The Fight for the World‘s Most Critical Technology

序

从万维钢的推荐序开始，我们现在想象中的状态和现实的差距有多大。

“中国经过40年的改革开放，经济高速发展，拥有世界最强的供应链，中国制造已经统治全球，中国的量子信息和5G技术正在引领第四次工业革命”看到这些确实发现身边的媒体充斥着各种“积极向上”的信息，但是客观的说中国的经济和科技发展水平，不但比不了美国，而且连20世纪80年代的日本都比不了。从国际影响力来说，日本在20世纪80年代就有了索尼、夏普、丰田、东芝等等拥有自己核心技术、设计和品牌的受到全世界消费者追捧的公司。而现今的中国除了华为和字节跳动，全球品牌还很少，独家技术也很少。

现实的差距永远令人沮丧，只是我们从来没有像芯片的差距这么感同身受，但其实差距无处不在，比如医院里的仪器只有很少部分低端的实现了国产化替代（芯片还是进口），比如在农业上育种技术很多品种还是依赖国外进口。恰好我很喜欢种植一些花草，月季和绣球是接触的比较多的，月季中比较好的品种目前还是靠进口。比如法国、德国和日本的一些育种公司（法国梅昂）已经在月季育种这件事儿上持续了上百年的时间。一方面我们的市场刚起步，另一方面某些领域更需要时间来积累。

我们常常默认而未经审视的一个观念是只要你投入足够多的人力物力资源，就可以做成别人能做成的任何事情。

任何事情需要看成本和代价，尤其是在商业行为上。原子弹等对成本不敏感的事情是可以靠堆积来完成。但是一颗一亿元的芯片是不会有人来买单的。当今的芯片成本也是有了一个完整的技术格局支撑才得以实现的。一台光刻机就需要上千家小公司做零件供应。生产一颗芯片可不止需要一台光刻机。

从一开始，美国的分析师就知道中国的一些产业政策纯粹就是“浪费钱”。美国真正害怕的是华为。华为是一家民营公司，非常理解国际市场，其研发经费与美国最顶尖的公司在一个量级，是一家配得上英特尔和三星的竞争对手的中国公司。
中国有没有一个让高水平人才成长的环境？我们能不能先别用死记硬背式的教育和研究生考试中英语那种项目卡自己人的脖子。

政府在科技创新中应该怎样支持是一个很好的课题，新能源的案例至今还在同事们茶余饭后的闲聊中。

第一部分 从冷战开始

1.从钢铁到硅片

晶体管的舞台初现。导弹引发的计算能力需求大增拉开了计算机时代的序幕，但是电子管时代的种种弊端引起了难以大规模应用的难题。1945年宾夕法尼亚大学为美国陆军建造了一台名为“埃尼阿克”的最先进的计算机，有18000只真空管组成，但是平均2天就有一只真空管发生故障。显然电子管不是一个好的选择，到今天电子管只出现一些HIFI设备上，因其独特的“失真”反倒成为了烧友的追求。大学时好奇曾制作过一个电子管的耳机放大器，结果调试的过程就因为手滑摔破了两只电子管。可想而知18000只维护起来有多困难。哦，对了这个器件还有一个明显的缺点“热”。

2.开关

二极管和三角管的发现。1945年，半导体材料专家威廉·肖克利提出了“固态阀门”理论，也就是现今的二极管，不过实验却是由他的同事在1947年实现。肖克利凭借对半导体材料无与伦比的理解1948年就继而发明三极管。肖克利是半导体历史上不得不提的一位科学家。现今的电子设备无一不是基于肖克利的“固态阀门”理论而开发出来的。基于一位物理学家的发现，而后半个世纪的电子产业蓬勃发展，可见基础科学的研究的威力不可小觑。

3.诺伊斯、基尔比和集成电路

芯片的产生。1955年肖克利开始寻求独立的商业化将晶体管推向市场，但是肖克利的性格并不适合于开展商业活动。于是有了1956年“八叛逆”创立仙童半导体的故事。1958年TI（一家为了做石油勘探仪器的公司）因为美军的声呐订单而开始拓展电子技术应用，于是基尔比开始在TI思考如何减少晶体管之间的复杂连线，进而想到了不将硅片切开而是直接键合连接的方法。而诺伊斯在同事霍尔尼的启发下想到了平面工艺，通过二氧化硅绝缘可以在晶体管上放导线实现连接。至此短短十年时间，集成电路被创造出来了。书中提到肖克利的所有同事都觉得他令人讨厌，但他们也承认他是一位杰出的理论物理学家。“八叛逆”离开肖克利可能也是这个原因。如果科研是靠一己之力来达成目标，那商业或者公司都是需要大家通力合作来组成团队。没有凝聚力让团队无法运作也就没有竞争力。

4.起飞

芯片需求崛起。1955-1975年美苏两国开始了太空竞赛。在仙童成立三天后的晚上8:55分苏联发射的第一颗人造卫星从美国上空划过。罗伯特·诺伊斯马上意识到集成电路的第一个市场：火箭。仙童的第一个大订单来自于NASA，1962年的阿波罗计划选中了仙童的集成电路，最终将阿波罗11号带上月球。阿波罗计划的芯片销售让仙童飞速增长。而TI则是在“民兵”导弹制导系统上获得了巨大成功。果然还是政府和军队有钱啊，让我想到了一个“段子”，当年被制裁后半导体圈全部坐不住，但是一个比一个穷，大基金拍拍胸脯说，钱不够的我去找，中国烟草当即掏出支票簿。

