是，你根本不知道我们所做的工作有多复杂。如果有人在烧烤聚会上问我我的工作是什么，我得花八分钟才能解释清楚。” 台积电（TSMC）生产的一枚成品微芯片，是数千道工序的结晶。每道工序都不可或缺，但其中最关键的莫过于芯片在ASML机器上的加工过程。

摩尔定律并非像万有引力那样的真正定律，而是一种观察到的规律。芯片的改进遵循着严格的时间表。这种观察演变成一种承诺：每两年，芯片行业就会推出性能翻倍的产品，而且成本不变。全世界都对此深信不疑。例如，苹果公司理所当然地认为，它可以设计一款使用尚未问世的强大芯片的新款手机。而这些虚构的芯片，正是由两百多万芯片行业员工出于对自我实现的预言的执着而凭空创造出来的。

例如，芯片上的晶体管曾经是用微小的铝线互连的。随着晶体管尺寸的缩小，它们之间的通道也相应变窄，铝的性能也因此遇到了瓶颈。铜原本是更优的选择，但它会渗入硅中，损坏芯片；因此，在晶圆厂中，铜的使用是被严格禁止的。然而，IBM的研究人员受到中世纪大马士革工匠金属工艺的启发，发明了一种保护硅免受铜腐蚀的技术。摩尔定律得以延续。

半导体大规模生产背后的基本原理是，芯片可以像照片一样用光来“印刷”。芯片的结构蓝图被绘制在模板或“掩模”上。当光线穿过模板时，就像阳光透过彩色玻璃窗一样，芯片的轮廓就被印刻在涂有感光化学物质的硅片上。英特尔前首席执行官盖尔辛格曾用神学作比喻：“晶圆厂的核心是光刻技术，而光刻技术的核心是光，正如上帝所说：‘要有光。’”

在电子工业的初期，这套工艺流程可以用普通材料拼凑而成。费尔柴尔德公司的诺伊斯去了一家摄影器材商店，在一箱老式电影摄影机里找到了几个还能用的镜头。模板可以在一块普通的玻璃板上勾勒出来。光源则是一盏普通的灯泡。随着晶体管尺寸的缩小和芯片密度的增加，工艺对精度的要求也越来越高。芯片甚至会被一粒灰尘损坏，因此工厂变成了密不透风的洁净室，工人们都穿着防护服。简陋的市售元件被定制的材料和工具所取代。光源也不例外。灯光对于精细图案来说过于粗糙。然而，波长较短的光却可以像手术刀一样被精准地控制。

工业界沿着光谱向下发展，最终到达了我们可见光中最短的波长——紫光，然后又跌入了可见光的极限。再往后是“深紫外光”，我们不再依赖自然光，而是开始使用氪气或氟化氩气制成的准分子激光器。这解决了一个问题，但也带来了其他问题。到了20世纪90年代初，深紫外光似乎成了现实中最好的选择。我们原本计划在2005年左右之前，在硅芯片上雕刻出更精细的细节。那一年我们拥有的芯片将是我们所能拥有的最好的芯片。如果真是那样，我们可能就不会有iPhone，更不用说Uber、Spotify或Netflix了，或许这反而是件好事。但我们也可能缺乏可靠的五天天气预报、自动紧急制动系统、便携式超声波仪、用于患病婴儿的快速基因测序以及黑洞图像。

当代生活的大部分都建立在孤注一掷地押注一项几乎肯定无法实现的技术之上。英特尔的高管们在联邦政府的资助下，将大量资金投入到“极紫外光”技术中。这项技术无法被利用的原因不胜枚举，其中之一便是最近的天然极紫外光源是太阳。由于技术和政治方面的双重考量——日本光刻公司已被排除在外——当时唯一的希望寄托在了相对默默无闻的ASML公司身上。物理学家扬·穆尔肯斯正是在这一动荡时期加入了这家公司。1992年，他第一次参加面试后心想：这些人简直疯了。我一定要来这里工作。ASML秉持着这样的理念：如果你招募那些对眼前工作毫无希望的现状一无所知的人，他们或许会给你带来惊喜。

