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芯片是人类大批量制造的最复杂的东西，没有哪个国家能独自造出一颗。沿着生产线从沙子走到封装，每一步都有它的主人：一款美国设计工具，一台荷兰机器，一种日本化学品，一座台湾晶圆厂，一间中国测试车间。再看看谁在争夺更多的环节，以及让这一切保持灯火通明要付出什么代价。
沿线走一遍
第 00 步 · 对象
一颗尖端处理器是一小片硅，上面有数百亿个开关，每一个都在单个原子都举足轻重的尺度上制造。一片晶圆要经过多达1400道工序，在晶圆厂里待大约十二周，最先进的工艺则要十四到二十周。
没有哪个国家包揽所有这些工序。每一道都有它的主人，每一道也都是别人有所依赖的地方。沿着生产线走一遍，把它们找出来。
多达1400道工序 · 在晶圆厂约12周
来源： SIA — Chipmakers are ramping up production. Here’s why that takes time
第 01 步 · 设计
在碰到任何硅之前，芯片先要画出来：数十亿个晶体管由电子设计自动化（EDA）软件排布，并用授权的核心IP模块拼装而成。图纸要检查、仿真、再检查，因为制造之后才发现的错误要花掉几个月。
这是生产线上最集中、也最不显眼的一步。地球上几乎每一颗先进芯片，都是用少数几家美国公司的工具设计的。
美国企业：占EDA和核心IP增加值的68%（2022年）
来源： SIA & BCG — Emerging Resilience in the Semiconductor Supply Chain (May 2024)
第 02 步 · 硅
它真的始于石英。二氧化硅在电弧炉中与碳一起加热，交出氧，留下纯度约98%的冶金级硅——对芯片来说，这简直是污物。
把它提纯为电子级多晶硅，纯度要达到九个九甚至更高：十亿个原子里杂散的不到一个。
第 03 步 · 晶体
光纯还不够，还得有序。把一颗籽晶浸入熔融的硅，一边让两者旋转一边缓缓向上提拉，熔体便凝固在籽晶上，与它的晶格完全对齐。
出来的是一整块毫无断裂的单晶，即晶锭，内部任何地方都没有晶界。这就是直拉法（Czochralski 法），自1916年以来原理上几乎没变。
第 04 步 · 晶圆
线锯把晶锭切成直径300毫米、厚四分之三毫米的圆片。它们经过研磨、蚀刻和抛光，直到整片表面的平整度达到纳米级。
很少有人听说过做这件事的公司，而整个行业都站在它们身上。
领先者：信越化学和胜高（日本），其次是环球晶圆（台湾）
来源： Mark LaPedus — Silicon wafer biz to recover after downturn in ’24
第 05 步 · 沉积
从这里开始，工作交替进行：加上，再去掉。沉积用气体在晶圆上生长出绝缘体和金属的薄膜。原子层沉积每个周期只长一个原子层，正如听上去那样慢，也正如所需要的那样精确。
做这一步的机器，以及几乎所有其他步骤的机器，都出自寥寥几家美国、日本和欧洲企业。
按增加值计的设备制造商：美国47% · 日本26% · 欧盟18%
来源： SIA & BCG — Emerging Resilience in the Semiconductor Supply Chain (May 2024)
第 06 步 · 光刻胶
晶圆以每分钟数千转的速度旋转，光刻胶滴在中心，旋转把它甩成厚度均匀的薄膜。光照到的地方，它的化学性质就会翻转。制造图案的全部诀窍就在于此。
这也是光刻车间用黄光照明的原因：光刻胶对长波长视而不见，却会被短波长毁掉。
先进光刻胶绝大多数来自日本厂商
第 07 步 · 光刻
直径约25微米的熔融锡滴以每秒70米的速度离开发生器。一束低强度激光脉冲把每一滴压成薄饼，一束更强的脉冲再把它汽化成等离子体，发出13.5纳米的光，即极紫外光。这个过程每秒发生五万次。
反射镜收集这些光，让它从带图案的掩模版上反射，再把图像缩小投到晶圆上。做这件事的机器有一辆公共汽车那么大，而世界上每一台都由荷兰的 ASML 制造。
2025年售出48台EUV系统 · High-NA 每台约3.5亿欧元
来源： ASML — Lithography principles: light and lasers; eeNews Europe — ASML reports €32.7bn sales for 2025; heise — Record orders for ASML (2025 results)
第 08 步 · 刻蚀
现在图案变成了实物。由活性离子组成的等离子体轰击晶圆，蚀去光刻胶留下的一切裸露之处。离子笔直向下飞来，所以刻出的沟槽侧壁垂直，而不是液体会留下的圆碗形。