5.迫击炮和规模生产

芯片的量产实现。莱斯洛普1958年9月1日开始了在TI的第一天工作，而这个人将成为现代芯片的奠基人。最早在美国政府实验室工作是曾负责设计一种近炸引信，使得81mm的迫击炮可以自动引爆。和仙童的工程师一样，他也在努力的让台面晶体管做到更小的体积。当时的集体管是使用蜡球作为覆盖物阻挡腐蚀的部分，而蜡球想做到很小且尺寸精准很困难。这相当于手工DIY电路板时用到的热转印油墨一样，印刷的精度决定了PCB的线路宽度。而通过显微镜观察一个晶体管时引起了莱斯罗普和助手的注意：显微镜可以拍摄一些小东西让他们看起来更大，如果颠倒显微镜这些小东西就会变得更小，这样就可以用显微镜来吧一个很大的图案印到硅片上来做到更小的微型台面。而当时柯达出售一种叫光致抗蚀剂的化学物质（光刻胶），实验证明这种方法做出的晶体管比以前小的多。1957年莱斯罗普申请了专利。而后TI组织了数千次实验来寻找稳定生产的工艺。这里一个“大人物”也来到了TI，那就是张忠谋。张忠谋毕业后被喜万年聘用，白天熟悉喜万年的生产工艺，晚上学习肖克利的”半导体圣经”《半导体中的电子和空穴》。到1958年被TI聘用以提高晶体管的生产良率。短短几个月张忠谋就使得负责的产品线良率提升至25%，很快就被任命为TI的集成电路负责人。

6.我要发财

仙童的民用之路开辟了芯片的另一个战场。1965年时诺伊斯意识到相比军用，民用市场才有最大的利润。尽管当时仙童的订单95%来自于军事和航天，但诺伊斯还是选择了风险更大的民用市场。同年在仙童的戈登·摩尔在为电子学杂志写短文时预测到接下来十年，仙童每年都会将硅芯片上的器件数量增加一倍。而同时1960年左右的时候美国国防部部长罗伯特·麦克纳马拉改革军事采购以削减成本。仙童对着一些似乎有着先见之明。仙童开始了降价的策略，并赢得了私营公司的大合同。到1968年计算机行业购买的芯片数量与美国军方一样的多，推动的未来几十年的芯片销售。而仙童的成功也让风险资本涌入初创公司，这些公司的重点是电脑。但仙童因老板（谢尔曼·费尔柴尔德天使投资150万美元成立了仙童）把股权赠予视为一种“渐进的社会主义”而导致大量的员工离开，一名员工在离开公司时填写的离职问卷中写道：我要发财。

第二部分 美国世界的电路

7.苏联硅谷

1959年，肖克利已经放弃了创业，在斯坦福大学当教授。这一年他迎来一位苏联的学生阿纳托特·特鲁克特。同年CIA的一份报告显示在晶体管的数量和质量上，美国只比苏联领先2-4年。直到几十年后才证实，但是的苏联把交换生和国防目标捆绑在了一起。当时的赫鲁晓夫致力于在各个领域赶超美国，于是在肖金（苏联无线电委员会副主席）的引诱下，开始了俄国硅谷的建设。

8.“复制”策略

肖金提出的复制策略从根本上有缺陷，这就像得到一块蛋糕，但却不知道蛋糕是怎么烤出来的。芯片的制造工艺极其复杂，虽然有交换生在美国学习的技术。但是芯片的生产工艺很少在特定的公司之外分享，因此想生产芯片没那么容易。而且当时苏联还受到“巴统”的限制，连纯净的半导体材料都无法获得。因此苏联的半导体发展之路命运多舛。

9.晶体管推销员

二战后，美国的冷战战略让日本成为了晶体管的推销员。1946年盛田昭夫同一位前同事井深大成立了Sony公司。开始了录音机的研发。而后盛田昭夫获得了晶体管的授权，并开始了扩张消费电子的业务。而TI也曾制造过晶体管收音机，但是在定价和营销上搞砸了，Sony并不擅长芯片设计，而是消费类产品和定制人们需要的电子产品。后并协助TI在日本建厂，将东京和美国领导的体系联系的更加紧密。

10.晶体管女孩

1960年代芯片的生产还是依赖人工的，需要手工将硅片定位在基片上粘合，键合线也是手动操作，最后芯片必须插入仪表进行测试，因此芯片需求猛增，对能够组装芯片的双手需求也随之上升。在仙童的斯波克1963年首先在香港建厂，在美国生产的硅片运往人力成本更低的香港组装。在之后新加坡、台湾和马来西亚，亚洲成了芯片的组装厂。

11.精准打击

1965-1968年的“滚雷行动”，投掷了超过80万吨炸弹，比二战期间太平洋战区投掷的炸蛋还多。美军总结出原因出在导弹依靠的是手工焊接的真空管，而东南亚的气候潮湿、起飞和着陆的冲击力以及战机的颠簸导致导弹经常失效。在越南发射的“麻雀”导弹66%失效，9.2%命中目标，其他的都打偏了。TI的工程师韦尔登·沃德一直想着使用微电子技术来改变军队的打击链。负责越南美军新装备采购的军官戴维斯和沃德达成一个deal，TI用九个月的时间和9.9万美金来交付一枚激光制导的导弹，而这枚导弹用了一个简单的激光传感器和两个晶体管将一个命中率为0/638的武器变成了一个精确打击工具（在这之前清化大桥耗费了美军638枚导弹都没有击毁）。除了少数军事理论家和电气工程师之外，几乎没有人意识到越南是一个成功的武器试验场，它将微电子和爆炸物结合在一起，彻底改变战争，从而改变美国的军事实力。

激光制导：使用激光照射需打击的物体，通常是本机或是他机发射引导导弹飞行向目标物，上面书中的导弹使用4象限方案，增加一个透镜，通过判断感应接收到的光强在哪个象限来判断应该向哪个方向修正飞行轨迹。这种半自动的寻迹方式需要更多的资源，比如空中或者地面需要额外的激光源照射。这里设想一下，目前自动驾驶领域的激光雷达+人工智能算法是否可以应用在激光制导导弹上？目前激光雷达的成本越来越低，已经逼进5K得范围内，民用限制在Class1的最远距离可达200米范围了，纯固态也有100米。试想一下不考虑功率限制，是不是可以做近距离低速人工智能导弹追着某个人跑了。当年要有这玩意儿是不是就可以做个长续航导弹在山里寻找本拉登了，笑死。

12.供应链策略

在越战失利后，东南亚的国家尤其是台湾在看到1964年大陆第一枚原子弹成功后更加恐慌。与此同时美国也在寻找更廉价的组装工厂，因此1968年TI在台湾建厂。台湾和其他东南亚国家意识到通过半导体不仅仅能带来经济增长，更能与美国绑定的更加紧密。通过半导体美国在亚洲形成了更加紧密的结合。

