今天小編分享的科技經驗：芯片驅動力，歡迎閱讀。
王豫剛 / 文
" 芯片就是 21 世紀的原油 "，在經歷了過去幾年的全球 " 芯片荒 " 之後，将 1973 年石油危機拿來做半個世紀後的譬喻，已經不是新鮮事。2022 年 3 月，英特爾 CEO 帕特 · 基辛格（Pat Gelsinger）就聲稱：" 過去五十年裡，油田的位置決定了全球地緣政治。未來五十年，地緣政治将由科技供應鏈和芯片在哪裡生產決定，就是這麼重要。" 對于中國經濟來說，芯片的 " 依存度 " 超過原油早已成為現實。據海關總署公布的 2022 年進出口主要商品數據，集成電路進口總金額為 4155.79 億美元，占比達 15.30%。而同期原油進口金額則為 3655.12 億美元。而這一數據背後，是已持續近 5 年的中美 " 芯片戰争 "。
5 年間，美國對中國芯片產業的限制不斷更新，從只是限制華為、中興等個别企業采購高性能芯片，到開始全面限制各種半導體材料、設備和制成工藝，以及美國專利技術的對華出口。2023 年 5 月 12 日上午 11 時，2022 年位列全球市場份額第四的中國智能手機制造商 OPPO 宣布終止自己已經投入四年、員工數千人的芯片設計業務哲庫科技（ZEKU），研發團隊将徹底解散。在此之前，OPPO 推出了兩款自研芯片馬裡亞納 X 和馬裡亞納 Y，分别用于影像處理和藍牙音頻。OPPO 稱，全球經濟和手機市場 " 充滿不确定性 "，因此進行了戰略調整。但業界分析認為，利潤和經濟考量只是一個方面，被美國 " 制裁 " 的隐憂才是這一決定背後不可言說的最重要原因。
中方亦有舉措：2023 年 5 月 21 日，中國政府宣布美光公司產品存在較嚴重網絡安全問題隐患，未能通過網絡安全審查，而美光是目前美國僅存的存儲芯片生產廠商。
2022 年 8 月，美國總統拜登籤署了《芯片和科學法案》，計劃撥款 520 億美元用于激勵美國芯片制造，同時撥款數百億美元用于未來的科學和研發投資。法案通過後，白宮發布了一份新聞稿，承諾這項立法将 " 降低成本 "" 創造就業機會 "" 加強供應鏈 "，但在《芯片戰争：世界最關鍵技術的争奪戰（Chip War:The Fight For the World's Most Critical Technology）》一書作者、美國塔夫茨大學弗萊徹學院國際史副教授克裡斯 · 米勒看來，美國國會通過這項立法的原因其實很簡單：在中國以外的地區提供額外的芯片制造能力，作為戰時保險。
《芯片戰争 : 世界最關鍵技術的争奪戰》
[ 美 ] 克裡斯 · 米勒 / 著
之江文化 | 浙江人民出版社
蔡樹軍 / 譯
2023 年 5 月
盡管我們的日常生活早已離不開芯片，但這仍是一個 " 看不見的市場 "。若不是華為因為制裁而被迫退出 5G 手機生產行列，絕大部分消費者對 " 芯片戰 " 大約也只能看個熱鬧，畢竟芯片乃至整個半導體產業都是 "ToB" 業務，以芯片作為母題的通俗大眾讀物在出版市場上，也是在近兩年才開始成為熱門。前述的《芯片戰争：世界最關鍵技術的争奪戰》一書在 2022 年 10 月出版後，正是借了《芯片和科學法案》的 " 東風 "，20 天内就在亞馬遜圖書榜的 " 國家與國際安全 "、" 經濟史 " 和 " 國際經濟學 " 三個類目中分别排到第 1、第 2 和第 4 名，此後更是一舉奪下多個圖書獎項。