沉积、图形化、刻蚀，如此反复几十次，每一轮都给一个只有电子显微镜才看得见的结构再加一层楼。
第 09 步 · 掺杂
纯硅几乎不导电。要做晶体管，就得故意污染它：硼、磷或砷的离子被加速，再按质量过滤，只让目标离子通过，然后射入晶体。
随后一次短暂而剧烈的退火修复损伤，把掺杂原子固定在位。
第 10 步 · 布线
晶体管做好了，现在要把它们连起来。在绝缘体中刻出沟槽，填入铜并抛平，然后在上面做下一层，通过通孔与下层相连。
一颗现代逻辑芯片有十几层甚至更多这样的布线。把它的导线展开，长达数公里。
第 11 步 · 测试与封装
探针落在每一颗裸片上，就地测试。晶圆被切割，次品被剔除，合格的被封装。越来越常见的做法是把几颗芯片和一座座存储器塔堆叠成一个模块，AI 加速器就是这样造的。
地图在这一步发生了变化。组装、测试和封装主要集中在中国大陆、台湾和东南亚。
组装与测试产能：中国30% · 台湾28% · 世界其他地区20%
来源： SIA & BCG — Emerging Resilience in the Semiconductor Supply Chain (May 2024)
第 12 步 · 电力
在这一切背后嗡嗡作响的，是没人拍照的部分：泵、冷水机、把整个洁净室的空气一遍遍换掉的空气处理机组、超纯水厂，以及一台接一台昼夜不停耗电的设备。一座尖端晶圆厂用起电来像一座城市。
2024年，仅台积电一家就用了255.5亿千瓦时电。2020年它占台湾用电量约6%，此后一直在上升。它现在正把 EUV 设备的峰值功耗削减多达44%，因为这条生产线上的每一千瓦，电网都得去找来。
台积电2024年：用电255.5亿千瓦时
来源： TechSpot — TSMC slashes EUV power use nearly in half (Oct 2025); IEEE Spectrum — TSMC’s energy demand drives Taiwan’s geopolitical future (Sep 2024)
竞赛
这条生产线之所以是全球性的，是因为没有谁负担得起独自建起整条线。这场竞赛就是要改变这一点，至少不做那个可以被人卡脖子的国家。美国根据《芯片法案》拨款520亿美元，其中390亿美元是用于制造业的补助和贷款。欧盟的《芯片法案》承诺到2030年带动430亿欧元的政策驱动投资。中国于2024年5月注册成立国家集成电路产业投资基金三期，注册资本3440亿元人民币。
竞赛现状如下。
来源： SIA & BCG — Emerging Resilience in the Semiconductor Supply Chain (May 2024); European Commission — European Chips Act; Business Standard (Reuters) — China sets up third fund with $47.5 bn to boost semiconductor industry (May 2024)
图表 01 · 谁掌握哪一步
横着读一行，看谁掌握生产线的某一步。没有哪个地区领先超过寥寥几行，而它领先的那几行，很少是它所依赖的那几行。
设计、EDA、设备和材料按公司总部所在地计算；晶圆制造和组装按工厂所在地计算。空白单元格表示低于1%或来源中未列出。“权重”是各环节占全行业增加值的份额。
来源： SIA & BCG, Emerging Resilience in the Semiconductor Supply Chain (2024), Exhibit 2
| 环节（权重） | 美国 | 欧盟 | 日本 | 韩国 | 台湾 | 中国 | 世界其他地区 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EDA与核心IP (3%) | 68 | 25 | – | – | 3 | – | 3 |
| 逻辑芯片设计 (30%) | 65 | 9 | 4 | 3 | 11 | 5 | 4 |
| 模拟与分立器件设计 (17%) | 41 | 17 | 18 | 4 | 5 | 9 | 6 |
| 存储芯片设计 (9%) | 25 | – | 7 | 60 | 4 | 3 | – |
| 制造设备 (12%) | 47 | 18 | 26 | 3 | – | 3 | 2 |
| 材料 (5%) | 9 | 6 | 12 | 18 | 28 | 18 | 10 |
| 晶圆制造 (19%) | 10 | 8 | 17 | 17 | 18 | 24 | 7 |