13.英特尔的革命

1968年时诺伊斯和摩尔也离开了仙童，成立了英特尔。两年后推出了第一款产品DRAM。当时存储介质还是磁芯。而当时计算机架构背景的泰得·霍夫也开始设计一个标准化的逻辑芯片，再加上一个可用软件编程的功能强大的存储芯片，这样就可以完成许多不同的计算。而且芯片的价格很快就可以便宜很多了。而后英特尔推出了4004芯片，掀起了一场计算领域的革命。至今英特尔在芯片领域也是巨人般的存在，少数的拥有fab厂的芯片公司，至今很多的标准和协议都是英特尔提出的。相比之下fabless的公司视野局就限了不少，很多的生产工艺和对芯片的理解都依靠类似台积电之类的工厂来研发芯片。这里不由自主的想到比较了解的无人机行业，行业老大都是自建工厂，从生产工艺和工序的角度来打磨和定义产品。前不久的一次面试中被问到你觉得无人机中的动力系统最终都在追求什么。其实从产品和消费者的角度来看这个问题追求的就是力效和可靠性。DJI的电机生产表面上可见的绕线工艺满槽率高，绕线整齐，甚至控制了绕组的截面形状。材料方面的性能看不到，但是动力系统的提升肯定是离不开材料学和电磁学的支持的。附图对比一下DJI和XXD的电机。

14.五角大楼的抵消战略

1977年威廉·佩里担任美国国防部副部长，负责研究和工程部门。而五角大楼的分析专家早在1972年就提出打败苏联数量优势的唯一途径是生产质量更好的武器。于是制导导弹成为了五角大楼抵消苏联的数量优势战略。以此开始的科技国防事业催生了一系列新的武器系统。美国的力量被重塑。其中也有1983年的专栏作家抨击：巡航导弹是神奇武器还是‘笨蛋’。但是结局生活在现在的我们都知道，美国凭借着半导体在经济和军事上的影响力，成为了世界第一大国。

第三部分 失去领导能力？

15.竞争很激烈

美国曾支持日本战后转型为半导体销售员，美国当局将发明晶体管的知识传授给日本，并且允许日本的公司轻松的将产品销售到美国。20世纪80代年在测试了冬至和NEC的DRAM芯片之后发现，日本的芯片比美国的芯片可靠性更好故障率极低。而索尼的随身听在全球的销量达到了3.85亿台。这时一些美国人质疑日本运作的太好，赋予日本权利的战略似乎正在削弱美国的经济和技术优势。这一幕似曾相识，不就是当下的状况嘛。日本以极低的生产成本和更高的质量，最终要还有富有竞争力的产品，赢得了市场机会反而遭致打击。中国制造这四个字在21世纪全球无人不知，而现在的困境在于如何能将廉价的制造变的高端。这其中离不开技术的进步，也离不开更好的产品。

16.“与日本的战争”

与当时日本的融资成本相比，美国的资金成本让美国的企业无法获得更多的利润，为了对抗通货膨胀利率达到了21.5%。而日本的储蓄率很高，是的企业可以以更低的价格获取贷款，以用来投资和建厂。书中提到关于日本间谍窃取商业秘密等问题，我看来虽然不法但也不是日本发展更快的主要原因。更低的价格，更好的质量就已足够在市场占据上风了。窃取商业机密的行为不可持续且风险极高。而关于公平竞争这一理论，在市场中自然规律即弱肉强食，何来公平呢？

17.“运送垃圾”

当时的光刻机还没有ASML什么事儿，是一家叫GCA的美国公司独领风骚。1978年GCA推出了第一台步进式光刻机，销售订单滚滚而来。而后公司的创始人开始了无度的挥霍，公司而后终止了与尼康的合作，而是收购了一家美国的光学公司。后面尼康开始了对GCA光刻机的逆向工程，没过多久尼康的市场份额就超过了GCA，并且使用尼康的光刻机让IBM的良品率明显提高，机器的故障率也下降了。GCA开始一系列骚操作，比如发空集装箱给客户一次来获得更好的财报，对客户态度傲慢且反应迟钝。同时日本的芯片制造需求正值最旺盛的时刻，自然日本的光刻机也就不愁销路了。1978年时GCA掌握了全球85%的光刻机市场，而十年后下降到了50%。至此美国的光刻机公司也不在市场主流之列。

18.20世纪80年代的原油

桑德斯、诺伊斯、斯波克和其他的CEO共同成立了美国半导体行业协会（SIA），后说服美国防部来支持SIA，一次扶持被日本打压的半导体行业。日本在战后没有军费的开支所以可以更多的投资在经济建设上，而美国不同国防费用是日本的5-10倍。而SIA将半导体比做是1980年代的原油这一点都没错，如果美国的军事发展依靠在日本的半导体行业上，显而易见的不可行。因此五角大楼要求将其最新的飞机、坦克和火箭上装入尽可能多的芯片，以更好的实现制导、通信、指挥和控制。在市场中失去地位和竞争力的美国半导体公司只能在美国军事上谋求生存了。

19.死亡螺旋

1986年诺伊斯对一名记者说：我们正处于死亡螺旋中，你能说出一个美国没有落后的领域吗？到1980年90%的半导体都是由公司和消费者购买，而不是五角大楼，所以美国防部也很难重塑半导体行业了。美国政府开始一系列的“救市”操作，降税、放松养老资金监管、加强知识产权保护，而这些操作相比日本的市场份额增长来说并没有起到很好的作用。而日本的政府补贴也更加猛烈。而后美国开始了关税和设定配额等操作，以减少日本的芯片出口到美国，然而这也推高了日本以外的芯片价格，美国的计算机公司同样受到了伤害。因为当时美国很少公司在生产DRAM芯片，所以这并不能挽救美国大大部分存储芯片公司。而后美国尝试了最后一种方法，与行业领先的制造商5/5比例出资成立了Sematech，而诺伊斯成为了公司的领导者。诺伊斯的重点是拯救美国的光刻业，因为没有光刻机就不能制造半导体。所以Sematech的资金有51%流向了光刻机公司。其中GCA也在支持的范围中，Sematech在GCA上下了巨额赌注，GCA也没有辜负其技术辉煌的声誉，很快完成了深紫外线光刻机，受到了TI光刻专家的好评。然而这并没有让GCA活下去，巨额的研发费用和很少的销售让GCA一直处在亏损。直至1990诺伊斯去世，1993年GCA也宣告倒闭。