任何一家机构，无论其员工多么疯狂，都无法独自完成这项壮举。即便你能以某种方式大规模地收集地球上的星光，它也会立刻消失在任何物质中——比如一粒空气微粒，或者用来收集光线的玻璃镜片。ASML 与德国传奇镜片制造商蔡司展开了合作。穆尔肯斯本人也是一位业余自行车爱好者，尽管他曾四次摔断肩膀，但他仍然说道：“到蔡司公司的路有 592 公里，我已经骑过一百多次了。” ASML 一位狡黠而又略带狼性的副总裁约斯·本肖普则摆出一副德国人特有的戏剧化严肃的姿态：“当你们一起设计产品时，你们需要彼此见面，你们几乎每天都要保持联系——你们需要彼此凝视。” 这次合作打造出的镜子是已知宇宙中最光滑的人造物体。如果将其中一面放大到行星的大小，它最高的山峰的高度也只相当于一张牌面朝下的扑克牌。蔡司公司提供的其他镜子可以将一束光线引导到月球上的一枚硬币上；事实上，它们可以成功地瞄准该硬币的左半边或右半边。

一位ASML员工在圣地亚哥的公司工厂内。照片由Aleksey Kondratyev为《纽约客》拍摄。

ASML机器的特写。照片由Aleksey Kondratyev为《纽约客》拍摄。

2006年，三星下了第一笔EUV光刻机订单，但同时警告说，只有每小时能打印一定数量的芯片，这笔投资才划算。一个可行的原型机至少需要产生100瓦的光。当时，ASML的进度停滞在5瓦。该公司最终拖延了七年才完成。可想而知，三星开始失去耐心。

到了最终期限，当时还是研究员的沙夫甘斯已经“与机器里的各种故障搏斗了好几年”。有一天，他实在束手无策，便在机器里摸索着一个用来控制特定设置的小旋钮。那不是那种用来转动的曲柄，但沙夫甘斯却忍不住想摆弄一下。他说：“想象一下，我穿着无菌服，一手拿着笔记本电脑，另一只手拿着一把小螺丝刀伸进那台庞大的机器里，去调整一个原本就不应该调整的旋钮。”他的本能反应是朝着一个从数学角度来说显然错误的方向转动它。出于某种至今仍难以理解的原因，它竟然奏效了。沙夫甘斯因此获得了晋升。

三年后，也就是2019年，三星寄来的一个包裹抵达了费尔德霍芬。在外行人看来，这只是一部手机，但业内资深人士却从中看到了不可思议的东西。阿波罗登月计划制导计算机中的芯片只有六个晶体管，每个晶体管的宽度大约只有人类头发丝的三分之一。而这部手机里装的是首款采用极紫外光刻技术（EUV）打印的芯片，它拥有超过一百亿个晶体管，每个晶体管都比病毒还要细。ASML公司成立之初，1GB的内存售价接近一百万美元。而1GB的EUV打印内存现在只需几美元。穆尔肯斯说起这些令人眼花缭乱的数据时，仿佛这些只是他的同事们与物理定律英勇抗争的副产品：“摩尔定律？我才不在乎呢。它对市场营销有好处。那些只会想着它的人，自己从来没真正研究过它。”

ASML 的主厂房最引人注目的是一座灰褐色的巍峨高塔，它看起来像一块巨大的芯片，这种相似性或许有些过于直白。从观景台上望去，整个园区被主干道环绕，远处是农田和人字形屋顶。楼下的公司商店里，最受欢迎的商品是一套 EUV 光刻机的乐高积木。这套积木是一位员工的心血之作，包含近千个零件，售价两百美元。而真正的 EUV 光刻机则拥有数百万个零件，造价高达四亿美元。

没有人能声称自己完全了解EUV光刻机。这台设备大约相当于两辆消防车叠起来的大小，由七架747飞机运送给客户，例如台积电。安装完毕后，它会被包裹在机柜中。我和一位向导进入了几十个限制进入的机房之一，机器就在这里组装——这项工作需要大约二十周的昼夜不停的工作。我们面前的这台机器几乎已经组装完毕。脱下外壳后，它看起来像一个生物机械幻觉：庞大的外壳缠绕着一团银色的电线、电缆、管道和旋钮，仿佛擎天柱被接上了生命维持系统。在机器背面的一个高台上，一位主管指着一个小开口，台积电的技术人员将在那里放入一块锡锭，开始芯片打印过程。

熔融锡的微小液滴从炮筒射入真空室，在那里，它们被精准的激光以每秒六万次的频率反复照射。当锡雾被点燃时，爆炸产生的等离子体温度比太阳表面温度高五十倍。换句话说，整个过程始于微型超新星的工业化生产。这些超新星会发射极紫外光，必须由蔡司的反射镜收集。如果反射镜表面哪怕沾染一纳米厚的锡屑，都无法正常工作。保持反射镜洁净的唯一方法是向超新星爆炸半径内持续注入氢气。收集到的光线在反射镜阵列中反复反射，最终投射到芯片的蓝图上。实现这一过程需要数十年的研究。而ASML客户的盈利则依赖于这一过程近乎完美地全天候运行。毫不夸张地说，反复停工将会使全球经济脱轨。

