一切皆为计算机：消费电子、“模块化中间层”，以及未来的生产模式

本文信息来源：a16z

史蒂夫·乔布斯曾著名地将 iPhone 推销为三项发明合而为一。事实上，它代表的是更加基础性的东西：第一台面向大众市场、将计算能力、电力、感知、连接性和软件整合到一个高度工程化的包装中的机器。

一旦这一蓝图出现，其他一切看起来都开始变得相同。你的笔记本电脑、智能电视、恒温器、门铃摄像头、冰箱、工业机器人、无人机：它们都遵循同样的基本食谱。即便是一辆电动汽车，当你揭开钣金外壳之后，也依赖同样的组成要素——电池、传感器、电机、计算能力和软件，只是换了一副不同的外壳。我们不再生活在彼此截然不同的技术范式之中，而是身处一个围绕单一理念不断变化的世界：智能手机，被无休止地里外翻转，并扩展到每一个领域。万物皆是智能手机。 万物皆是电脑 。

现代技术世界之所以在如此多方面汇聚到这种形态，背后存在着一种不可抗拒的进化逻辑。消费电子之所以独特，是因为它们建立在一个深度模块化的基础之上：系统可以被拆解并重新组合，以惊人的容易程度构成全新的产品。为工业机器人供能的同样的聚合物、二极管和电池单元，同样也非常适合用于笔记本电脑。能力集中在产品层面，但规模却在其下方更深处不断累积。

这正是为什么电工—工业供应链中的“模块化中层”最终决定了商业和地缘政治层面的成功。这一层使电子产品能够比任何其他类别的实体商品更快地被制造、定制和改进，同时借助庞大的消费级大宗商品市场，通过重新组合来创造新系统。正因如此，小米这样的公司才能从智能手机无缝延伸至电动汽车。对这一整合环节的掌控塑造了成本曲线，设定了性能上限，并决定了谁能够以规模化方式可靠地构建复杂产品。

掌握“模块化中段”能够在电子工业生产中带来决定性的优势——并由此对本世纪技术进步的节奏产生不成比例的影响。中国理解这一点，而美国在很大程度上并未理解。如果我们想要竞争，就必须填补这个“缺失的中段”。

电子工业的崛起

想一想，你的智能手机是由什么构成的。一块光滑的玻璃与金属板，内部塞满了纳米级晶体管、原子级传感器、能够像专业摄影机一样弯折光线的镜头，以及一种可以在不发生燃烧的情况下充电数千次的电源；所有这些部件彼此严丝合缝地协同工作，在热学和机械性能的极限下运行，并且与软件紧密集成，使这台超级计算机不仅异常强大，而且使用起来也既简单又充满乐趣。如此非凡的设备还能以消费者可承受的价格实现数十亿台出货，故障率几乎为零，在严格的年度重新设计周期中持续迭代，并且每一年都不断进行工艺改进。在人类历史上，从未有任何事物在规模化层面上要求如此高程度的集成，而满足这些要求，必须构建一个庞大的全球供应链，才能以前所未有的速度大规模生产极其复杂的系统。

是什么让这一非凡的流程不仅可行，而且能够以如此规律的节奏持续运转？ 规模。

消费电子的核心在于规模；而在规模化之下，即便最微小的改进也至关重要。当你出货数亿台设备时，成本、效率、体积或可靠性上的微小提升，都会直接叠加为更好的产品，并为下一轮迭代提供资金。在如此庞大且竞争激烈的市场中，企业不只是组装系统，而是会重新思考其内部的模块。

这里所说的模块，是指构成中间层的集成子系统，它们在低成本组件与高价值成品之间起到桥梁作用。在最底层，晶圆、箔材、聚合物等高度商品化的材料以极大规模生产，并被组合成标准化的基础元件：二极管、电极、绕组、镜头、无源器件。模块化的中间层将这些基础元件封装成功能性构建模块，屏蔽不必要的复杂性，使 OEM（原始设备制造商）能够高效地接入位于上游的成熟、高产量供应链。

考虑一些例子。高电压 SiC MOSFET 开关价格低廉，但将它们变成一个在热稳定性上可靠、并且能够管理汽车负载曲线的逆变器却充满挑战。无人机电机使用的是标准磁体和绕组，但要制造出一个密封、耐振动、并能在飞行中保持四轴飞行器稳定的单元，则是一门独立的工艺。电池的输入是高度商品化的化学品；难点在于将它们转化为高良率的电芯，并集成到紧凑且可靠的电池包中。上述每一个子系统，都是将充足、低成本的组件，转化为经过封装、验证和精细调校的形态，以服务于在残酷竞争的商业市场中角逐的特定终端产品。