此前，國内的商業财經作者餘盛已經于 2022 年 1 月出版了一本《芯片戰争》，可以說是基于中方立場的叙事，中美這兩本同名作品的組織方式和寫作角度并不相同，若論與米勒著作比照而讀的國内作者作品，可能由汪波所著，浙江教育出版社 2023 年 4 月出版的《芯片簡史》一書更合适一些。如無特别标注，在本文中所評論的《芯片戰争》内容，指的均是前述克裡斯 · 米勒所著的這本。
《芯片戰争》
餘盛 / 著
華中科技大學出版社
2022 年 1 月
" 軍備競賽 "：集成電路與 " 抵消戰略 "
美國國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency），簡稱 DARPA，是美國國防部屬下的一個行政機構，負責研發用于軍事用途的高新科技。其前身先進研究計劃局（ARPA）始創于 1958 年，1972 年更為現名。自成立伊始起，DARPA 的宗旨就是開展 " 改變遊戲規則 " 的高風險、高回報技術研發，" 避免技術突襲并謀求對對手的技術突襲 "，美國航空航天局（NASA）也是在 1958 年成立的，其共同背景便是 1957 年 10 月，蘇聯搶先發射成功了人造衛星。
《芯片戰争》第一部分的展開引子，正是美蘇第一輪太空競賽，這實質上也是洲際導彈競賽，這一階段一直到越南戰争結束為止：集成電路產業最早的兩家企業德州儀器和仙童半導體，其啟動芯片量產的第一桶金，分别來自阿波羅登月計劃的采購和 " 民兵Ⅱ型 " 洲際導彈的采購。阿波羅計劃讓仙童在兩年内銷售規模翻了 40 倍，而德州儀器占到美國空軍芯片采購總金額的 60%，1964 年，德州儀器銷售的所有集成電路中有 20% 用于了 " 民兵 " 導彈計劃。也正是在德州儀器，張忠謀從一開始就主導了集成電路規模化生產的工藝流程，為他後來成功創立台積電打下了堅實的基礎。而英特爾創始人安迪 · 格魯夫，則是當時仙童半導體的制造工藝主管。後來，DARPA 和 NASA 又在 1980 年代孵化出了高通——太空通信系統的承建商，但高通很快就進入了民用領網域，冷戰時期的帕洛阿爾托充滿了美國國防部的供應商，直到現在，馬斯克和他的 SPACEX 還和 NASA 有着極為密切的關系。
在新近出版的《帕洛阿爾托》一書中，美國左翼作家馬爾科姆 · 哈裡斯（Malcolm Harris）将矽谷的繁榮起點歸結為冷戰白熱化階段的 " 軍事凱恩斯主義 " 政策，也正是國防采購的不計成本，才使得早年尚不能大規模自動化生產、需要 " 晶體管女孩 " 們手工裝配的芯片，在短短十年間便從貝爾實驗室的粗糙樣品轉化為一門可以正常運行的生意。
馬爾科姆 · 哈裡斯舉出了大量例證來說明斯坦福、國防部和矽谷之間的密切聯系，如矽谷風險投資業的重要參與者德雷珀家族，其開創者威廉 · 德雷珀就曾任美國戰争部副部長，更不用說在尼克松時代，惠普的聯合創始人戴維 · 帕卡德又去出任國防部副部長了。集成電路的共同發明者，仙童半導體的首任 CEO 羅伯特 · 諾伊斯在 1965 年便承認：軍工防務產業使用了 "95% 以上的集成電路。"
矽谷出身的威廉 · 佩裡在 1970 年代（和安德魯 · 馬歇爾一起）設計了美國軍備的精确制導路線，以此來抵消蘇聯武器的數量優勢，這被稱為 " 抵消戰略 "，但這種路線的效果要到 1991 年海灣戰争才得以體現。在海灣戰争中大出風頭的 " 寶石路 " 炸彈，其研發正是來源于越南戰争的失敗經驗，其主導者正是集成電路的最初發明者之一德州儀器公司。
