美國半導體十字路口：賓夕法尼亞在AI時代確保礦產資源的關鍵角色
人工智能數據中心是龐大的建築物，面積常超過百萬平方呎。微軟與OpenAI在威斯康辛州的聯合設施佔地120萬平方呎；Meta在路易斯安那州的項目超過400萬平方呎；谷歌則有兩個項目，分別為140萬及200萬平方呎。但真正重要的，是這些混凝土牆內的內容。一連串先進超級電腦填滿新建空間，配合複雜的冷卻系統、備用發電機、巨型電池及其他關鍵基礎設施，而所有系統的核心正是半導體。
鮮有人知道，賓夕法尼亞的利海谷（Lehigh Valley）曾是最早的「矽谷」。1951年，西電公司（Western Electric）位於阿倫鎮（Allentown）的工廠生產了首批量產的電晶體，為現代半導體奠定基礎。儘管貝爾實驗室（Bell Laboratories）在1947年於新澤西發明了第一枚電晶體，但其與西電合作推動大規模生產。利海谷憑藉其市場通路、鐵路、水路、頂尖大學及製造專業知識，成為這新興領域的領頭羊。
電晶體很快演變成現代半導體，推動微晶片數十年的創新。賓夕法尼亞及利海谷一直是這發展的核心，至今仍保有部分生產能力。然而，隨著美國國內產業向西擴展，受惠於廉價土地、良好營商環境、軍事開支及專注工程的學府如史丹福及加州大學柏克萊分校，產業重心逐漸轉移至加州，形成今日所知的矽谷。
到了1970年，美國佔全球半導體產量48%，矽谷主導全球研發、設計及製造。美國市場份額在1980年代初達到約55%的高峰。但1970年代末，日本政府認識到半導體的重要性，投資3億美元（約合今日18億美元）啟動公私合營，與六大電腦公司合作，開啟全球產業劇變。
至1989年，日本控制全球半導體市場51%，美國份額跌至35%。美國企業逐漸將製造外包至東亞，尋求低廉勞工及寬鬆規管，同時保留研發本土。隨著日本影響力減弱，台灣、南韓及後來的中國進一步侵蝕美國產能。1990年代至2000年代初，這趨勢加速。如今，美國僅佔約10%全球晶圓製造能力，而日本、中國、台灣和南韓合計生產超過75%。尤其令人擔憂的是中國的迅速崛起，從2005年全球產量7%攀升至2025年預測的25%。
中國半導體製造的快速增長並不意外。常用半導體原料包括矽、鍺、砷化鎵及磷化銦。2023年中國生產矽達660萬噸，遠超次大產國俄羅斯的62萬噸及巴西的39萬噸。美國甚至未進入全球前十大生產國。中國亦掌控全球超過60%的鍺、80%的砷化鎵及70%的磷化銦生產。無其他國家能與中國在這些關鍵礦產的產量抗衡，而這些礦物是現代半導體及微晶片製造不可或缺的原料。
一個數據中心項目需要數十萬顆先進微晶片，才能達到AI運算所需的龐大計算能力。只有少部分微晶片具備AI能力，成為未來投資的瓶頸。全球半導體及微晶片供應能否追上龐大需求？尤其美國因缺乏關鍵礦產開採及精煉，是否特別脆弱？
美國曾為此付出慘痛代價。2020至2022年間，汽車產量停滯，並非因鋼鐵、橡膠或勞工短缺，而是因半導體及相關進口不足。如今需求更快增長，賓夕法尼亞州參議員David McCormick近期宣布900億美元AI投資，推動對超級電腦、伺服器及儲存系統內礦產的前所未有需求。
開設新礦及加工設施費時且昂貴，特朗普政府承諾透過長期投資解決此挑戰。總統簽署多項行政命令推動「釋放美國能源」及「立即增加美國礦產生產」，並在2025年初宣布能源部新增10億美元補助，強化國家安全、能源獨立及產業競爭力。這些計劃為賓夕法尼亞提供補助、配套資金及其他支援，該州擁有豐富未充分利用的資源及成熟工業基礎，產業社群在領域中表現卓越。
賓夕法尼亞可成為美國確保關鍵礦產供應鏈的基石，憑藉其豐富資源和工業基礎，結合其在現代微晶片誕生史上的角色，呈現一個經典的「遠航與回歸」故事。其煤炭產業遺產提供勞動力及技術專長支持項目開發。原料潛力來自酸性礦山排水及煤礦廢料，為賓夕法尼亞成為試驗場提供誘因。匹茲堡大學研究顯示，美國約40%鋰需求可由馬塞勒斯頁岩鑽探廢水回收。然而，全球鋰精煉能力主要在海外，尤其中國，這是美國面臨的根本挑戰。
但聯邦政府的努力是否足夠？即使取得原礦，仍需精煉成可用形態，中國在此環節同樣主導。中國目前精煉全球83%銅、73%鋰、97%鈷、98%石墨及96%稀土元素（包括半導體所需關鍵原料）。2025年國際能源署報告指出，2024年12月中國限制向美出口砷化鎵、鍺及銻等半導體關鍵礦物，2025年初更擴大限制鎢、碲、鉍、銦、鉬及七種重稀土元素出口。
當務之急是啟動類似曼哈頓計劃的國家級行動，擴大美國及可信盟友的礦產開採及精煉能力，建立安全供應鏈及分銷網絡，支援半導體及微晶片生產。
人類所觸及的一切，均源自大地或採自地下。AI產生的資訊雖無形，但支撐它的機器卻非如此。每個元件都必須被開採、精煉及製造，方能完成現代任務。若未能確保關鍵礦產供應鏈及分銷網絡，我們可能只會見到百萬平方呎的倉庫裡空無一物。
評論與見解
這篇文章深刻揭示了美國半導體產業在全球供應鏈中面臨的關鍵挑戰，特別是礦產資源的依賴與脆弱性。賓夕法尼亞州作為美國半導體產業的歷史發源地，正迎來重塑其產業地位的機會，這不僅是經濟策略，更是國家安全的核心議題。文章強調，中國在礦產開採與精煉的壟斷地位，成為美國及其盟友必須突破的瓶頸。
值得注意的是，當前全球科技競爭已非單純的技術研發較量，更是原材料掌控權的爭奪。美國若不能在礦產開採與精煉技術上自給自足，將難以保障其半導體產業的長遠發展及國家安全。這提醒我們，未來的科技強國不僅要有創新能力，更要有完整且穩固的供應鏈生態。
此外，賓夕法尼亞利用煤礦廢料及酸性礦山排水回收鋰等關鍵礦物的創新方法，展現了環境修復與資源利用的雙贏策略，值得其他地區借鑒。這種結合環保與產業發展的模式，或可成為全球半導體供應鏈綠色轉型的重要方向。
最後，政府的政策推動與資金支持固然重要，但如何有效整合產業界、學術界及地方社區的力量，建立長期且可持續的礦產供應鏈，將是未來成功的關鍵。這需要跨部門協作與前瞻性規劃，才能真正避免倉庫空空、科技無源的危機。
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