20.日本可以说“不”

由于SONY的成功，盛田昭夫在美国的影响力以及社交圈也一度的扩大到从政治到经济无人不识的地步，这也让盛田昭夫更加了解和理解美国社会甚至政治。而1989年盛田昭夫在一本《日本可以说“不”》的书中也阐述了自己的观点，这本书震动了美国政坛。书中甚至指出了日本如何通过半导体控制美国，让美国成为一个巨大的丹麦。而美国也意识到，美国将在未来保护日本，但是要用日本技术支持的武器来实现保护，这是多么可笑。而此时日本走向了分水岭，是继续保持强大甚至超过美国，还是被掐死？结果现在都知道，美国是怎么做到的继续往下看。

第四部分 美国复兴

21.芯片之王

爱达荷州的辛普劳靠着种植土豆和创造薯条机并生产薯条卖给麦当劳成为了亿万富翁。而1978年博伊西的帕金森兄弟创办了美光，创办的时刻正值美国DRAM产业最低谷的时刻，从最开始的一个64K DRAM的订单开始还没有结束甲方就破产了。因此美光找到了辛普劳，辛普劳意识到DRAM已经成为了商品市场，而当时美国没有几家公司在生产DRAM产品，恰好也是入局最好的机会。而辛普劳有足够多的经历，知道购买大宗商品业务最佳的时间是在价格低迷时，因此辛普劳投资了100万美元给美光。辛普劳的想法是无论土豆还是半导体，商业成功需要“成本最低，质量最高的产品”。而帕金森恰好擅长于降低成本。美光通过缩减工序，每批次处理更多的晶圆而降低了成本。经历了十年的痛苦后美国的芯片行业取得了胜利，这要归功于美国最伟大的土豆种植者的市场智慧。正所谓“创业容易，守业难”，前面提到的GCA公司也死于了坚守事业和维持第一。一次成功或许不难，难的是次次都成功。

22.颠覆英特尔

英特尔的DRAM业务日益缩减，而当时的CEO格鲁夫没有对成本进行削减，而是大刀阔斧的进行了颠覆性的改革。与日本不同，美国人更喜欢“风险部分”而不是“控制部分”，喜欢通过率先以创新性的技术进入市场获取利润，而不是大规模的生产制造。格鲁夫将创新点放在了计算芯片上，通过与IBM、Microsoft和Compaq合作推出的个人计算机成功的挽救了英特尔。而挽救英特尔的不仅仅是技术的创新，还有从日本复制回来的生产制造工艺。格鲁夫写的书《只有偏执狂才能生存》《格鲁夫给经理人的第一课》值得读一下。

23.“敌人的敌人”：韩国的崛起

李秉喆通过中日战争期间向日本出售物资成功的将三星创立起来。而美国应对日本的低价策略之一是寻找更低价格的生产地，韩国就是其中之一。1983年韩国政府提供资金支持三星开始进军半导体领域，而DRAM成了第一个产品，美光对三星开始了64K DRAM的授权，通过压低日本竞争对手的价格帮助韩国成为世界领先的存储芯片制造中心。

24.“这就是未来”

1971年时半导体生产还依赖于手动画线，制作版图再去曝光。而康维发现，硅谷的高科技工程师更像是中世纪的工匠。因此康维想到了按照标准话指令来思考的方案，因此开启了标准化设计芯片的旅程。与此同时DARPA也开始对此进行资助，MIT和Berkeley也都获得了研发资金，后面这两所大学的一些学生和教师创办了一系列公司，为半导体行业创造了前所未有的行业软件，如今每家半导体公司都在使用这些工具。而雅各布斯和维特比也在DARPA的资助下成了高通，他们使用强大的微处理器，在现有的频谱带宽中填充了更多的信号。DARPA国防高级研究计划局，很难想象这些公司和创新是由一个国防组织资助。

25.克格勃T局

书中讲述了维特罗夫作为情报人员，心理扭曲而出卖组织将克格勃的情况披露给法国情报部门。而后美国开始了出埃及记行动，让海关更加严格的审查先进技术出口。和前文提到的情况类似。

26.“大规模毁灭性武器”：抵消战略的影响

苏联的奥加科夫在1977-1984年担任苏联军队总参谋长，他预测“远程、高精度、终端制导作战系统、无人机和全新的电子控制系统”将把常规炸药转变为“大规模毁灭武器”。而在冷战中苏联和美国同时都在讲半导体塞入武器中。美国因全球化战略将半导体的技术和生产分工化，以及得益于消费市场为美国半导体行业提供的资金支持下赢得了比赛。苏联的半导体产业过分依赖于军工，以及封闭的技术环境彻底失败。改革开放的年代全球化，分工合作成为了经济发展的主要趋势，而现今全球化在半导体行业中依然不复存在。近来华为的Mate60量产，华为的“光刻厂”等技术突破带了了冬日里的一丝暖阳，国运在轮转。

27.战争英雄

1991年的海湾战争是在越南战争后的最大战役，这一战役成功的将半导体武器应用到了实战中，向全世界展示了其威力。宝石路炸弹精准的炸毁了伊拉克的电话交换机大楼，而战斧导弹也从近海军舰发射，集中了巴格达及其周边的目标。这些武器让决定胜负的钢铁变成硅片。

28.冷战结束了，你们赢了

1990年日本金融市场崩溃，半导体市场在政府的过度投资中同样泡沫高筑。而未考虑盈利的日本企业同美国偏执狂和土豆大亨的精打细算下相比开始下坡路。即便是未过度依赖DRAM市场的SONY也盈利下滑；而当时日本人发明的闪存也被忽视了，最后被Intel推向了市场。1993年美国重回芯片第一出口国，1998年日本的DRAM市场份额也被韩国取代。而1990年戈尔巴乔夫访美，也同样意味着苏联在冷战中的失败，为获得美国的技术而从东欧撤出苏联军队来结束冷战。