在我抵达费尔德霍芬的前几天，ASML 的一次内部活动中，首席执行官克里斯托夫·富凯与埃隆·马斯克进行了对话。马斯克过去曾威胁要凭借自己的聪明才智绕过任何“限速器”——芯片生产中的“瓶颈”或“扼制点”。ASML 是这种特定工具的唯一供应商，没有它，就无法生产出先进的芯片。马斯克大概指的是该公司每年只生产大约五十台这样的机器。他似乎把这些机器看作是超大型的复印机，不明白为什么公司不提高产量和速度。马斯克并非唯一一个认为这家欧洲公司凭借其欧洲大陆特有的悠长暑假，已经挟持了未来的旁观者。今年夏天，在深陷困境的人工智能金融大师利奥波德·阿申布伦纳的对冲基金几乎崩溃后，他勇敢地采取了应对策略，向一家总部位于美国的激光光刻技术竞争对手投资了4亿美元。据荷兰记者马克·希金克称，沮丧的美国政客们将ASML称为“那家公司”。

无论是在美国还是其他地方，没有人能够“简单地”制造出一台同等的机器，原因在于，这其中根本不存在“简单”二字。有些部件是全新的发明，有些则是对现有产品的超越性改进。例如，一个普通的金属阀门在任何五金店都能买到。然而，ASML“液滴发生器”中的阀门却需要能够在堪比海洋般巨大的压力下处理熔融金属，并且日夜不停地工作一年而不变形。该公司必须找到能够生产这种阀门的供应商。但由于ASML不会像普通零件那样大量采购这种部件，供应商并没有经济动力这样做。ASML最终能够说服供应商，是依赖于双方长期的合作关系以及彼此积累的信任。在入门经济学教科书中常见的竞争市场基本模型——即独立企业出于纯粹的自身利益进行冷冰冰的独立交易——并不适用于这个行业。它更像是某种合作经济或计划经济。

有一个关于ASML工程师的著名故事，他曾向东方的竞争对手解释说，即使把蓝图交给他们，他们也无法制造出EUV光刻机。马克·阿辛克（Marc Assinck）身材精瘦，酷爱咖啡，戴着一副超大号的雷朋眼镜，曾在ASML担任过多个职位。他告诉我，所谓“蓝图”的概念本身就是谬论：“我们根本没有机器的‘文件’。知识产权分散在整个系统中。” 他停在一个具有复杂热力学特性的玻璃部件前。“蔡司没有这个配方，”他说，“他们的玻璃供应商有。” 许多这类部件的交货周期长达两年。

如果说这个行业的许多方面无法被简单地复制，那是因为它们并非真正意义上的工业化生产。其中一些完全是手工技艺。阿辛克说：“它依赖于机械师、技工和其他拥有不成文知识的工匠。”他指着附近一家家庭作坊提供的一件凹陷的小玩意儿。金属底盘上钻了数百个针尖大小的孔，每个孔都必须手工去除毛刺。

EUV光刻机的一个主要模块是在康涅狄格州ASML公司的一家工厂里制造的，那里弥漫着炼金术士工作室的气息。我七月份去参观的时候，看到一些神秘的棱镜在类似中世纪风格的抛光机上旋转。这家工厂雇佣的员工都是那种自己会修摩托车的人。一位年轻的员工坐在工作台前，面前是一块看起来像是来自外星的琥珀色玻璃。这块玻璃上刻着芯片的蓝图，在机器内部悬浮着。它移动的精度足以追踪DNA链，即使它被包裹在一个加速运转的机器人里，而这个机器人的加速力足以把一架客机撕成碎片九次。整个装置就像一台核磁共振成像仪，用来扫描飞机坠毁事故中出现的细微裂纹。工程师凭感觉操作。他时不时停下来，用手指轻轻敲击某个特定的位置。这与其说是工程，不如说是反射疗法。这感觉真是讽刺至极。当你深入挖掘人工智能的基石时，你会发现，在其所有认知能力之下，是一个拥有神秘技巧的人在敲击着手指。

每天早上不到八点，新竹科学园区的大门就被一大群骑着摩托车缓缓驶入的通勤者所占据。台积电的总部绿树成荫，环境优美，但与其说像个企业园区，不如说更像一个独立的自治区域。去年夏天我来这里参观时，一位导游指着街对面的国立实验高中，他的儿子第二天早上就要从那里毕业了。我们从繁华一路拐进了繁华二路。专业的洗衣工们驾驶着印有公司标志的推车，穿梭在洁净室防护服的洗车队伍中。园区内有行政办公楼、邮局、银行、诊所和两所大学。一些员工住在园区宿舍，所有员工都能方便地使用游泳池和健身中心。你几乎不用走超过一个街区就能找到一家干净整洁的7-11便利店。台积电的供应商——包括应用材料公司和东京电子等工具公司，以及凯迪斯和新思科技等软件公司——都设有自己的当地办事处。

