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芯片70年: 21世紀(jì)的人類巴別塔
鄭欒 2020-12-15 14:17:05
摘要: 錢學(xué)森晚年曾經(jīng)感慨:“(20世紀(jì))60年代我們?nèi)ν度雰蓮椧恍?,我們得到很多?0年代我們沒有搞半導(dǎo)體,我們?yōu)榇耸ズ芏?。?/div>

人類能造出巴別塔嗎?

《圣經(jīng)·舊約》中載,人類在古巴比倫附近聯(lián)合修建一座能通往天堂的高塔。為了阻止人類的計(jì)劃,上帝讓人類說不同的語言,使人類不能相互溝通,巴別塔因此失敗。

流傳這個(gè)故事的前人們也許不會(huì)想到,千百年后,人類仍然在追求著聚沙成塔。只不過,那座塔不再是高聳入云,而是比塵埃更小,比發(fā)絲更細(xì)。

現(xiàn)在的人們,稱之為“芯片”。

風(fēng)投之父與“八叛逆”

普遍的語境中,當(dāng)我們說到“芯片”時(shí),往往指的是封裝完成的集成電路。而集成電路中,最重要的組成部分是晶體管。

簡(jiǎn)單來說,晶體管就是一個(gè)微型開關(guān)。晶體管的開關(guān)兩種狀態(tài),對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制中的1和0,這就是計(jì)算機(jī)工作的原理。

1947年12月,當(dāng)威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓研制出第一個(gè)晶體管后,人類就踏上了不斷追求更精細(xì)、更微小的征程。因?yàn)?,在相同體積里,集成越多的晶體管,就具有越高的運(yùn)算能力。

1955,肖克利在他的故鄉(xiāng)美國(guó)加州的圣克拉拉縣創(chuàng)辦了肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室。一批在半導(dǎo)體領(lǐng)域頗有建樹的青年才俊前來投奔。

肖克利雖然是一位天才科學(xué)家,卻不擅長(zhǎng)管理公司。一位硅谷經(jīng)理人員說他是“一位天才,又是一個(gè)十足的廢物”。那些才華橫溢的工程師無法容忍,他們開始謀劃剝奪肖克利的管理權(quán),但沒有成功。

到了1957年,戈登·摩爾等7位工程師準(zhǔn)備自立門戶。他們派出了一個(gè)代表,說服實(shí)驗(yàn)室最具領(lǐng)導(dǎo)能力的諾伊斯加入。

這8位年輕人便是日后名震硅谷的“八叛逆”。他們分別是:羅伯特·諾依斯、戈登·摩爾、朱利亞斯·布蘭克、尤金·克萊爾、金·赫爾尼、杰·拉斯特、謝爾頓·羅伯茨和維克多·格里尼克。

在一位叫阿瑟·洛克的銀行家牽線之下,“八叛逆”找到了投資人,成立了一家半導(dǎo)體公司。公司以大股東費(fèi)爾柴爾德家族命名,它更為人熟知的名字是意譯過來的“仙童半導(dǎo)體”。

1957年9月18日,8位工程師同時(shí)向肖克利提出辭職。惱羞成怒的肖克利痛斥他們“忘恩負(fù)義”,并稱他們?yōu)?ldquo;traitorous eight”,這便是“八叛逆”的由來。

而慧眼識(shí)珠的阿瑟·洛克,日后則成為了硅谷風(fēng)投教父,英特爾和蘋果都是他投出的杰作。

深刻影響硅谷和美國(guó)的仙童半導(dǎo)體,就此誕生。

飄揚(yáng)的蒲公英

半導(dǎo)體很快進(jìn)入了集成電路時(shí)代。

1958年,德州儀器的杰克·基爾比用鍺材料制造了第一塊混合集成電路。第二年,諾伊斯也制造出基于硅材料的集成電路。集成電路的出現(xiàn),意味著計(jì)算機(jī)體積的縮小和制造成本的降低,并且便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),這是人類進(jìn)入信息時(shí)代的第一束光。