将消费电子产业栈与传统汽车产业进行比较。早期的汽车制造商是垂直整合的——亨利·福特的 鲁日河 工厂就是经典范例，原材料从工厂一端进入，成品汽车从另一端驶出。但随着汽车变得愈发复杂，汽车公司逐渐演变为高层级的系统集成商，负责整合由成群结队的一线供应商设计和制造的定制化子系统。像 ZF、Bosch 和 Aisin（丰田）这样的公司逐步掌握了汽车的大部分架构，这也是为什么不同汽车制造商经常会共享相同的底层系统。例如，Mazda 和 Lotus 就使用 Toyota 的动力总成。

这是汽车行业追逐规模化的一次尝试：通过在不同品牌之间共享核心子系统来摊薄成本和复杂性。但即便在最佳状态下，这种模式也从未接近电子产业的规模动态。汽车子系统仍然几乎完全是为车辆而设计，并且高度针对特定平台或监管体系进行定制。其结果是在狭窄领域内实现规模，而非参与一个广泛的跨行业生态系统——规模是数十万级，而不是数亿级。随着时间推移，车辆中越来越多的部分被让渡给供应商；激励机制倾向于风险外包、监管锁定以及由供应商主导的定制化。汽车制造商保留了总装和品牌，但只是将由供应商定义的系统拼接在一起。最终形成的行业既无法掌控其核心技术，也未能捕获在其他领域涌现的成本—性能曲线及其外溢效应。

从最早的发展阶段起，消费电子生态系统就沿着截然不同的路径演进。与传统内燃机汽车不同，电动汽车在很大程度上依赖于与许多其他行业共享的组件和设备基础单元。消费电子正是建立在这种可广泛复用、并以超大规模生产的底层之上，同时各个模块又会根据最终产品的严苛需求进行定制设计。

最初，现成模块往往无法满足消费者需求。例如，当 Apple 推动 Sony 在相机方面取得突破时，现有的传感器并不达标。但在模块层之下，相同的设备基础单元已经在日益庞大的全球规模中被生产。电子 OEM 仍然掌控模块设计，并在模块化中间层供应商的帮助下，基于这些共享输入构建系统。由于这些输入被广泛应用于手机、笔记本电脑和工业设备，改进得以迅速扩散，从而降低成本、提升性能，其速度是汽车行业从未能够实现的。

当今许多最重要的技术，几乎是在无意之中，建立在那个模块化生态系统所奠定的基础之上。为手机完善的锂离子电池让电动汽车成为可能。最初用于屏幕旋转的 MEMS 加速度计，如今为无人机和机器人提供稳定性。智能手机摄像头成为自主系统的“眼睛”。Wi‑Fi 和 Bluetooth 芯片演化为连接性的骨干。移动级处理器如今被用于航天器，因为它们的性能超越了定制的航天硬件。当然，最初为电子游戏打造的 GPU，已经成为现代 AI 系统的引擎。

消费电子产品支撑着我们这个时代几乎所有最重要的技术。 而一切，毫无例外的一切，都建立在智能手机这一不可或缺的范式之上。电动汽车是一部装了轮子的智能手机。无人机是一部装了螺旋桨的智能手机。机器人是一部会移动的智能手机。当然，这些差异很重要，但这种家族相似性实在难以忽视。

这也解释了为什么如今如此多的电子公司——尤其是在中国——看起来同时在制造多种不同类型的产品。从外部看，这似乎是鲁莽的扩张；但从内部看，这只是直接的复用。产品在变化，组件却没有。一家在全球规模上生产智能手机的公司，已经掌握了电池、传感器、计算、热管理、无线协议栈以及大规模制造。要制造电动汽车，它所需要的也无非是在此基础上的少量扩展。

