芯片业历史溯源：不为人知的半导体故事

近些年来美国的无理封堵，半导体芯片这一行业被“卡脖子”越发受到国人关注，发展自主可控的芯片制造已成为战略任务。

山哥梳理了世界半导体产业发展的来龙去脉，当我们回看来路时，或许能更清晰当前所处的阶段和困难。

电子工业先锋—半导体器件晶体管的发明

晶体管可以理解成一个固态放大器，它的出现大大地改变了电脑和所有电子产品的历史进程。由晶体管发展出来的集成电路、电脑、电视、手机、通信网络，改变着人们生活方式。

半导体发展不得不提贝尔实验室。他是一个很庞大的机构，在上世纪四十年代末有5700个员工，其中包括两千名高水准技术人员，到了70年代中期，增加到一万七千员工，每年发表两千三百篇论文，七百个专利，大概是世界上最大的工业研究组织。

1945年，贝尔实验室成立了以肖克莱为组长，以及巴丁、布拉顿为核心的固体物理学研究小组。该研究小组于1947年12月发明点接触晶体管，并于1948年申请专利。

上世纪三四十年代，电子工业已是一个主要工业，真空管为主要元器件。但真空管的缺点是体积大、寿命短、耗电量大，对耗电少、体积小的固态放大器研发迫在眉睫。

二战后，贝尔实验室决定进行一个半导体研发计划，目标是要做成固态放大器。1945年7月，肖克莱领衔成立了半导体研究小组，并引进了杰出理论物理学家巴丁。

1947年11月21日，研究小组进行半导体放大器研发实验，在输出回路中观测到了微弱的放大电流信号。因此，有学者将这一天确定为晶体管的发明日。1956年，肖克莱、巴丁和布拉顿因这一发明获得了诺贝尔物理学奖。

肖克莱出生于英国伦敦，他的一生充满着争议，后来因种族歧视观点被唾弃。肖克莱于1956年2月在旧金山创办了肖克莱半导体实验室，并因此被称为硅谷的奠基人之一。但由于其独裁式管理作风，第二年实验室开发部门的诺伊斯、摩尔等中层干部集体离职，创立了仙童半导体。

张忠谋在求学时是肖克莱实验室的学生。张忠谋今年4月在演讲中回忆这位老师，说他讲课讲的不错。但是更令人难忘的是他的傲慢，当有学生问肖克莱问题，得到的回复往往是被奚落一番，认为问题很可笑。

巴丁作为晶体管发明人之一同样充满传奇。他因为在超导理论上的贡献获得1972年的诺奖，成为物理学史上唯一一位获得两次诺贝尔物理学奖的人。

集成电路（IC）发明改变了半导体产业

根据AMD工程师闻戈解释，半导体主要由四个部分组成：集成电路、光电器件、分立器件、传感器，由于集成电路占据80%以上份额，因此常将半导体和集成电路等价。集成电路也被统称为芯片。

在有集成电路出来之前，工业界要做一个电路，需生产大量分立元件，后来再把他们连接起来做成电路。集成电路则解决了这一困扰，可以把许多分立元件制造在同一半导体芯片上。

杰克-基尔比是IT业界公认的集成电路第一位发明者，拥有超过2米的魁梧身材，被称为伟大而温和的巨人。

1958年9月12日，在美国得克萨斯州德州仪器实验室，工程师基尔比成功地实现了把电子元件集成在一块半导体材料上的构想，这一天被视为集成电路诞生日。

2000年，在集成电路发明问世42年后，人们终于了解和感受到它的巨大价值，他当年被授予诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖评审委员会曾这样评价基尔比：“为现代资讯业奠定了基础。”

德州仪器董事长汤姆斯评价道：“我认为，只有福特、爱迪生、莱特兄弟和基尔比等屈指可数的人物，真正改变了世界和我们的生活方式。”

与肖克莱相反，基尔比生性温和。他对待实验室和工作团队伙伴都用启发式的教导方法，经常和工程师直接交谈，对待员工的耐心和指导从来都是毫不保留。

张汝京曾透露，基尔比一直对中国和中国人民非常的友好。第二次世界大战期间，基尔比在中国战区服役过，协助通信工作，他曾从云南省一路开车辗转到达西安附近，沿途中国人的友善让他印象深刻。

如今，集成电路（芯片）已经是信息产业的核心，中国也成长为全球规模最大、增长最快的集成电路市场。今年一季度，中国进口了939亿美元芯片，同比增长30%，预计2021年中国集成电路仍将快速增长。

超大型集成电路奠定今天半导体格局

随着集成电路元件越来越多，发展到某一阶段就形成超大型集成电路。上世纪70年代，决定半导体工业发展方向的，分别是微处理器（CPU）和半导体存储器发明，这两项产品成功奠定了今天半导体格局。

1968年诺伊斯和摩尔离开仙童公司，创立了英特尔，随后传奇CEO安迪-葛洛夫也加入进来，当时成立目的是为了做半导体存储器。

1969年，一家名叫比吉康的日本计算器公司委托英特尔做一系列计算器芯片。比吉康公司带来设计大纲和一组设计人员。英特尔公司设计人员在研究这个设计需求后，想到也许有一种更好方法来设计这种芯片，结果就是世界上第一个微处理器的诞生和一个新时代的开始。

英特尔之所以能首先发明微处理器，在于这是一家新公司，在接到日本这单需求之前只做半导体存储器，没有做过计算器芯片。因此，可以用新的眼光和方法来处理。

如果说微处理器是半导体工业的一只脚，那么记忆存储芯片就是另外一只脚。存储器芯片目前主要分为动态随机存取存储器（DRAM）和闪存（Nand flash）。

到2020年，全球半导体产业的年营收高达4662亿美元，其中存储器占比为44%超2000亿美元。

COVID-19冲击：半导体行业面临大变局

曾任台湾清华大学电子所李雅明教授认为，半导体影响远比产值数字要大得多，因为它是系统的核心。如果一个国家不能掌握半导体技术，那么其国防和经济命脉将掌握在别国手里。在美国心里，半导体是其立国的基本工业，重要性不言而喻。

从晶体管被发明出来，距今已逾70年历史，半导体最主要的创新和发明都发生在美国。然而，从上个世纪八十年代中期开始，日本、韩国和我国的台湾地区半导体迅速崛起。近年来，中国大陆也成为一股不容忽视的力量。

COVID-19大流行让半导体芯片似乎又走到了一个转折点，“缺芯危机”反映了全球供应链的脆弱。美国越来越担心目前芯片生产80%位于亚洲的现状，可能会影响其半导体创新的领先地位。

美国的企业和政界希望通过巨额补贴，在本土建立更多芯片厂，扭转过去数十年美国芯片制造份额下降的潮流（美国占比从1990年的37%下降到2020年的12%）。目前，中国内地芯片制造份额在15%以下，未来十年预计增长到24%。