这个生机勃勃的生态瓶背后的远见卓识者是张忠谋。他1931年出生于中国宁波，在战乱时期辗转各地，从南京到广州、香港、重庆、上海，最终决心在海外的大学里寻求安宁。他进入哈佛大学，原本计划学习莎士比亚，但很快意识到工程学对亚洲移民来说是一条更稳妥的道路，于是转学到麻省理工学院。27岁时，他加入了德州仪器公司，恰逢集成电路发明。张忠谋的任务是解决良率问题，也就是成品晶体管的合格率。他当时负责的生产线良率几乎为零。张忠谋嘴里叼着烟斗，全身心投入到提升运营效率的工作中。短短几个月内，良率就超过了20%。

张先生一路晋升，却始终与首席执行官的职位失之交臂，或许是因为遇到了职业天花板。他当时五十多岁，认为自己的事业已经达到了顶峰。然而，在二十世纪八十年代初，台湾请他负责一项新的科技计划。在播客节目“Acquired”的一期节目中，主持人戴维·罗森塔尔将这项计划比作所有声称“我们要在某某地打造下一个硅谷”的地方。罗森塔尔接着说，这“很可能行不通”。

ASML员工正在搭建工作站。照片由Aleksey Kondratyev为《纽约客》拍摄。

战后台湾大量生产利润微薄的商品，例如雨伞和玩具，供应海外客户。如果台湾合作伙伴能够以更低的成本生产芭比娃娃，美泰公司就不需要在国内建厂。这些工厂还可以通过为其他品牌生产相关产品来摊销固定成本。张先生提议建立一家半导体“代工厂”，为昂贵的芯片提供代工服务，就像它的前辈为廉价芯片提供代工服务一样。然而，当时市场并不存在这样的需求。芯片制造商拥有大量的海外资源——学者克里斯·米勒在其著作《芯片战争》中指出，早在“全球化”一词流行之前，他们就已经开始全球化了——但该行业也以垂直整合著称，并将最困难的部分留在公司内部完成。“莫里斯，你这辈子有很多好点子，”戈登·摩尔对张先生说，“但这绝对不是其中之一。”美国芯片公司AMD的首席执行官杰里·桑德斯曾发表过一句臭名昭著的言论：“真正的男人都拥有自己的晶圆厂。”

事实证明，真正的男人都乐于不必花费200亿美元建造晶圆厂。台积电成立十年后，年营收就达到了10亿美元。1993年，一位名叫黄仁勋（Jensen Huang）的年轻人萌生了一个想法，即开发一种专用图形芯片（GPU），以增强电子游戏体验，并创立了英伟达（Nvidia）。不久之后，设计上的失误就将英伟达推到了破产的边缘。黄仁勋给张忠谋写了一封私人信件，一周后，张忠谋打来电话。（斯蒂芬·维特在《思考机器》一书中写道，黄仁勋当时大喊：“都他妈给我闭嘴——莫里斯来电话了！”）台积电决定冒险生产他的原型芯片。事实证明，英伟达芯片的专用架构非常适合人工智能的开发。与此同时，苹果公司开发了一种用于移动设备的新型芯片，并最终委托台积电生产。结果是，自 2014 年以来生产的每一代 iPhone 都如此。

一位名叫李尼古拉斯的内向而睿智的工程师，将抽象的研究成果转化为能够在工厂车间实际操作的流程。例如，为了应对即将到来的台风带来的低气压，机器可能需要进行调整。四年前，他从台湾大学化学工程专业硕士毕业后便加入了台积电。当我问他有多少同学也选择了台积电时，他笑着说：“至少有百分之六十。” 他补充道：“如果你不接受台积电的工作，大家都会觉得你有问题。” 加入台积电就如同为父母赢得家族的荣耀。公司基层员工，大多来自为台积电输送人才的职业学校或技术学校，也同样拥有这种社会凝聚力。虽然工作环境“非常紧张”，但正如李告诉我的，“我们都是一起长大的”，这让挑战变得容易一些。在台湾，每46个婴儿中就有一个是台积电员工的孩子。

如果没有张忠谋，我们几乎肯定不会有人工智能。在台积电，只要提起张忠谋，人们总是称他为“创始人”。这位创始人今年95岁高龄，是公司的精神领袖。他偶尔会出席公司一年一度的运动会，台积电会为此租用体育场馆。正如米勒所说，“张忠谋想成为数字时代的古腾堡，最终他获得的影响力远远超过了古腾堡。”