截至1966年,德州儀器和仙童半導(dǎo)體成為美國(guó)最大的兩家半導(dǎo)體公司,仙童的“八叛逆”取得了預(yù)想中的成功。

但仙童的鼎盛并沒有持續(xù)很久——費(fèi)爾柴爾德家族以300萬美元的價(jià)格回購(gòu)了“八叛逆”手中的股權(quán),但同時(shí)也讓他們失去了對(duì)公司的控制權(quán),就連擔(dān)任總經(jīng)理的諾伊斯也不能干預(yù)仙童半導(dǎo)體的預(yù)算計(jì)劃、利潤(rùn)分配等。

漸漸地,仙童半導(dǎo)體開始有員工出走。1961年2月,拉斯特和赫爾尼,連同他們說服的羅伯茨,三人正式離開仙童,創(chuàng)辦阿梅爾克公司,仙童最初的投資人洛克后來也投資了他們的公司。

此后幾年中,陸續(xù)有員工離開仙童??巳R納后來成為了一名投資人,他創(chuàng)立的KP(即后來的凱鵬華盈)后來成為硅谷最頂尖的創(chuàng)投基金。

仙童的銷售副總裁瓦倫丁跳槽到國(guó)民半導(dǎo)體,后來創(chuàng)立了大名鼎鼎的紅杉資本;瓦倫丁手下的員工邁克·馬庫(kù)拉后來成為蘋果的創(chuàng)始人之一和CEO。

1968年,諾伊斯和摩爾辭職,他們挖走了仙童的研發(fā)副主管安迪·格魯夫,三人創(chuàng)建了英特爾。

1969年,仙童銷售主管杰里·桑德斯帶著7位同事離職,創(chuàng)辦了AMD,成為了英特爾的宿敵。

仙童半導(dǎo)體的光環(huán)隨著這些開創(chuàng)者的離開而逐漸消失,隨后幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)、易主,徹底淪為一家普通的公司。但這家公司開創(chuàng)了技術(shù)入股、風(fēng)險(xiǎn)投資等模式,吃到了美蘇爭(zhēng)霸帶來的軍工訂單激增的紅利,給整個(gè)芯片行業(yè)帶來了大批人才,還帶動(dòng)了芯片制造從美國(guó)轉(zhuǎn)移到日本、韓國(guó)等國(guó)家。

80年代初出版的著名暢銷書《硅谷熱》寫到:“硅谷大約70家半導(dǎo)體公司的半數(shù),是仙童公司的直接或間接后裔。在仙童公司供職是進(jìn)入遍布于硅谷各地的半導(dǎo)體業(yè)的途徑。1969年在森尼維爾舉行的一次半導(dǎo)體工程師大會(huì)上, 400位與會(huì)者中,只有24人未曾在仙童公司工作過。”

就像喬布斯所說,“仙童半導(dǎo)體公司就像一朵成熟了的蒲公英,你一吹它,這種創(chuàng)業(yè)精神的種子就隨風(fēng)四處飄揚(yáng)了。”

芯片戰(zhàn)爭(zhēng)

20世紀(jì)60年代,美國(guó)經(jīng)濟(jì)高增長(zhǎng)后人力成本高企,美國(guó)便保留核心技術(shù)環(huán)節(jié),而將勞動(dòng)密集的制造環(huán)節(jié)向外轉(zhuǎn)移。

日本政府對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)重視,不僅發(fā)布了多部法律法規(guī)鼓勵(lì)發(fā)展,還牽頭富士通、日立、三菱、NEC和東芝5家骨干企業(yè),以及日本工業(yè)技術(shù)研究院電子綜合研究所和計(jì)算機(jī)綜合研究所組建研究聯(lián)合體,共同實(shí)施超大規(guī)模集成電路。其中,日本政府出資320億日元,企業(yè)籌集400億元。