书中前四部分讲述了半导体的发展历史及截止冷战结束前半导体对世界格局的影响，看得出来美国是如何通过半导体来控制地球以坐稳霸权。45年的时间半导体让这个世界发生了翻天覆地的变化，极多的行业和技术发展离不开半导体的支持。大到国家战略，小到一个随声听，将人们的生活从钢铁时代带入到了电子时代。

第五部分 集成电路，集成世界？

29.台湾想要一个半导体产业

1985年台湾经济部门负责人李国鼎在台北说服张忠谋来领导台湾的的半导体产业升级。而1980年张忠谋因没有得到TI的CEO职位离开了TI，张忠谋在TI的高效制造上倾尽所有，他亲自建立了世界半导体产业。而台湾给了张忠谋机会，张忠谋的无晶圆厂模式没有说服TI的其他高管，却说服了台湾。因为台湾的台积电得以被创立，而台积电的资金48%来源于台湾政府，还有飞利浦提供的技术和知识产权。而后台积电的业务量在一路上升。

30.所有人都必须制造半导体

1987年华为成立了。而1979年一项研发发现大陆几乎没有任何商业上可行的半导体生产，全国只有1500台电脑。而文革结束不久后政府通过实施四个现代化来施行改造。科学技术是关键，而芯片正是这场变革的核心。20世界80年代新兴企业家开始建立电子业务时，只能依赖外国芯片。越来越多的芯片从台湾被采购。

31.与中国人分享上帝的爱

2000年出生在南京，在台湾长大，并且受过得克萨斯州培训的半导体工程师张汝京来到大陆，说服政府给他巨额的补贴以建造一家半导体制造厂。而张汝京找来的经验丰富的工程师通过一个老员工带来两个新员工，迅速的培养出一批半导体工程师，在20世界末中芯国际仅落后于世界领先企业几年。

32.光刻战争

1992年约翰·卡拉瑟斯向Intel的CEO申请了2亿美元的投资以研发EUV极紫外光光刻技术。而当时的光刻技术能依赖的公司GCA已经倒闭、硅谷公司技术落后，日本的公司美国人觉得不够可靠。于是将光刻机的生产依托于荷兰的ASML（一家从荷兰飞利浦公司拆分出去的光刻机公司）。ASML的优势是可以通过将世界各地顶尖的组建集成在一起，从而更加轻松的获得不同方向的技术实现更高精尖的光刻机。而美国也不是没有担心技术的外流，而当时的美国战略是鼓励俄罗斯和中国等大国专注于获取财富而非地缘政治力量来扩大贸易和供应链联系来促进“和平”。而当时华盛顿的大部分人认为全球化是一件好事。

33.创新者的困境

21世纪的到来，个大公司建立了越来越大的数据中心，亚马逊、微软和谷歌建立了巨大的服务器仓库。而Intel也凭借着X86垄断了数据中心芯片，能与之竞争的仅有AMD。X86并不是最好的选择的，但是想让Intel转向其他的指令集代价太大，而且影响Intel的垄断地位。1990时苹果和两个合作伙伴在英国剑桥成立了ARM，采用RISC指令集，因其效率更高，更多的移动设备选择了RISC指令集。而在Intel芯片进入苹果电脑不久后，乔布斯带着iPhone的想法找到了Intel的CEO欧德宁，处于对Intel的利润维护乔布斯被拒绝了。后来iPhone早期的产品都使用了三星的芯片。而Intel丢掉了一个大单子。欧德宁的管理是理性的，没有人想要利润低的产品，更别提还要研发了。Intel有技术、有人，只是不想收到利润率的打击。“如果企业过于注重客户当下的需求，就会导致创新能力下降，从而无法开拓新市场，常常在不经意间与宝贵机遇失之交臂。而更灵活、更具创业精神的企业则能立足创新，把握产业增长的下一波浪潮。”克莱顿·克里斯滕森《创新者的困境》。如此来看当下一个可能靠的上的例子是阿里巴巴在2015到2023年的这段时间，错过了直播、错过了短视频。

34.跑的更快？

尽管半导体产业遍布全球，尤其是将生产外包的核心战略为美国的半导体设计公司赢得了更多的利润。但是像日本曾威胁美国的半导体产品，GCA光刻机没能超越尼康和ASML也曾上演，但是美国在半导体产业中还是具有很大的话语权，比如泛林在硅片蚀刻方面拥有世界一流的专业技术，科磊拥有世界最好的测量工具，应用材料公司是世界最大的半导体设备制造公司，而且这三家公司正在退出新一代用于原子尺度上沉积、测量和制造的设备。不仅在制造方面，设计软件上Cadence、Synopsys和Mentor是每家半导体公司都离不开的设计软件提供商。所以不得不承认美国确实跑的更快。不仅在半导体设计上，还包括Matlab等一些列基础软件的垄断上都使得其他国家随时会被卡脖子。

第六部分 离岸创新？

35.“真正的男人要有晶圆厂”

创立AMD的杰瑞·桑德斯喜欢把拥有一家晶圆厂比做在游泳池里养一条宠物鲨鱼，鲨鱼的饲养成本很高，需要时间和精力来维持，最终还可能会害死你。即便如此，桑德斯仍然确信一件事，他永远不会放弃自己的晶圆厂。21世纪初，半导体分为三大类，逻辑芯片、存储芯片和其他（信号链，传感器和电源管理等等）；前两类芯片必须通过缩小晶体管提及来获得领先地位，而第三类芯片通常不是通过摩尔定律获得领先地位而是通过聪明的设计，这比缩小体积更加重要，因此通常菜哟过180nm的工艺进行生产，采用20世界90年代的技术，大部分在美国、日本和新加坡生产。第三类芯片的龙头企业例如TI、安森美、亚德诺等。而逻辑芯片和内存一直被少数的公司主导。内存主要由三星、Hynix和美光主导，而生产主要在韩国、日本和新加坡。闪存芯片主要由三星、恺侠、美光和西数主导，几乎都在亚洲生产。而建造一个先进工艺的晶圆厂至少也要200亿美元，这不是一般公司可以承担起的投资额。