据我所知，台积电愿意带我参观一家名为AP6的晶圆厂，但有两个条件：一是我除了护照之外什么都不能带；二是我的穿着必须完全不含任何金属部件——拉链、按扣、金属扣眼、金属线头、金属套圈都不能有。（运动裤理论上可以接受，但可能会让我丢面子。）这些晶圆厂的清洁程度比医院高出一千倍。它们的安保系统比银行还要严密。

台积电是一个等级森严、礼仪繁多的地方，按照规章制度，我们首先要和厂长合影。拍完照后——照片本身似乎保密——我们被匆匆带过一条不起眼的走廊，去参加早上9点的交接班会议。每个新班次的交接班都以上一班的交接班汇报开始。大约二十几个人坐在一个类似作战室的房间里；我一开始以为是镜子的东西，实际上是连接到同一栋楼里另一个房间的相同配置的视频链接。其他屏幕上显示着图表。杰克·张，一位头发抹着发胶、穿着时髦宽松的高级面料服装的年轻部门经理，悄声对我说：“在这里，我们监控每个生产环节的效率。”他继续说道：“在这个会议上，我们会问：哪个环节的效率比昨天低？为什么？我们如何才能最大限度地减少生产中的差距？”

台积电将一块硅晶圆——一块直径与黑胶唱片相仿的闪亮圆盘——进行大约一千道工序。首先，晶圆表面涂覆一层超薄的玻璃或金属膜，再涂上感光化学物质，然后通过光刻机。化学物质被冲洗掉后，曝光后的薄膜上会通过等离子体喷射蚀刻出浮雕图案，之后再注入其他化学物质。晶圆还要经过清洗、抛光和缺陷检测。对于最先进的芯片，这一系列工序要循环重复约一百次，就像一座城市的天际线一层一层地拔地而起。

如果说台积电的供应商提供了工具，那么公司则提供了无情的优化。张忠谋创立这家公司，正是基于他对“学习曲线”的信念。这既是一个经济学原理——简单来说，就是随着产品产量的增加，每件产品的成本就会降低——也是一个文化原理。在一个纪律严明的组织里，你生产的每件产品都是一次改进生产方式的机会。台积电之所以能生产出最好的芯片，是因为它几乎包揽了所有芯片的生产。

这种方法只有在员工时刻保持警惕——关注机器、自身以及彼此——的情况下才能奏效。杰克告诉我：“这里的文化是，如果昨晚出了什么问题，你必须向老板报告。” AP6 的与会者脸上都带着习惯于被审视的神情。一夜之间，一台抛光工具的闲置时间达到了 209 秒。这虽然不算太长，但也并不理想。到了早上，闲置时间已经降到了 121 秒。杰克告诉我，今天没有人被责骂。

在更衣区，三位专职服务员迅速帮我拉上拉链，扣上扣子，穿上一套紫色兔子服。“紫色代表顾客或贵宾，”杰克说道。第四个人递给我一支笔和一叠压得硬邦邦的蓝色纸。这本小册子特意设计成不会掉落任何微粒，上面写着“洁净记录：洁净室使用的最高洁净等级”。穿戴完毕后，我们踩上金属垫，这些金属垫会记录我们每个人的静电水平——人体散发的静电离子会悄无声息地破坏晶圆内部——然后进入一个密封的空气淋浴走廊，那里的三向喷射气流会像龙卷风一样吹拂我们，去除残留的杂质。

AP6工厂于2023年投产，是台积电首个专注于“先进封装”全流程的晶圆厂，这项创新处于行业前沿。先进封装将多个独立芯片交错排列，形成复合超级芯片。难点在于，芯片是在微观领域中加工而成，而物质本身的纹理如同木纹般不规则。为了高效堆叠，它们必须经过极其精细的配对，以实现微乎其微的兼容性。何从一家航空航天公司被挖来协助领导该部门，他将生产流程比作运营全球最大的约会网站。2022年，他晋升为副总裁，就在人工智能爆发，彻底引爆市场需求，让他不得不放弃“约会网站”的运营。此后，他不得不每年将台积电的先进封装产能翻一番，如果良率达不到理想水平，他的客户就面临亏损的风险。他最近告诉台积电CEO，如果他早知道这个行业竞争会如此激烈，“我就不会接受这份工作了。”