日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展。尤其是DRAM儲(chǔ)存芯片市場(chǎng)中,日本半導(dǎo)體企業(yè)采用了售價(jià)永遠(yuǎn)比對(duì)方低10%,過飽和供應(yīng)的策略,美國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)幾乎難以支撐。日本芯片在全球的市場(chǎng)占有率一度達(dá)到 53%。

美國(guó)人坐不住了。

通過兩次“釣魚執(zhí)法”,美國(guó)人逮捕了日立和三菱公司涉嫌竊取商業(yè)機(jī)密的2名工程師,并以此為由派人入駐2家企業(yè)進(jìn)行監(jiān)管。

1986年初,美國(guó)裁定日本DRAM儲(chǔ)存芯片存在傾銷的行為, 對(duì)日本征收100%的反傾銷稅,并簽訂了苛刻的《日美半導(dǎo)體協(xié)定》。

美國(guó)政府的反制措施,加上20世紀(jì)80年代初的廣場(chǎng)協(xié)議,讓日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迅速失去競(jìng)爭(zhēng)力。到了20世紀(jì)90年代,韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的公司成本更低,日本芯片企業(yè)開始走向衰退。

在當(dāng)時(shí),美國(guó)對(duì)日本半導(dǎo)體產(chǎn)品征收100%的反傾銷稅,但對(duì)韓國(guó)產(chǎn)品卻只征收0.74%。很快,朝鮮半島上的一只猛虎嗅到了機(jī)會(huì)。

他就是三星帝國(guó)的締造者,李健熙。

潛龍與猛虎

三星電子于1969年成立,最初的業(yè)務(wù)是黑白電視。

《日美半導(dǎo)體協(xié)定》簽訂一年后,DRAM產(chǎn)品的價(jià)格回升,三星半導(dǎo)體第一次實(shí)現(xiàn)盈利。

也是在那一年,李秉哲去世,李健熙正式成為三星的掌門人,他喊出了“二次創(chuàng)業(yè)”的口號(hào),大舉進(jìn)軍電子和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。他用3倍工資挖空了東芝工程師,快速提升技術(shù),再用低于成本的價(jià)格戰(zhàn)發(fā)動(dòng)攻勢(shì),而且還大打感情牌,呼吁海外韓國(guó)工程師回國(guó)“參戰(zhàn)”。

1992年,三星率先推出全球第一個(gè)64M DRAM,并于當(dāng)年超越日本NEC,成為全球最大的DRAM制造商。

通過不斷加碼,三星在研發(fā)和產(chǎn)能上都做到了世界第一,成為了難以撼動(dòng)的儲(chǔ)存芯片霸主。

在儲(chǔ)存芯片、液晶面板等諸多領(lǐng)域,三星電子經(jīng)常一反常規(guī),在行業(yè)虧損或衰退期加大投入,自殺式搶占市場(chǎng),直到行業(yè)周期轉(zhuǎn)好時(shí)收割利潤(rùn)。

直到今天,三星電子在手機(jī)顯示面板和閃存芯片市場(chǎng)占據(jù)頭把交椅,還是芯片代工領(lǐng)域的第二大廠商,僅次于臺(tái)積電。

如果說李健熙是猛虎,那么比他年長(zhǎng)11歲的臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀則算得上潛龍。

1989年12月,三星掌門人李健熙赴臺(tái)考察,希望挖走張忠謀,但最終沒有成功。

張忠謀20多歲就在美國(guó)讀書和工作,1983年從德州儀器三把手的位置上功成身退。隨后被邀請(qǐng)?jiān)谥袊?guó)臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)部門擔(dān)任科技顧問。