36.吴晶圆厂的革命

20世界80年代硅谷的新一波半导体企业大多都没有自己的晶圆厂，第一家“芯片和技术公司”设计个人电脑图形处理芯片，最终被Intel收购，该公司证明了一个无晶圆厂的商业模式是可行的，只需要一个好主意+几百万美元启动资金即可，这时建造晶圆厂所需投资额的很小一部分。而这次让芯片制造不再是“贵族”的想法。1993年Nvidia成立于圣何塞的一个丹尼快餐店，创始人是马拉科夫斯基、普里姆和黄仁勋。Nvidia最初的业务是视频及电脑游戏公司，为个人电脑提供显示3D得运算器。2006年Nvidia意识到高速并行计算可以用于计算机图形以外的用途，发布了CUDA软件，允许GPU以标准的编程语言进行编程，2017年的一个统计黄仁勋在这项软件工程上花费了100亿美元，黄仁勋赠送软件，仅用于Nvidia的芯片，使芯片在图形处理外的行业发挥作用。而Nvidia没有自己的晶圆厂，都在台积电代工。对于给在快餐店的高级芯片设计师几百万美元来说上亿的晶圆厂投资来的更难，而Nvidia无需将精力分摊到制造商，因此也有更多的精力构建软件生态系统。而不仅仅是Nvidia，高通也是同样的商业模式，因此构建起来智能手机芯片的帝国，仅靠设计和授权获得了数千亿美元的收入，而芯片生产却外包给三星或台积电。

37.张忠谋的大联盟

桑德斯从AMD退休的5年后，AMD将晶圆厂拆分出去，除了生产AMD的芯片也生产其他客户的芯片，芯格继承了AMD晶圆厂。世界三大晶圆厂台积电、三星和芯格组成了半导体生产的主力军。三星情况有些复杂，不仅仅代工半导体自己也做产品，合作伙伴担心自己的设计可能会出现在三星的产品中，而芯格将工厂建立在了德国和美国，而不是成本更低的亚洲，因此成本上不如台积电更低。而台积电与客户的共同投入也将台积电的研发投入拉满，因此在技术突破上也更快速。在2008年经济危机时，半导体需求锐减，张忠谋却看到了移动设备的未来，因此加大研发的投入宣称“产能过大比产能不足要好”，因此也让台积电保持了领先地位。

38.苹果硅

乔布斯曾被问到什么是软件？他说软件是一种变化太快的东西，或者你还不知道自己想要什么，或者你还没来得及把它固化成硬件。初代iPhone没有办法把乔布斯的想法都融入进去，大多使用了其他公司的芯片，而后苹果收购了PA semi，并推出了A4芯片搭载在iPhone4上。苹果不仅仅设计了手机芯片，还为AirPods设计了专用的辅助芯片，现在也为PC设计了芯片。这些专有芯片使得苹果的产品运行起来非常流畅。而这些芯片在美国设计，台湾生产，最终组装在中国。

39.EUV光刻机

苹果并不是半导体行业中唯一拥有令人困惑的复杂供应链的公司，荷兰ASML公司花了近20年的时间试图使EUV光刻机发挥作用。2012年EUV光刻机推出前，Intel、三星和台积电都直接投资于ASML，以确保ASML由足够的资金研发EUV光刻机，近Intel就投资了40亿美元。而光刻机首要的问题就是光源，西盟公司是加州大学圣地亚哥分校的两位激光专家创立的公司，自20世纪80年代起西蒙一直是光刻机光源的主要参与者，该公司的工程师提出以每小时200英里的速度在真空中射出一个三千万分之一米直径的小锡球，然后用激光照射两次，第一次加热，第二次将锡球轰击成约为50万摄氏度的等离子体，然后每秒重复5万次，以产生制造芯片所需强度的EUV光源。而西蒙找到了德国一家激光器厂家快通来生产光源。最后每台光源需要约45万个零件组成。而镜头系统由蔡司制造，EUV光线很难反射，因为很多材料都吸光而不是反光，由蔡司制造的反射镜平整度难以置信，蔡司宣称可以让激光击中月球上的高尔夫球。ASML自身之生产了15%的零件，其余从其他公司购买，而ASML需要不算的监控采购零件的质量。甚至ASML直接将供应商买下来，以便更好的管理。而使用光刻机同样不简单，ASML的工作人员在设备的整个使用周期都会留在现场。

40.没有B计划

2015年严涛南被问到，如果ASML的EUV不起作用，会发生什么？严涛南知道没有B计划。因此台积电在12号工厂内安装三台用于测试的EUV光刻机。而台积电的CEO蒋尚义不遗余力的测试和改进EUV光刻机。与台积电、三星和英特尔一样，芯格也需要7nm的芯片，不过因为巨额的投入芯格放弃了，而是从三星获取的14nm的工艺许可。而芯格后续也没有在继续追寻更尖端的芯片生产。因此世界上能够制造尖端逻辑芯片的公司从4家变为了3家。

41.英特尔如何遗忘创新

英特尔错过了移动时代，同样也有可能错过人工智能时代，而美国失去了英特尔就不会有任何一家美国公司能够制造尖端处理器。英特尔也曾尝试过像台积电一样晶圆代工的模式，但是从一开始就没有把这项业务摆放在第一位。英特尔投资并支持了EUV光刻机的研发，但是50%的EUV光刻机却放在台积电的工厂中。而到2020年世界上只有两家公司能制造尖端的处理器，但这两家公司拥有同样的问题他们的位置距离美国新兴的战略竞争对手仅几步之遥。

第七部分 中国的挑战

42.中国制造

2014年网络安全和信息化领导小组第一次会议上指出，没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化。2016年“一个互联网企业即便规模再大，市值再高，如果核心元件严重依赖国外，供应链的命门掌握在别人手里，那就好比在别人的墙基上砌房子，再大再偏凉也可能经不起风雨，甚至不堪一击”。中国最担心的一是软件，比如微软的Windows，二是芯片，2000-2020年大部分的年份里，中国进口半导体的花费超出进口石油。李开复曾在书中提到：在人工智能方面，中国是世界上两个人工智能超级大国之一。但是中国最重要的技术建立在进口硅产品的脆弱基础上。台积电创立时，李国鼎告诉张忠谋“我们想在台湾推动半导体产业”。中国大陆也需要半导体产业，这有什么令人吃惊的呢？