1990 年，戈爾巴喬夫在斯坦福大學演講，他宣稱 " 明日的思想和技術誕生于加利福尼亞 "，這實際上已經是舉起了隐形的白旗。按照米勒的總結，由于蘇聯從未能培育起一個有效的民用半導體消費市場，和片面将半導體產業設定為一個 " 環節 "，以至于在自發進化的芯片產業中海量 " 默會知識 " 的欠缺中一步落後步步落後，在高速淘汰和堆疊的湧現過程中，大規模生產能力的制約使得蘇聯在芯片生產領網域上越來越不經濟，這形成了一種惡性循環：到 80 年代日美芯片戰最激烈時，日本在微電子領網域的資本投資額已經是蘇聯的八倍之多；而整個蘇東體系完全處在 " 永恒總體戰備 " 之下，無法依靠美國及其冷戰盟友那樣的超高效國際分工模式來分攤成本。
在《芯片戰争》的第七部分末尾，米勒敏銳地觀察到，如今中美 " 攻守之勢易也 "，中國正在采取 " 抵消戰略 "。而這就引出了書中第八部分對美國應對的分析，一方面臨着領先優勢在成本和技術兩個方面都逼近極限，另一方則苦于在 " 全產業鏈自主 " 和尋求開放合作的夾縫中不斷權衡，哪一方能在競争中最終勝出，這種競争最後會不會失控，都是短期内懸而未決的。
" 我要發财 "：風險資本與舉國支持
《芯片戰争》第一部分最後一句話是引述仙童半導體員工辭職信中的 " 我……要……發……财 "。而這句話，我在《芯片簡史》的第九章找到了這位員工的介紹：鮑勃 · 維德勒，模拟芯片設計的領路人，他離開仙童半導體，加盟了美國國家半導體公司。當時矽谷的風險投資模式正在成型，離職創業可以獲得大量股票期權，掌握了技術和生產模式的早期半導體公司員工紛紛跳槽或者創立自己的公司。
據統計，仙童半導體最終間接孵化出了 400 多家半導體產業的相關公司，與之有直接淵源的上市企業有 92 家，其中就包括赫赫有名的 Intel 和 AMD。然而仙童自己卻在 1987 年瀕臨倒閉，最後以 1.22 億美元的價格被維德勒跳槽去的美國國家半導體公司收購（國家半導體的 CEO 是斯波克，曾經的仙童三号人物）。
期間，富士通試圖收購仙童被美國政府否決，成了日美 " 芯片戰争 " 高潮期的一個著名事件——某種程度上和紫光試圖收購美光半導體類似。
在塞巴斯蒂安 · 馬拉比所著的《風險投資史》一書裡，我們也可以看到仙童半導體的深刻印記：從 " 八叛将 " 離開晶體管發明人肖克利創立仙童，再到諾伊斯和戈登 · 摩爾離開仙童二次創業，都是風險投資模式的經典案例，更不用說赫赫有名的紅杉資本創始人唐 · 瓦倫丁原本就是仙童半導體的銷售；而凱鵬華盈（KPCB）中的 K，就是仙童 " 八叛将 " 中的尤金 · 克萊爾（Eugene Kleiner）。" 利潤會尋找必要的人、态度和武器去做需要做的事情 "，馬爾科姆 · 哈裡斯使用了一個術語 " 帕洛阿爾托體系 " 來形容矽谷的風險資本循環，他把科技初創企業的速興驟滅、殘酷競擇和風險資本對初創企業采取的迅速催化模式，追溯到了斯坦福大學的創立者利蘭 · 斯坦福（LelandStanford）選育馬種的模式：" 潛力是一種可以揭示的固定品質，他們會将大量資源集中在最有潛力的小馬駒身上，盡管它們很年輕 "。