12 月，科技 YouTuber Marques Brownlee 展示了一款全新的中国电动汽车。这是一辆售价 4 万美元的电动轿车，性能和精致度堪比保时捷。真正令人瞩目的并不是一家中国公司造出了一款出色的电动汽车，而是这家公司竟然是智能手机厂商小米。这样的产业“跨界”在中国十分常见。作为全球电池领域的领导者，比亚迪不仅造汽车，还造公交车、船舶和火车。DJI 生产无人机，同时也制造相机、无线电设备和机器人硬件。甚至连中国的吸尘器公司 Dreame 也刚刚 发布了一款电动超级跑车。这些公司并非传统意义上的“多元化”。相反，它们是在加倍投入。它们不断将同一套 电气—工业技术栈 ——电池、电力电子、马达、计算单元和传感器——重新组合成新的形态。

同样的模式在整个亚洲都清晰可见。一家公司只要在消费电子的某个细分领域表现卓越，几乎就有能力在其他所有领域同样出类拔萃。索尼生产游戏主机、传感器、相机、智能手机和机器人。松下制造相机、电池、航空电子设备、电动汽车组件和家用电器。三星生产智能手机、存储器、显示器、家电以及工业设备。LG 开发显示面板、电池、HVAC 系统、家电和机器人。这些公司不断将同一套底层能力重新组合，塑造成不同的物理形态。 它们的优势并不在于为广而广，而在于对一种单一的机电工业生产模型的深度掌握，这种模型几乎可以被无限次地应用。

国防电工产业基础

这让我们回到了美国。

认为美国“失去了制造业”是一种迷思，仿佛我们把工业部门弄丢了，或是把它拿去赌博了。事实上，我们是有意识地决定不再做一个制造产品的国家。我们告诉自己，真正的价值在于设计和知识产权，而制造这一物理过程是低价值的工作，可以交给其他人来做。模块及其组件是原材料，而我们是指挥成群流水线厨师的主厨。只要负责设计最终系统，美国公司又何必在意电池、电机、显示器或电力电子来自哪里呢？

但这种逻辑忽视了一个残酷的现实：如果一个国家在供应链中提供了所有关键模块，那么这个国家自行组装最终产品并不困难。而这种动态在消费电子领域体现得尤为明显。

在现代消费市场中，微小的错误都是灾难性的。生产流程中哪怕一点点能够挤出来的改进都至关重要，而良率、成本和可靠性的每一个百分点都事关生存本身。实现这些目标需要在材料科学、热管理、EMI 行为以及可制造性等方面取得真正的技术突破。从数学的语言来看，这个优化问题是非凸的： 存在无数个局部最优解和错误起点，只有通过不断地构建、学习、迭代，再次构建，才能逐一攻克 。这种持续的压力将制造与研究熔合为一个统一的引擎，形成一种会随时间不断复利增长的工业能力。

Apple 很早就明白了这一点 。他们向中国投入了数十亿美元，培训工厂、资助工装、构建新的工艺能力，并在每一家供应商内部有效地打造了一个分布式的应用研究生态系统。最初旨在降低 iPhone 成本和缺陷的努力，最终演变成了史上要求最严苛的生产工程挑战之一。而这一挑战被出色地解决了——但却是在他国的土地上。

Tesla 将同样的工业引擎推向了一个全新的领域。2018 年，当 Tesla 承诺投资上海时， 李强 ——当时是这座城市的最高官员、如今是中国的第二号领导人——亲自清除障碍，协调国家与地方层面的激励机制，并在 不到 一年的时间里帮助建成了一座世界级工厂，如今该工厂 生产 了 Tesla 一半的车辆。这样的交换重塑了双方：Tesla 获得了速度、成本纪律以及巨大的市场准入；中国则吸收了 Tesla 的生产理念，并推动其供应商实现能力跃升。像 CATL、力劲集团（LK Group）以及更广泛的本地企业群体，都在满足 Tesla 对质量、速度和规模的严苛标准过程中打磨了自身能力。一个曾经只是“快速追随者”的生态系统，很快便成为全球 领跑者 ——不仅在电动车领域，而且贯穿 整个机电工业体系 的每一个节点。

其战略后果极其深远。 曾经，创新从国防和汽车企业流向消费市场；而如今，这一流向已经完全逆转。 未来的竞争不再只是钢铁冲压，而是围绕无人机、频谱战、电源管理、具备韧性的通信以及加固计算展开——这些系统正是由深圳工厂中被打磨成熟的模块与工艺构建，而非底特律。

迟暮的航空航天共和国

美国常被称为“航空航天共和国”，因为这一领域依然是其具有明确主导地位的版图。该行业受 ITAR 保护，而且不同于电动车或无人机，航空航天仍然依赖高功率涡轮机械，无法轻易被接入全球电子供应链的电气系统所取代。我们在热力学方面仍是世界最强；事实上，能够建造核反应堆的国家数量，比能够制造顶级燃气轮机的国家还要多。