一套完整的先进设备通常只有半副扑克牌大小，但售价却堪比一辆豪华轿车。运营团队的初级经理艾米·蔡告诉我，整个洁净室空间——面积足以同时举办22场完美无瑕的足球比赛——“只供我们最重要的五家客户使用”。她绝不会透露这些客户的名字，但候选名单并不多；苹果、英伟达和博通（为谷歌和Meta设计人工智能芯片）都在其中。

我们走进一条长长的走廊，走廊里弥漫着硫磺般的黄色光芒。地板上布满了密密麻麻的通风孔，定期更换洁净室内的空气。在我们头顶上方，铺设了20英里的轨道，用于自动晶圆运输，机械运转的机器井然有序，如同非人一般。机械爪沿着岔路轻柔地移动，抓着下方方方正正的托架，就像街机游戏中的奖品一样。托架里装着珍贵的晶圆。杰克说，这套系统取代了以前人工推车运送晶圆的旧方法。一位同事补充说，现在人工操作的压力小了很多。他曾经去过一家晶圆厂，那里挂着一块牌子，上面写着：“如果你撞到这辆推车，你的工资将被扣除X%。”一位员工后来提到，这家工厂非常重要，“我们甚至会向当地的神灵祈祷，保佑它运转顺利。”

大厅内，头顶的机械爪缓缓下降，将晶圆放入机器的一端，再从另一端取出。唯一可见的人工痕迹是机器上贴着的纸质遮盖物，用来遮住各自的标志。显然，有些人能通过佳能 FPA-5520iV LF 和 Surfscan SP5 XP等设备的位置关系，一眼看出是英伟达 Vera Rubin 还是苹果 M6 ，而台积电似乎把我误认为了其中一员。机器本身或许并不重要，重要的是如何协调它们的运行。正如副总裁何所说：“我们的关键比较优势在于对复杂性的管理。”

第二天，我和向导们参观了位于南部一两个小时车程的AP7项目，这是一个尚未完全竣工的设施。热带的阳光炙烤着大地，但公司代表们早已准备好了橙色的遮阳伞，每把伞上都印有专属的条形码。尽管工期略有延误——挖掘过程中出土了一些价值连城的新石器时代陶器，公司还必须为环颈雉建立一个保护区——但第一期工程仅用了18个月就从一片废弃的甘蔗地中拔地而起。一位名叫郑国豪（KH Cheng）的精干干练、直言不讳的31年资深副主任，带着一支精锐团队前来监督施工。

一名员工穿上兔子服进入ASML洁净室。照片由Aleksey Kondratyev为《纽约客》拍摄。

第二阶段将在四到六个月后上线。在装卸码头，卡车整齐地排列着货物，这条路线早在一年前就已规划好。程解释说，这些设备都配有供应商的代表，他们会留下来协助台积电的技术人员，直到他们完全掌握这些设备，甚至比制造商更了解它们。当我问他这种做法是否也适用于ASML的设备时，他叹了口气。“那些人一直都在这里，因为只有ASML的设计师才真正了解一切，”他说。他竖起食指：“唯一的例外！”业内各公司构成了一个连续体。正如蔡司和ASML之间的界限有时并不清晰一样，ASML和台积电之间的界限也十分模糊。这家芯片制造商与客户的关系同样错综复杂且十分敏感。程告诉我，两周前，他接待了苹果公司的代表。他说：“我尽量不向客户展示太多东西。我尽可能少地给他们看，因为他们总是想要更多的控制权。”

对台积电而言，一座新的晶圆厂不仅仅是一座耗资200亿美元的巨型无尘建筑，它更是延伸至时空的庞大网络中的一个节点。AP7的员工们在临时办公室里办公，并从临时7-11便利店购买零食。似乎更多的精力被投入到街对面的一项建设项目中：另一所科技园区高中，下一代将在这里接受教育，接过这一代人的接力棒。

2023年，乔·拜登总统在国情咨文中开篇便指出，美国的民族自豪感受到了损害。“这些芯片是在美国发明的，”他说，“我们失去了优势。”冰箱和轿车的价格也受到了损害。总统表示，解决办法是“确保美国的供应链始于美国”。《芯片与科学法案》拨款500亿美元，用于推动美国半导体产业的再工业化。其中第二大笔拨款给了台积电，用于在亚利桑那州建设卫星生产基地。

说起来容易做起来难。与台湾的同类工厂不同，台积电位于凤凰城的工厂耗时约四年才建成。审批和监管是常见的挑战，但真正拖慢台积电进度的似乎是它无法依赖积累的建设项目资源。新承包商首次与台积电合作时，通常会被分配相对简单的任务，例如公用设施建筑。承包商会根据一套标准化的标准进行评估，如果表现出色，就能晋升到下一个级别。资深副总监程先生告诉我：“我们不打赌，也不冒险。”