| 组装、测试与封装 (6%) | 3 | 3 | 6 | 9 | 28 | 30 | 20 |
| 整个价值链 (100%) | 38 | 11 | 12 | 12 | 11 | 11 | 5 |
图表 02 · 尖端工艺在哪里
2022年，所有以10纳米以下工艺制造的芯片都出自台湾或韩国。预计补贴和新建晶圆厂将在未来十年把尖端产能分散开来，但预计不会把其中的大部分搬走。
按晶圆厂所在地计算的已装机产能；统计月投片5000片以上、晶圆尺寸200毫米及以上的晶圆厂，不含研发厂。来源中欧洲没有DRAM产能。2032年为BCG的预测。由于四舍五入，各行合计可能不等于100。
来源： SIA & BCG, Emerging Resilience in the Semiconductor Supply Chain (2024), Exhibit 6
| 技术 | 地区 | 2022 | 2032（预测） |
|---|---|---|---|
| 逻辑 <10纳米 | 美国 | 0% | 28% |
| 欧盟 | 0% | 6% | |
| 日本 | 0% | 5% | |
| 韩国 | 31% | 9% | |
| 台湾 | 69% | 47% | |
| 中国 | 0% | 2% | |
| 世界其他地区 | 0% | 3% | |
| 逻辑 10–22纳米 | 美国 | 28% | 20% |
| 欧盟 | 13% | 14% | |
| 日本 | 0% | 6% | |
| 韩国 | 4% | 6% | |
| 台湾 | 40% | 29% | |
| 中国 | 6% | 19% | |
| 世界其他地区 | 8% | 6% | |
| 逻辑 28纳米及以上 | 美国 | 8% | 10% |
| 欧盟 | 4% | 3% | |
| 日本 | 10% | 10% | |
| 韩国 | 5% | 5% | |
| 台湾 | 30% | 25% | |
| 中国 | 33% | 37% | |
| 世界其他地区 | 9% | 9% | |
| DRAM | 美国 | 3% | 9% |
| 欧盟 | 0% | 0% | |
| 日本 | 7% | 4% | |
| 韩国 | 52% | 57% | |
| 台湾 | 20% | 17% | |
| 中国 | 18% | 13% | |
| 世界其他地区 | 0% | 0% | |
| NAND | 美国 | 3% | 2% |
| 欧盟 | 0% | 0% | |
| 日本 | 30% | 32% | |
| 韩国 | 30% | 42% | |
| 台湾 | 4% | 3% | |
| 中国 | 26% | 17% | |
| 世界其他地区 | 7% | 5% | |
| 全部产能 | 美国 | 10% | 14% |
| 欧盟 | 8% | 8% | |
| 日本 | 17% | 15% | |
| 韩国 | 17% | 19% | |
| 台湾 | 18% | 17% | |
| 中国 | 24% | 21% | |
| 世界其他地区 | 7% | 5% |
图表 03 · 排行榜
大多数芯片公司没有工厂。它们向代工厂购买产能，而2026年第二季度，这门生意近四分之三归了一家公司。
“其他所有厂商”是补足100%的余数，包括华虹、高塔半导体、世界先进、晶合集成和力积电，即前十名中的其余几家。台积电当季营收约402亿美元。
来源： TrendForce — 2Q26 global foundry revenue ranking (9 Sep 2026)
| 代工厂 | 所在地 | 份额 |
|---|---|---|
| 台积电 | 台湾 | 72.5% |
| 三星晶圆代工 | 韩国 | 5.9% |
| 中芯国际 | 中国 | 5.4% |
| 联电 | 台湾 | 3.9% |
| 格芯 | 美国 | 3.2% |
| 其他所有厂商 | – | 9.1% |
图表 04 · 那一台机器
每一颗尖端芯片都要从这样一台机器下经过，而每一台都来自同一家公司。中国一台也没有拿到：荷兰政府没有批准向中国出口。
ASML 在当年确认销售收入的系统数（2019年为出货数）。2025年包括 High-NA 系统。
来源： ASML annual report 2021 (Form 20-F); ASML annual report 2023; heise — ASML posts record figures (2024 results); eeNews Europe — ASML reports €32.7bn sales for 2025; heise — Record orders for ASML (2025 results); ASML — Lithography principles: light and lasers