但这一护城河正在收缩 。航空航天和国防平台正迅速走向电气化和软件定义化。航电系统、电力分配、电机控制器以及自主能力，如今与机体或燃烧器同等重要。

一切可以电气化的事物都会被电气化，因为电气系统是代码的原生载体 。电力电子成为传输系统，电机成为引擎，而软件成为差异化的关键。在陆地、海洋和空中，出行方式正在转向电池电动以及混合架构 。火箭是唯一的例外——在推重比方面，化学推进仍占主导——但即便如此，这些系统也在日益电气化。Starship 搭载了数百千瓦的电力电子设备，以及你在 Model 3 或 Powerwall 中能看到的同款 Tesla 电池。火箭方程仍然是化学的；而围绕它的一切都变成了电的。

定义了我们相当一部分国防实力的航空航天护城河，远没有表面看起来那么稳固。诚然，美国在涡轮机械方面仍然领先；但几乎其他一切都已被外包到海外。

唯一的重大例外是 Elon Musk。Tesla 和 SpaceX 已在美国制造了数千万台设备，而一辆 Model 3 与其说更像一辆传统汽车，不如说与一颗 Starlink 卫星有更多共同点：高度集成的电子系统、高密度电力系统、激进的热管理、OTA 更新，以及为持续迭代而打造的工厂。这正是当前正在亚洲各地被执行的同一套消费电子打法。

然而，马斯克成功的教训并不是盲目的垂直整合。SpaceX 只会将市场无法交付的部分纳入内部。他们构建发动机、储箱和定制航电系统，是因为没有任何供应商能够满足他们的进度要求。但与此同时，他们也与 STMicro 合作提供电源 IC，与 Samsung 合作提供调制解调器，与 Xilinx 合作提供 FPGA。甚至 Starship 也依赖于通过特斯拉与松下长期 合作伙伴关系 构建的那些电池。

真正的差异在于，SpaceX 完全拥有子系统设计，并且可以可信地威胁将任何不符合其标准的部件收回内部生产；他们也在早期通过将发动机和结构的生产内部化，证明了这一威胁的可信性。由于规模和能力的优势，电子领域坚持得更久一些，但随着迭代加快、规格收紧以及产量增长，这一优势也在缩小——这正是为什么 SpaceX 现在运营着全国最大的 PCB 工厂，并且正在积极投资先进的芯片封装技术。

马斯克真正的洞见在于，汽车和航天器应该像智能手机一样被制造——先设计生产系统，再让每一个子系统都围绕可制造性和集成进行塑造，并在物理定律允许的范围内，尽可能长期地依赖现有的高产量供应链和持续不断的流程改进。马斯克的公司看起来彼此无关，但它们共同构成了一个基于统一生产模式的、电—工业一体化的企业集团，其他公司若想生存，就必须效仿这一模式。

走向卓越但乏味的弧线

当一项技术成为消费电子产品时，它都会遵循同样的轨迹：最初是脆弱的奇迹；接着是有趣而新颖的产品；最终变成乏味的商品。汽车实现自动驾驶，无人机变得可消耗，机器人走出实验室，相机被压缩进芯片之中。规模化解锁了民主化：大规模制造降低价格、简化使用，并将先进能力传播给地球上的每一个人。你、你的朋友、拉各斯的一位店主，以及美国总统，都携带着同样的智能手机。

这是一次前所未有的全球性成功，但如果放任不管，也会造成国家安全层面的脆弱性。对国防至关重要的能力，如今正源自于推动消费电子发展的同一套工艺改进。掌握这些工艺的国家，将获得塑造未来战略性产业所需的关键能力。

如今，美国缺乏能够将电子产业生态系统整合在一起的、真正有分量的模块化中间层公司。像 Elon Musk 这样的杰出人物，依靠积极接入全球供应链，并随着时间推移将关键模块逐步收回到内部，得以在这种环境下取得成功。但这并不是一种可以在未来世界中复制的战略。我们不能将国家层面的成功寄托在再找到一百个能够把垂直整合做到一颗螺丝的 Elon 身上。如果我们希望“美国制造”成为默认选择——快速、有竞争力且值得信赖——就必须重建这一缺失的层级。 夺回我们的电—工业未来，始于构建美国的模块化中间层 。