对于一家对所有员工都要求极高的公司来说，风险最大的部分是招聘。最初大约一半的员工是从台湾整体派遣过来的。在我访问期间，虽然没有人想公开批评我们美国同胞的才能，但很明显，他们对我们美国人的技能和职业道德有所怀疑。

我遇到了曾蕾妮（Renee Tseng），一位穿着休闲优雅牛仔服的年轻女子。她是第一批被派往亚利桑那州筹建运营的台湾员工之一。她在良率提升部门工作：晶圆在从流程的一个阶段流转到下一个阶段之前，会先经过电子显微镜扫描，并由人工智能模型进行评估，任何检测到的异常都会显示在她屏幕上供其评估。（该公司使用人工智能实际上意味着它需要以零售价回购芯片。）她没有接受过正规培训；大学时，她学习的是外语。但她从事这项工作已有十六年，这意味着她能立即区分不同工具造成的曲线划痕和星形划痕。她耸耸肩说，有些人没有这方面的天赋：“它们看起来都一样。”她接着说，其他人会学习这门技术，但这并不是可以明确教授的技能。与半导体制造的许多方面一样，其中也蕴含着一些只有加入经验丰富的从业者群体才能掌握的隐性知识。希望假以时日，她的美国同行们也能积累起相应的经验。

亚利桑那州工厂的另一个棘手之处在于它与当地供应商失去了联系。在我一次精彩的参观中，我看到员工们推着装有特殊减震器的手推车，这些减震器可以保护元件免受震动的影响。据杰克所知，这些减震器只有一家台湾公司生产，而且必须运到美国。凤凰城没有符合台积电标准的洁净室洗衣房，所以所有的防护服都得在沙漠中来回搬运。

美国试图在国内而非海外生产芯片，但问题在于，芯片实际上并非在某个特定的地方生产。一块芯片在交付给客户之前，可能要跨越七十多次国界。台积电的芯片生产始于硅晶圆，但硅晶圆的生产历史也十分悠久。尖端半导体级多晶硅必须提纯到“11个9”（99.999999999%），而只有少数几家专业公司——分别位于密歇根州、德国和日本——具备这样的能力。这些硅块在特制的坩埚中熔化，坩埚由世界上最纯净的石英制成，而这些石英几乎全部产自北卡罗来纳州山区的一个单一矿藏。这一过程最终生成完美结晶的硅锭，然后像切割易碎的金属香肠一样将其切成薄片，而这一过程主要由台湾的一家公司和日本的两家公司负责。这条产业链上的大部分环节都由垄断企业或双寡头企业控制。这并非市场操纵所致。而是因为每项事业都如此深奥、如此艰巨、如此至关重要，所以将所有可用的专业知识集中在一两个中心是合情合理的。

与公司本身同等重要的是它们之间的联系。二战末期，随着苏联红军逼近，盟军将蔡司——即使在当时，其镜头也具有重要的战略意义——从德国东部的历史总部迁至德国的另一端。单就这一点而言，将台积电的部分业务转移到凤凰城的想法也具有类似的意义。然而，从整体上看，孤立地看待芯片行业的任何一个节点都是不合理的。半导体供应链是一个拥有自身生态系统的庞大超级有机体，它不像植物那样可以随意换盆。

芯片是企业文化的产物——这种文化既存在于公司内部，也存在于公司之间——它鼓励员工超越个人视野。杰森·斯图尔特是一位在圣地亚哥工作的物理学家，他参与了ASML光源的研发工作。他告诉我，公司的“时间规划非常长远。我还算年轻，但我们谈论的是2050年，那些未来可能会在我退休之后才会发生的事情。”他接着说，ASML有很多员工的工龄长达数十年。有些人穿着同样的防护服，在同一个洁净室里，对着同一个小喷嘴工作了十五年。他回忆道：“有个人退休时说，‘好好照顾我的ASML’——不是‘ASML’，而是‘我的ASML’。”对于工程主管沙夫甘斯来说，即便如此也显得局限：“我很荣幸能成为整个产业链的一部分。”这听起来像是宣传册上的套话，但如果是这样，那也不是单个公司的自我推销，而是整个行业的整体形象。

当我与负责拜登政府芯片法案实施的主要团队成员迈克·施密特交谈时，我对在亚利桑那沙漠凭空创造出一个本土产业的想法表示怀疑。我提到当地缺乏洁净室洗衣设施，他说道：“我喜欢兔子服的这个比喻！这恰恰说明了生态系统的重要性，对吧？一方面，你必须去做，然后它就会自我强化。五年后，有人会在凤凰城靠洁净室洗衣生意赚得盆满钵满。”在亚利桑那州建一两家工厂并非美国的最终目标，而只是播下一颗种子。他希望，假以时日，这片沙漠终将繁荣起来。他说，这“是一个刻意为之的世代计划”。