歷史注定讓張忠謀走上舞臺(tái)。1987年,張忠謀決定創(chuàng)業(yè),做一家專門為其他芯片公司代工制造的公司。

在此之前,幾乎所有的芯片企業(yè)都是自己包攬芯片的設(shè)計(jì)、制造和封裝,從來沒有人想過芯片還可以代工。

1988年,張忠謀通過私人交情把當(dāng)年那位和諾伊斯及摩爾一起出走仙童的研發(fā)副主管,英特爾總裁格魯夫,請(qǐng)到臺(tái)積電。

張忠謀抓住格魯夫砍掉儲(chǔ)存器業(yè)務(wù),大力發(fā)展CPU業(yè)務(wù)的機(jī)會(huì),希望得到英特爾的代工訂單,也讓英特爾把更多的精力放到CPU的研發(fā)和設(shè)計(jì)上。英特爾和臺(tái)積電的戰(zhàn)略不謀而合。

格魯夫給張忠謀送來第一筆大單,而且在200多道工藝上進(jìn)行了指導(dǎo), 這對(duì)初生的臺(tái)積電是極為寶貴的。

張忠謀和他的臺(tái)積電就此走上了改變芯片產(chǎn)業(yè)的征途。

下克上的逆襲

快速發(fā)展的臺(tái)積電,開始反哺美國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)。由于不用再承擔(dān)建設(shè)晶圓廠的巨額成本,大量初創(chuàng)芯片設(shè)計(jì)公司得以輕裝上陣、快速發(fā)展,美國(guó)芯片公司重新占領(lǐng)全球芯片產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn),如今的巨頭高通、英偉達(dá)等都是得益于此。

臺(tái)積電的代工,完全超出了人們對(duì)“代工”這個(gè)詞的理解。目前,臺(tái)積電與三星是全球唯二具有5nm制程芯片生產(chǎn)能力的企業(yè)。而研發(fā)出5nm工藝的時(shí)間,臺(tái)積電比三星早了半年。

無論是蘋果的M1,AMD的ZEN3,高通的驍龍865還是前不久華為遭遇斷供的麒麟9 000,都是出自臺(tái)積電之手。三星只能在臺(tái)積電產(chǎn)能不足時(shí)承接剩下的訂單。

截至目前,臺(tái)積電的市值高達(dá)5 012億美元,接近高通的3倍,比英偉達(dá)高出1 800多億美元,比英特爾高3 000多億美元,是全球市值最高的芯片企業(yè),不折不扣的“打工皇帝”。

進(jìn)入21世紀(jì),臺(tái)積電和一家當(dāng)時(shí)名不見經(jīng)傳的光刻機(jī)小廠商ASML,完成了技術(shù)逆襲,就此成為全球最頂尖的芯片企業(yè)。

21世紀(jì)之前,光刻機(jī)霸主是尼康。彼時(shí)采用的是“干式”微影技術(shù),但在不斷改進(jìn)的過程中技術(shù)遇到了瓶頸,始終無法從193nm波長(zhǎng)縮短至157nm。這就意味著,芯片產(chǎn)業(yè)的制程始終無法提升。

2003年,臺(tái)積電研發(fā)副總經(jīng)理的林本堅(jiān)提出了“浸入式光刻技術(shù)”,但傲慢的日美光科技廠商并沒有重視。幾經(jīng)轉(zhuǎn)折,臺(tái)積電找到了荷蘭的光刻機(jī)小廠阿斯麥爾。

僅僅1年之后,ASML和臺(tái)積電共同研制出第一臺(tái)浸潤(rùn)式微影機(jī)。盡管尼康也研制成功干式微影技術(shù)的157nm產(chǎn)品,但是由于ASML的浸潤(rùn)式微影機(jī)的應(yīng)用成本更低,縮短光波的效果更好,發(fā)展?jié)摿艽?,大多?shù)半導(dǎo)體廠商采用了ASML的光刻機(jī),日本光刻機(jī)自此開始被市場(chǎng)“拋棄”。

然而,光刻機(jī)研發(fā)需要海量的資金。為了能夠有足夠的研發(fā)費(fèi)用和穩(wěn)定的客戶市場(chǎng),ASML采用了“利益捆綁”的合作模式。臺(tái)積電、三星和英特爾要拿到光刻機(jī),就得購(gòu)買ASML的股份。于是,2012年,英特爾、三星和臺(tái)積電向ASML公司投資38.5億歐元,合計(jì)持有ASML公司23%的股份。