43.把冲锋号吹起来

2017年1月达沃斯论坛上中国承诺：创新驱动的增长模式实现共赢，打贸易战的结果只能是两败俱伤。而三天后特朗普在华盛顿的就职演说宣称：保护将带来巨大的繁荣和力量。在八个月前的网络安全和信息化座谈会上，包括华为、阿里巴巴、解放军知名研究人员和大多数中国政治精英，习近平主席勉励：尽快在核心技术上取得突破，不仅要把冲锋号吹起来，而且要把集结号吹起来。但是中国在半导体生产过程中几乎每一个环节都极其依赖境外技术，综合芯片设计、知识产权、工具、制造和其他方面的影响，中国大陆的市场份额仅为6%。而中国21世纪的补贴战略没有创造出领先的国内芯片产品，因此2014年中国决定启动“大基金”项目，这种一种风险资本，国家支持的模式。中国想要重塑世界半导体行业，而不是通过合作和融入来加强份额和地位。而这一做法让美股的价值岌岌可危，同时也影响到其他在全球半导体产业中的国家，2017年集成电路占韩国出口额15%，新加坡17%，马来西亚19%，菲律宾21%，台湾36%。

44.技术转让

在斯诺泄密事件发生后，IBM在中国的销售额下降了20%，而IBM的想法是通过技术转让来换取IBM设计准入的许可。而IBM也不是唯一的愿意帮助中国开发数据中心芯片的公司。高通与华芯通合资成立服务器芯片设计公司。而AMD在2016年时由于收入不佳，将马来西亚和苏州的半导体组装、测试和封装工厂的85%股份出售给了一家中国公司。而同年AMD与一个由中国公司和政府机构组成的财团达成协议，授权为中国生产经过改版的x86芯片。而2018年ARM剥离了它的中国分部，将ARM中国51%的股份出售只保留49%。对于芯片公司来说，在中国筹集资金通常比在华尔街更容易，因此几乎每家芯片公司都有非核心技术，而在这些公司不领先的子行业，他们非常乐意以一定的价格分享这些技术。与十年前相比尽管中国在某些方面仍然落后，但是在设计和生产数据中心所需的芯片方面，中国对境外的依赖程度已大大降低。会不会有一天出台政策，境内的服务不在允许使用进口芯片？

45.并购势必发生

清华大学一直领带中国的半导体事业，紫光是由清华大学创办，目的是将大学的科研成果商业化。2013年中国宣布向半导体行业提供巨额补贴，而紫光觉得是时候投资芯片行业了。但是在分析师看来紫光的战略不是市场导向的。紫光2013年收购了展讯通信和锐迪科，但是斌没有表现出系统效应。2014年公司与英特尔达成协议，英特尔在无线调制解调器芯片与紫光的智能手机处理器相结合，英特尔希望这次合作能提高其产品在中国手机市场的占有率。而后大基金时代到了，紫光获得了10亿美元的初始资金，于是开始将收购看向了国外，先是台湾地区，收购了台湾力成科技25%的股份，但美光真正感兴趣的是皇冠明珠台积电和联发科。不过这两项收购最后没有达成。不久紫光将目光投向了美国的半导体产业，2015年7月，紫光提出了以230亿美元收购美光的想法，但遭到了拒绝。

46.华为的崛起

三星的战略：首先努力培养政治关系，获得有利的监管和廉价的资本；第二，三星识别西方和日本率先推出的产品，并学会以同等质量和更低成本制造；第三三星坚持不懈的拥抱全球化，不仅仅为了寻找客户，也是为了通过与世界上最好的公司竞争来学习。而华为与中国的互联网公司相比，更多的是参与国际市场竞争，争夺国际市场份额。20世纪90年代华为开始了电话交换机的研发和制造，之后电信基础设备与数字基础设施合并，现在华为与芬兰的诺基亚瑞典的爱立信一起成为全球三大手机基站设备供应商。华为每年由150亿美元的研发预算，世界上只有少数几家公司可比。华为每年百亿的研发投入与苏联尝试以低价复制进入芯片行业的心态截然不同。而华为抢占全球通讯设备市场份额，将其设备嵌入了世界电信网络，华为的崛起符合中国政府的利益。华为不断扩大的产品线，很快的到手机上，2019年华为的手机销量仅落后与三星。而2011年日本东海地震，华为意识到了依赖的日本供应商为其电信设备和手机供应的芯片可能会成为巨大的风险，因此华为将谷歌安卓操作系统和每部智能手机所需芯片的供应列为了公司的关键漏洞。到2019年海思正在为智能手机设计一些世界上最复杂的芯片，并已成为了台积电的第二大客户。

47.5G未来

使得如何在越来越拥挤的频道传输更多的数据，5G将高速无线传输变为可能。不仅仅在通讯行业中，Elon·Musk也在聘请顶尖的半导体设计师为汽车的大数据通量和大算力需求设计合适的芯片。如果按照2019年的趋势，到了2030年中国芯片产业的影响力可以与硅谷匹敌。这不会只是简单的打乱科技公司和贸易流动，也将重新平衡地区政治力量。

48.下一个抵消战略

1991年海湾战争后，中国开始了发展能够抵消美国强国的战略，开发先进作战部队所需的计算基础设施。中国军界相信，战争不仅仅是信息化，而且是智能化，意味着人工智能将用于武器系统。乔治敦大学的布坎南指出，利用人工智能需要数据、算法和计算能力三位一体。除了计算能力，中国的能力可能与美国相当。而中国运行人工智能的服务器中，多大95%的GPU是由Nvidia设计的。而现代化武器中对算力的需求相比上世纪的武器来的更多，等多的算力能让武器或者侦查器变得智能，赢得战争先机。与此同时在电磁频谱上的争夺也是一场由半导体进行的无形的战争，雷达、干扰和通信都由复杂的射频芯片和数模转换器来管理。而美国DARPA也转向了对下一代芯片和计算的投资，但是相比中国的消费市场话语权，DARPA每年数十亿美金的投资太少了，甚至不如Apple CEO对半导体行业的影响大。而美国军用的芯片如果是由亚洲代工厂生产的将无法确保其安全性。而五角大楼在承认中国军事现代化已经缩小了两个超级大国军队的差距后，推出了自己的抵消战略。