但企業的内部創新與外部創新是一種矛盾，《歷史上的企業家精神》一書對此有極為精到的分析：" 公司實驗室作為首要創新者的角色最終損害了許多大企業的創業能力，但使這些大企業對外部企業家的作用重新產生了需求 "。在《芯片簡史》中，這樣的案例不勝枚舉，比如貝爾實驗室的僵化流程導致肖克利出走，肖克利的糟糕管理風格又導致 " 八叛将 " 創立仙童，提出 MOS 場效晶體管的阿塔拉不被準許發表論文，再往後則有藍光 LED 的發明人中村修二只從公司得到了 180 美元獎勵，以至于有了 " 奴隸中村 " 的綽号。風險投資模式能夠部分解決這種問題，但無法徹底根除。汪波提出了一系列疑問，而這些疑問或許還要回到托馬斯 · 庫恩對科學革命過程的精要分析中去尋找答案：範式轉移只能寄希望于時間。《芯片戰争》的第三、四、五部分叙述的是美國半導體產業面對的前兩輪挑戰。作為 " 發展型經濟體 "，日、韓、新以及中國台灣在半導體領網域的投資，都是依靠政府組織和主導的，如台積電落地便是當時經濟部門負責人李國鼎一力延攬張忠謀的結果。而三星和海力士則是抓住了日美半導體貿易戰的機會一躍而起。然而，引發美國對日本半導體產業警惕的，不只是前面所講的競争劣勢，更多的是對日本決定自研軍事裝備等舉措的不滿，和對日本重商主義補貼政策和隐性壁壘的反感。彼得 · 德魯克在 1986 年 4 月 1 日的《華爾街日報》上将日本的做法指為 " 敵對貿易 "，足以說明這種态度。克萊德 · 普雷斯托維茨作為美日貿易談判的全程參與者，在《美日博弈》一書中這樣寫到：美方并沒有意識到日本市場的邏輯和結構同美國的背道而馳，卻一直要求對方按照美國市場的理念，争取市場準入，當接連的協定毫無結果時，又一直感到上當受騙。傾銷也是如此：美方對日本停止傾銷的要求，并沒有意識到日本的產業結構和競争态勢使得傾銷不可避免。用《日本權力結構之謎》作者沃爾夫倫的話來說，日本根本不是 " 用西方的遊戲（規則）來打敗西方 "，更可能根本沒在玩西方的 " 遊戲 "。
《歷史上的企業家精神 : 從古代美索不達米亞到現代》
[ 美 ] 戴維 · 蘭德斯 喬爾 · 莫克 威廉 · 鮑莫爾 / 著
姜井勇 / 譯
中信出版社
2016 年 1 月
著名經濟史學家喬爾 · 莫克爾在《啟蒙經濟》一書中則指出，" 在任何時候和任何地方，技術都是事關利用自然現象和規律，設法獲取大自然不願主動賦予的資源。" 正如熊彼特所說的，與經濟增長息息相關的是創造性破壞，也就是技術和實踐、人工制品和設計不斷被淘汰，芯片產業的發展歷史，也是這樣一個淘汰過程。莫克爾抨擊 " 重商主義國家設立了一些制度，例如壟斷、人為的市場進入壁壘、價格管制和貿易壁壘……這些制度讓一小撮精英受益，但損害了整個社會的利益 "，這正是我們在日美、中美 " 芯片戰争 " 之中所一再看到的。
但與日韓新不同，中國并不依賴于美國的軍事保護，在國内市場的規模和體量上也有質的區别，這是不是能帶來不同的可能性呢？
《啟蒙經濟 : 英國經濟史新論》
[ 美 ] 喬爾 · 莫克爾 / 著
曾鑫 熊躍根 / 譯
中信出版集團
2020 年 7 月
" 摩爾定律 "：外包生產與離岸創新
2023 年 3 月 24 日，94 歲高齡的戈登 · 摩爾去世。1965 年，摩爾在他撰寫的一篇文章中觀察到，由于技術的進步，自集成電路被發明以來，微芯片上的晶體管數量每年大約翻一番，他對這一趨勢将持續下去的預測被稱為 " 摩爾定律 "，後來修正為 " 每兩年 "。
按照摩爾定律，工業節點每迭代一代，晶體管的面積就要縮小一半，這樣元件數量才能翻一番。1974 年，IBM 公司的工程師、單晶體管 DRAM 的發明者羅伯特 · 登納德 ( RobertDennard ) 提出了 " 登納德縮小規則 "，每次更新晶體管尺寸應當變為原來的 k 倍 ( k=0.7 ) ，這樣線路延遲就會變短（變為原來的 70%），頻率也将提升為原來的 1/k 倍（約為 1.4 倍），使芯片在性能、功耗和面積三個方面同時得到改善。如此一來，每一代工業節點都需要将數值标定為上一代的大約 0.7 倍，也就變成了現在可見的從 22 納米、14 納米、10 納米到 7 納米、5 納米的标定數列。