2019年,ASML出售26臺(tái)EUV光刻機(jī),其中13臺(tái)賣給了臺(tái)積電。

黃金沃土,累累白骨

為了產(chǎn)能和技術(shù),ASML在收購(gòu)美國(guó)光刻機(jī)廠商SVG時(shí),不得不接受美國(guó)外國(guó)投資委員會(huì)在收購(gòu)協(xié)議上附加的苛刻條件,例如保證至少50%以上的零部件從美國(guó)采購(gòu)、定期接受美國(guó)的安全審查等。

另外,華爾街資本還大量收購(gòu)ASML的股份,目前ASML的前三大股東資本國(guó)際集團(tuán)(MSCI)、貝萊德和英特爾均來自美國(guó)。

光刻機(jī),整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)最上游、最關(guān)鍵的產(chǎn)品。一臺(tái)EUV光刻機(jī)重達(dá)180噸,零件超過10萬個(gè),安裝和調(diào)試需要1年時(shí)間。在1996年簽訂的《瓦森納協(xié)議》框架下,歐美國(guó)家最先進(jìn)的幾代光刻機(jī)一直對(duì)華禁售。出售的光刻機(jī)也都有保留條款。

客觀地審視芯片產(chǎn)業(yè),既要看到這是一片黃金遍地的沃土,也應(yīng)該看到,繁榮的背后,是揮金如土的研發(fā)投入,白骨累累的殘酷競(jìng)爭(zhēng)。這是人類目前最精密的創(chuàng)造品,它的產(chǎn)業(yè)鏈高度細(xì)分,有千百家出色的企業(yè),但未來幾乎不會(huì)再有企業(yè)有覆蓋一整條產(chǎn)業(yè)鏈的能力。

中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步很早。1950年1月,在美國(guó)普渡大學(xué)任教的王守武決定回國(guó),為剛解放不久的新中國(guó)做一點(diǎn)貢獻(xiàn)。與王守武一樣先后輾轉(zhuǎn)回國(guó)的,還有黃昆、謝希德、夏培肅、湯定元、黃敞、林蘭英等專家。

在“兩彈一星”等重大項(xiàng)目的需求牽引下,一些領(lǐng)域的技術(shù)攻克甚至比日韓還早。例如平面工藝的突破較仙童半導(dǎo)體諾伊斯只晚了5年,第一塊集成電路的研制也只比美國(guó)晚7年。

但因?yàn)榉N種原因,中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在上世紀(jì)七八十年代掉隊(duì),國(guó)內(nèi)的科技企業(yè)不得不依賴國(guó)外芯片。

錢學(xué)森晚年曾經(jīng)感慨:“(20世紀(jì))60年代我們?nèi)ν度雰蓮椧恍?,我們得到很多?0年代我們沒有搞半導(dǎo)體,我們?yōu)榇耸ズ芏唷?rdquo;

2000年之后,中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)幡然醒來。進(jìn)入了海歸創(chuàng)業(yè)和民企崛起的時(shí)代。中星微的鄧中翰于1999年回國(guó),中芯的張汝京于2000年回國(guó),展訊的武平和陳大同于2001年回國(guó),芯原的戴偉民于2002年回國(guó),兆易的朱一明于2004年回國(guó)。他們帶著豐富的經(jīng)驗(yàn),匯入了中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的大潮。

盡管和世界先進(jìn)水平還有差距,但中國(guó)有完備的工業(yè)體系和巨大的市場(chǎng)。眼下,“中國(guó)芯”成為了迫在眉睫的需求,中國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)終于受到了前所未有的關(guān)注,得到了更豐富的資金和資源。

追上世界先進(jìn)水平的那一天,想必不會(huì)遙遠(yuǎn)。

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