| 年份 | EUV 系统 |
|---|---|
| 2019 | 26 |
| 2020 | 31 |
| 2021 | 42 |
| 2022 | 40 |
| 2023 | 53 |
| 2024 | 44 |
| 2025 | 48 |
图表 05 · 电费账单
芯片要付两次电费：一次在晶圆厂，此后运行的每一秒还要再付。两张账单的增长都快于为之买单的电网。
两个刻度不同：右侧图表大约大25倍。2030年数值为预测（芯片制造来自绿色和平东亚分部，数据中心来自国际能源署的基准情景）；按国际能源署的算法，945太瓦时略多于日本目前的用电量。
来源： Greenpeace East Asia — Chipping Point (April 2025), via Malay Mail; IEA — Energy and AI, executive summary (2025); TechSpot — TSMC slashes EUV power use nearly in half (Oct 2025)
| 系列 | 年份 | 太瓦时 |
|---|---|---|
| 制造 AI 芯片 | 2023 | 0.218 |
| 制造 AI 芯片 | 2024 | 0.984 |
| 制造 AI 芯片 | 2030（预测） | 37.238 |
| 台积电全公司，2024年 | 2024 | 25.55 |
| 运行数据中心 | 2024 | 415 |
| 运行数据中心 | 2030（预测） | 945 |
图表 06 · 2纳米之争
如今三家公司能量产2纳米级芯片，第四家已有原型。中国最好的芯片在不用EUV的情况下制造，落后一到两代，成本无人公布。
节点名称是营销用语，而非测量值：“2纳米”晶体管没有任何一个尺寸是2纳米长，一家公司的节点也不等同于另一家的。中芯国际的日期是外部分析人员发现这些芯片的时间，而非官方公告。
来源： TSMC — 3nm volume production ceremony (29 Dec 2022); eeNews Europe — TSMC ramps 2nm volume production; Samsung — Samsung begins chip production using 3nm process technology with GAA architecture (2022); SamMobile — Exynos 2600 chip a done deal for Galaxy S26; Intel — Intel unveils Panther Lake architecture: first AI PC platform built on 18A (Oct 2025); TechInsights — SMIC 7nm (N+2) in the Huawei Mate 60 Pro; TechInsights — SMIC N+3 confirmed: Kirin 9030 analysis; electronicsforu — Rapidus enters elite semiconductor league with 2nm prototype
| 公司 | 节点 | 里程碑 |
|---|---|---|
| 台积电 (台湾) | 3纳米 | N3 量产，2022年12月29日 |
| 2纳米 | N2 量产，2025年第四季度（首个 GAA 纳米片节点） | |
| 三星 (韩国) | 3纳米 | 3纳米 GAA 初步投产，2022年6月30日 |
| 2纳米 | SF2 量产 Exynos 2600，2025年底 | |
| 英特尔 (美国) | 18A | 18A 在亚利桑那州 Fab 52 大规模量产（Panther Lake），2025年第四季度 |
| 中芯国际 (中国) | 7纳米级 | 在华为麒麟9000S（Mate 60 Pro）中发现 N+2，2023年9月——未使用EUV |
| “5纳米级” | 在麒麟9030中发现 N+3，2025年12月——密度仍远低于台积电或三星的5纳米 | |
| Rapidus (日本) | 2纳米 | 首个2纳米 GAA 原型，2025年7月18日 |
| 2纳米 | 量产目标，2027年 |