摩爾定律的極限在哪裡？一個矽原子的直徑是 0.5 納米，如果真的做到了 1 納米，那麼晶體管将只有 1～2 個原子大小，在這個極小尺度上 " 量子隧穿效應 " 和 " 海森堡不确定原理 " 會發生作用，電子的運動變得随機，将使晶體管的開關作用徹底失效。實質上，功耗、内存、開關功耗極限及算力瓶頸等已經嚴重約束了芯片技術的進一步提升。例如在 CPU 領網域，由于晶體管尺寸已經小到了即使關斷後也有較大的漏電流，導致嚴重的發熱問題，為了控制工作溫度，量產 CPU 的主頻只能維持在 3～4GHz 而不再升高。也正如汪波在《芯片簡史》第 14 章所觀察到的那樣，摩爾定律在近年已經逼近原子極限，例如在台積電公司的 "10 納米工藝節點 " 中，晶體管的栅間距實際為 66 納米，而金屬間距是 44 納米。
《芯片簡史 : 芯片是如何誕生并改變世界的》
汪波 / 著
湛廬文化 | 浙江教育出版社
2023 年 4 月
這種技術逼近物理極限的狀态，也在行業的經濟效益上有所體現。以矽谷風險投資模式的開創者，仙童、英特爾和蘋果的天使投資者阿瑟 · 洛克（ArthurRock）命名的 " 洛克定律 " 指出：半導體晶圓廠的成本每四年就翻一番。目前最先進工藝的晶圓廠投資已經是天文數字，台積電亞利桑那工廠總投資高達 400 億美元；2018 年，英特爾公司第二季度的收入為 170 億美元，僅夠建一座采用 5 納米工藝的晶圓廠。在 65 納米技術節點，設計一款主流處理器芯片的費用為 2400 萬美元，到 14 納米時升高到了 1.48 億美元，而到 5 納米時更是攀升到了 4.76 億美元。
《芯片戰争》的第六部分描述了幾大巨頭的 " 創新者困局 "，從格芯（AMD 分拆出的晶圓代工廠）放棄成本數十億美元的 EUV 光刻機不再更新工藝，到英特爾不斷在工藝競争中延誤，結果是到 2020 年，最先進制程的處理器在全球只剩下三星和台積電兩家企業可以制造。那麼問題正如克裡斯 · 米勒所觀察到的那樣，對美國來說，這兩個地方離中國都有點太近了。
米勒提供了一個觀察：在三大類半導體中，邏輯芯片的設計與制造近乎完全分離，蘋果、英偉達等企業都采取了 " 無晶圓廠 " 模式，主導這個領網域的是台積電 " 大聯盟 "；存儲芯片則集中于美光、三星和 SK 海力士之手（現在增加了長江存儲和長鑫存儲），大部分 DRAM 的生產集中在東亞；而模拟芯片的生產則還基本保留在歐美日。
美國作家馬克 · 萊文森在《全球化簡史》一書中已經注意到，芯片產業向東亞和東南亞的外包生產進程，是和 20 世紀 70 年代中美緩和後南海航運的安全保障、貨櫃航運技術的發展以及遠航程噴氣客機的投入使用三大因素密切相關的，而第一個大前提已經在 2016 年之後搖搖欲墜。今天學者們所能設想的最好局面也不過是 " 平行生產體系 "，對 " 逆全球化 " 時代的漫長度，我們也應該做好準備。
讓我們用汪波在《芯片簡史》中的這句話來結束本文吧：" 芯片領網域的發展離不開創新與合作。創新與合作就像太陽内部的核聚變反應，抵消着自身重力引起的坍塌。當創新與合作衰亡之時，半導體行業将像老去的恒星那樣收縮、坍塌…… "