关键在于，目标并不是像 BYD 或 SpaceX 那样进行深度纵向一体化。即便是最优秀的公司，也不会——也不应该——所有东西都自己造。胜者掌控系统架构，与规模化的供应商共同设计关键模块，将差异化集中在真正重要的地方：集成、软件以及客户。当供应商能够根据一份规格说明——电力系统、电机驱动器、飞控、热管理组件——利用熟悉的零部件和工艺快速爬坡量产时，开发就会变得快速、低成本且可重复。 目标是让你的产品供应链尽可能锚定在更多体量巨大的市场中 。这正是值得打造的电工—工业模式：架构师定义系统，上游企业以规模化方式提供低成本组件，而集成将它们转化为具备全球竞争力的产品。不是全部集中在单一公司内部，而是分布在一个生态系统之中——就在美国本土。这正是美国实现低成本电动车、规模化生产的卫星以及消费级机器人的路径。

解决方案必须从公司成立的最早阶段就开始。美国初创公司在产品愿景上处于领先地位，但往往难以找到愿意与其共同进行原型开发、快速迭代并随需求扩展规模的供应商。缺乏一个运作良好的中间层，这些公司被迫过早进行垂直整合，仅仅为了让产品顺利出货，就牺牲了其速度和专注力这两项核心优势。

同样的差距也推动了成熟的美国电子产业大量转向海外 ODM——即原始设计制造商，例如 Foxconn 和 Quanta，它们既负责产品设计也负责产品制造，而美国合作伙伴则专注于品牌和分销。HP、Dell、Lenovo、Amazon 以及大多数家电制造商如今都高度依赖这种模式。介于 ODM 与垂直整合之间的是混合型 JDM 模式——联合设计制造（joint design manufacturing）——即 OEM 与供应商从一开始就共同设计模块，例如 Apple 与 Sony 在光学领域的合作，或 Tesla 与 Panasonic 在电芯方面的合作。如今，无论是 ODM 还是 JDM 模式，都依赖一个深厚且能力完备的生态系统，而美国恰恰并不具备这样的生态。

当企业被迫走向纵向整合或在高风险的海外供应商上押注时，这往往是市场失灵的信号。健康的工业基础依赖于多元化的供应商，这些供应商能够快速适应顾客需求，并按需扩展产能。Diode 等公司暗示了 PCB 领域的潜力，但美国需要在整个电气—工业技术栈的各个环节拥有规模大得多的关键供应商储备——包括传感器、电机、电池、计算、功率电子等，乃至更多领域。

我们有充分的理由保持乐观。美国在产品和模块设计方面处于领先地位，而我们所需的上游材料和设备基础元件在很大程度上正变得越来越可获得 。我们还拥有全球最深厚、要求最高的消费市场，以及最有能力服务这些市场的品牌。从纸面上看，这应当使美国处于有利地位。但在实践中，弥合生产差距将需要进行一次重大且持久的转变，以支持一个如今涵盖消费产品、工业系统和国防应用的电子产业生态系统。

我们也许永远无法匹敌深圳那种低成本供应商的极端密集度。但软件可以帮助我们将高度自动化的工厂编织成一个分布式制造网络——不仅用于将大规模生产回流本土，更能持续降低新产品迭代的边际成本。若缺乏这一点，国内制造业将愈发静态、定制化且成本高昂，而外国竞争对手则会通过更快的迭代不断累积优势。与此同时，我们必须警惕宽松的补贴政策，因为它们只会巩固既有企业或抑制竞争；以“存在”为奖励而非以世界级表现为导向的产业政策，将催生行动迟缓的企业，使其在亚洲市场高度竞争的动态中变得脆弱。最后，我们应当有意识地邀请企业在此构建其生产生态系统以供学习。将数十年前外包出去的能力重新带回本土的美国企业，与仅仅扩展自身能力版图的外国企业，并不相同。

美国以我们口袋里的智能手机开启了这场竞赛。我们构建了消费电子革命的蓝图；他人将其规模化。第十亿个产品总是比第一个更好、更便宜。接下来的十年将决定我们的生态系统究竟只是建筑师，还是能成为构建者。这取决于我们能否重塑被我们遗落的工业层。我们不会通过对过去工厂的怀旧来实现这一点，而是通过掌握未来的生产模式。美国发明了智能手机。现在，我们需要学会它带来的教训：未来属于能够将其构建出来的人。