欧洲不喜欢被夹在中间。最近，欧洲研究人员做了一个设想：五角大楼最终将失去对ASML机器的控制权视为“堪比核武器扩散的威胁”。华盛顿随后可能会试图强加一种联合治理结构，实际上将一家外国公司国有化。晚宴上，我问ASML副总裁本肖普，公司是否真的处于“咽喉要道”的位置。他说：“当我听到这个词的时候，我就想，我可不想被扼住喉咙。”

关于人工智能的种种自信预言层出不穷：它将治愈癌症；它将取代所有工作；它将改变战场格局；它将确保我们的政治霸权；它将开启一个超级富足的黄金时代；它甚至会导致我们的灭绝。这些预测的共同之处在于，它们都假设人工智能开发者将越来越容易获得性能越来越好的芯片。而这种机会可能会受到威胁。这本质上是一个地缘政治问题。此外，摩尔定律的失效也可能对人工智能的发展构成威胁。这同样可以被视为一个地缘政治问题。摩尔定律之所以能够延续至今，完全依赖于前所未有的国际合作。

当民选官员或评论员谈论芯片时，听起来就像在谈论石油或其他任何可以开采的战略资产。而当真正了解芯片的人谈论芯片时，听起来就像在谈论神圣的图腾。他们首先要强调的观点总是相同的；正如研究咨询公司SemiAnalysis的负责人迪伦·帕特尔（Dylan Patel）告诉我的那样：“人们最不理解的是，半导体是人类所从事的最复杂的工作。” 还没等人们有机会提出异议，他们就抛出第二个观点：每个人的直觉反应都是错误的。帕特尔继续说道：“火箭很简单。” NZS Capital的投资人布林顿·约翰斯（Brinton Johns）谈到芯片制造时说：“这要难得多。火箭的确是一项了不起的成就。我们没有衡量复杂性的标准，但火箭的复杂程度大概是五六级。” 他的投资伙伴乔恩·巴斯盖特（Jon Bathgate）补充道：“半导体的复杂程度是十一级。”

用ASML的EUV光刻机印刷的硅晶圆。照片由阿拉斯泰尔·菲利普·威珀为《纽约客》拍摄。

硅芯片的特写。照片由阿拉斯泰尔·菲利普·威珀为《纽约客》拍摄。

然而，我们却想当然地认为我们可以制造它们。我们不应该这样想。这一看似不可能的成功的关键因素并非实验室里的个人天才，也非董事会里的个人才能，而是规模空前的集体规划与协调。全球化在我们眼中已被玷污，仿佛它必然是一场零和博弈。而其唯利是图的形式——也是最常见的形式——确实造成了伤害。但全球半导体供应链展现了另一种路径。它将参与者团结起来，共同追求一项极其艰巨的目标，而如果没有洲际团结，这项目标根本无法实现。

摩尔定律最富精神内涵的版本预测，我们的能源将定期翻倍增长。但这个想法并非戈登·摩尔首创。早在1904年，亨利·亚当斯就提出了他所谓的“加速定律”。他注意到，自1840年以来，世界煤炭产量大约每十年翻一番。他设想，如果这一速度持续下去，到2000年，美国人将拥有“无限”的能源，并能“以前所未有的复杂思维进行思考”。他曾在巴黎世博会的大型机械展厅中深受启发，在那里，他感受到那些高耸入云的发明“如同早期基督徒感受到十字架一般，是一种道德力量”。正是这种虔诚支撑着建造沙特尔大教堂的几代人。他们以圣母之名所成就的，如今则以发电机之名所成就。但亚当斯所敬仰的对象，或许更应该被描述为敬仰的契机。他们让数量庞大、彼此大多互不相识的人们有理由合作完成一个他们可能无缘亲眼见证其完成的项目。

去年，我碰巧和一位荷兰考古学家迈克尔·库伊珀斯（Maikel Kuijpers）聊起了新石器时代的遗迹。他说，巨石阵经常被视为一个技术谜团。我们看着那些由远古人类从遥远遗址搬运而来的巨大石板，不禁会怀疑这些古人是否掌握了某种早已失传的先进技术——或许是外星人的馈赠。但库伊珀斯接着说，我们知道他们是如何建造的。这其中并没有什么谜团。他们尽可能地聚集了更多的人和牲畜，分发绳索，然后齐心协力地将这些巨大的石板从很远的地方拖了过来。这并没有减损他们的成就，反而使之更加令人叹为观止。