第八部分 芯片瓶颈

49.我们正在竞争的一切

2015年华为及规模较小的同行中兴通讯引起了美国注意，2016年，奥巴马政府指控两者都违反了美国的制裁指令，向受美国制裁的国家提供产品。2017年3月在威胁实施制裁之前，中兴通讯与美国政府签署了一项“认罪”协议，并支付了罚款。几乎没人知道，禁止一家大型中国科技公司购买美国芯片的反应会有多么激烈。而特朗普上任后更多的是关注贸易和关税，2018年4月，随着特朗普与中国的贸易摩擦升级，美国政府认定中兴通讯向美国官员提供虚假信息违反了认罪协议。很快中兴同意支付另一笔罚款。中兴通讯的传奇故事表明了世界上所有主要科技公司对美国芯片的依赖程度。半导体不仅仅是我们正在竞争的一切的基石，也可能是毁灭性的强大武器。

50.福建晋华

2016年福建晋华成立，开始与台湾联华电子合作研发DRAM芯片，台湾虽然没有任何领先的存储芯片公司，但是拥有美光在2013年购买的DRAM设备。美光不会向晋华提供任何帮助，因此美光2017年开始了知识产权的相关诉讼，而2018年晋华被美国列入实体清单，无法再获得任何半导体设备及技术支持，至今还在实体清单中。而应用材料、泛林和科磊等公司的可以生产不可替代的机器设备，这些公司变成了美国强大的武器，只要美国愿意可以让世界任何地方的任何芯片制造商破产。

51.打击华为

澳大利亚成为了第一个禁止华为设备，切断华为5G网络设备的国家，很快日本、新西兰和其他国家也做出了类似的决定。2019年英国政府的国家网络安全中心得出结论，华为的系统风险在不实施禁令的情况下可控。许多欧洲人认为中国的技术进步是不可避免的，因此不值得尝试阻止。2020年美国政府进一步收紧了对华为的限制，限制华为使用美国技术和软件在国外设计和制造半导体。在华为之后很多中国公司被美国列入黑名单，在与美国讨论后，荷兰决定不批准向中国公司出售ASML的EUV光刻机。中国全球化的科技公司因制裁而步履蹒跚，但令人惊讶的是，中国没有采取任何行动来报复。2023年2月中国商务部决定将洛克希罗马丁、雷神导弹与防务公司列入不可靠实体清单。

52.中国的人造卫星时刻？

2020年出在新冠病毒被风控期间，几乎所有的营业场所都关闭了，位于武汉的长江存储除外。长江存储是中国领先的NAND存储器生产商。中国在抗击新冠疫情的斗争中愿意做任何事情，但建设半导体产品是当务之急。而武汉弘芯的案例表明，在没有重新论证的情况下将资金投入半导体行业是有风险的。而长江存储的高管说，盈利和上市不是长江存储的首要任务。相反，长江存储专注于打造中国自己的芯片，实现中国梦。

53.短缺和供应链

2020年疫情开始，半导体行业缺货影响了下游的产品。而疫情开始越来越多的人远程办公，这次刺激了通信，个人电脑和手机的消费。而汽车芯片的短缺则是由于汽车制造商在疫情初期疯狂的取消芯片订单导致的。而供应链的问题让美国不得不思考让制造业重新回归美国。而Intel与2021年任命格尔辛格为CEO，他的战略是让Intel购买第一台下一代EUV光刻机，预计2025年交付，第二是推出一个与三星和台积电直接竞争的代工业务，同时也在通过美国政府的补贴在美国建造晶圆厂。而后台积电计划在亚利桑那州新建一家工厂，三星计划在德克萨斯州扩建工厂。不过台积电把最先进的技术还是放在了台湾。与此同时美国国家安全员中关于是否利用芯片设计软件和制造设备出口管制威胁，迫使台积电同时在美国和台湾推出其最新工艺技术的讨论越来越多。

54.台湾困境

台湾局势紧张时，台积电董事长说：每一个人都希望拥有一个和平的台湾海峡。2021年7月16日05式两栖装甲车围绕海上战术进行训练。认为中国会毫不留情摧毁台积电是没有道理的，尤其是美国及其盟友仍旧可以使用Intel和三星的芯片厂。就算解放军进攻夺取台积电的工厂，不可替代的工具、关键材料和软件依旧需要从美国、日本和其他国家获取。中国的军事实力约强大，美国“保卫台湾”而冒战争风险的可能性就越小。解放军的导弹不仅威胁着美国在台湾地区周围的船只，还威胁着远至关岛和日本的基地。如果大陆向台湾施压，让大陆平等甚至优惠的使用台积电代工，那美国和日本也将做出回应，将先进机械和材料的出口施加新的限制。所以每一家在台湾海峡两岸投资的公司都暗中押注和平。而俄乌战争中，俄罗斯使用的导弹大多是非制导导弹，因为美国的限制俄罗斯不得不将洗碗机中的芯片拆分给导弹系统。俄罗斯对外国半导体技术的依赖给了美国及其盟友一个强大的杠杆支撑点。中国对半导体行业的投资，以及美国所依赖的芯片制造能力达多在解放军导弹的射程之内，美国和中国之间的竞争在半导体领域将是一场不那么平衡的较量。

读后：

这本书对与电子行业的从业者来说更像是一本介绍了半导体行业历程的历史书，书中将半导体行业的影响者、大事件和立体格局分析的非常清楚。半导体行业之所以能影响全球，更重要的还是这个发明给全人类带了长足的进步，小到一个MP3，达到存储着我们数字生活的数据中心，无处不在的半导体在改变着我们的生活，同时也引起独特的供应链形式影响着地缘政治。半导体的成功离不开市场的支持，巨大的研发投入需要有与之匹配的市场容量，一款芯片的研发动则上亿美元，还需要全球供应链共同努力，也让半导体成为了联结全球的重要产业之一。自半导体被发明至今78年的时间，世界进步的速度被提高到了一个难以置信的快车道，期待下一次加速文明进步的创造和发明。