芯片与国运之战（2）：爱赌才会赢

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· 本文来源：刘胜军大局观（刘胜军微财经出品）

文｜刘胜军

“上帝决定了石油储备的位置，我们决定了芯片工厂的位置。”——英特尔CEO Pat Gelsinger，2001

在人类发明的产品中，最不可思议的当属芯片。从60年前一个尖端芯片上4个晶体管演进到今天的118亿个，是智慧的结晶，也是爱赌才会赢的结果。

美国开创芯片

半导体专业的科学家肖克利1955年创办了肖克利半导体公司。肖克利是天才的科学家（1956年获得诺贝尔物理学奖），但是糟糕的企业家，他手下的8名工程师集体辞职创办了“仙童半导体”。

“八仙”中的Eugene Kleiner后来成立了世界上最大的风险投资公司Kleiner Perkins；摩尔发明了摩尔定律；诺伊斯是八仙的领袖人物。1968年，诺伊斯和摩尔离开仙童，创办了英特尔。

英特尔三位一体：格鲁夫(左)、诺伊斯(中)、摩尔(右)

1961年，“仙童”发布了第一个硅芯片。摩尔定律的提出者摩尔，是仙童的联合创始人。他在1965年提出了摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。事实证明，这是20世纪最伟大的技术预测。

1958年莱斯洛普在用显微镜观察晶体管时，异想天开：显微镜可以拍摄一些小东西，让它们看起来更大。如果把显微镜颠倒过来，就可以缩小。光线通过物镜聚焦到涂满光刻胶涂层的锗上，倒置的显微镜就形成了完美的微缩版。光线照射导致光刻胶化学结构改变，被溶解，留下精确的小孔。这一个过程被称为“光刻”【2023年7月，中国发布关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告】。

1958年，张忠谋（后来创办了台积电）与莱斯洛普同期来到德州仪器，负责晶体管生产线。一位同事形容张忠谋：“他坐在那里，吸着烟斗，像一个佛陀，在烟雾的背后，是一个无与伦比的大脑。如果你没被张忠谋折磨过，你就没在德州仪器工作过。”

日本芯片崛起：令美国大跌眼镜

二战后，美国认为，一个强大的日本比弱小的日本风险更小。为此，美国决心让日本称为晶体管推销员。

盛田昭夫的父亲，是日本著名的清酒酿酒厂第15代继承人。1948年，盛田昭夫听说美国贝尔实验室发明了晶体管，意识到这个奇迹。1953年，盛田昭夫去美国拜访了AT&T高层，获得了生产晶体管的许可证。AT&T认为索尼生产助听器之类的就可以了。

索尼震惊了世界。索尼第一个推出的是晶体管收音机，一举轰动世界。

在盛田昭夫帮助下，德州仪器获得了在日本生产半导体的许可。

在硅谷眼里，日本不是对手，是一个咔嚓、咔嚓的国家（日本工程师喜欢在会议室不停拍照）。惠普一开始没把东芝、NEC当回事，后来发现日本公司的故障率只有0.02%，而美国是0.09%。日本人认为，美国善于创新， 日本善于实施。1953年，盛田昭夫第一次到美国出差，服务员对他说，“这个冰激凌上的小纸伞是你们国家生产的。”

80年代初，日立等企业卷入间谍风波，有员工被捕，成为《纽约时报》头版新闻。

80年代，日本在生产设备方面的投资比美国高出60%，64K DRAM芯片推出5年后，昔日的领导者英特尔只剩下1.7%的市场份额，日本对手则市场飙升。1990年，日本公司占全球芯片制造工厂和设备投资的一半。

1981年CGA（美国地球物理公司）被誉为美国最热门高科技公司之一，是光刻技术的领导者。随着日本芯片的崛起，CGA收入下降2/3。尼康的份额超过了CGA。1993年，CGA关门大吉。

1978年，美国企业垄断了全球85%的光刻设备，十年后只有50%。到80年代末，日本占据全球70%光刻设备，美国仅占21%。

1986年美国策划对日贸易战。日本被迫同意对DRAM芯片的出口设定配额，减少向美国出口的数量。

1989年盛田昭夫、石原慎太郎出版《日本可以说不》。石原慎太郎指出，“日本在半导体至少领先美国5年，差距在扩大。从这个意义上讲，日本已经成为一个非常重要的国家。”一个日本教授甚至宣称，“美国的未来是一个首要的农业大国，一个大号的丹麦。”【2022年美国通过《芯片与科学法案》，旨在为半导体公司提供390亿美元的财政援助，为半导体制造投资提供25%的税收抵免，吹响了重新争夺芯片制造的号角】

英特尔的豪赌

60年代，IBM工程师Robert Dennard设想通过晶体管反复给电容器充电，这种芯片被称为“DRAM”（动态随机存储器），成了计算机存储器的核心。

1972年，加州理工教授米德预言：未来十年，我们社会每一个方面都将在一定程度上实现自动化。从电话、洗衣机，到汽车，内部都会有一台微型计算机。

《只有偏执狂才能生存》的作者格鲁夫，在担任英特尔总裁时问摩尔，“如果我们被开除，董事会任命的新首席执行官会怎么做？”摩尔说，“摆脱存储器”。最终，DRAM的发明者英特尔决定：放弃存储器，把DRAM市场拱手让给日本。

随后，英特尔进入了个人电脑时代，实际上垄断了个人电脑的芯片。

日本最大的错误就是错过了个人电脑的崛起。1992年，押宝成功的英特尔，重新成为世界最大芯片制造商。1993年，美国重返半导体发货量第一。

韩国：渔翁得利

三星创始人李秉喆，最早从事鱼干和蔬菜生意。他在参观硅谷时受到了震动。

1983年，李秉喆宣布：将三星的未来押宝在半导体上。三星的出现，正合美国的心意。诺伊斯告诉格鲁夫：“有了韩国人，日本的倾销策略就不会成功垄断全球DRAM芯片。”于是，美国不仅为三星提供市场，还提供了技术。

1998年韩国取代日本称为全球最大DRAM生产国。日本的份额从80年代末90%降至1998年20%。

台积电的“定位豪赌”

张忠谋在德州仪器工作20多年后，被放了鸽子。1985年，台湾经济负责人李国鼎聘请张忠谋为台湾工业技术研究院院长。

张忠谋的创业需要技术，但被德州仪器和英特尔拒绝了。最终，荷兰飞利浦出资5800万美元和技术，换取台积电27.5%的股份。

张忠谋的豪赌在于：承诺台积电永远不设计芯片，只制造芯片，不与客户竞争。他的代工模式，催生了数十家“无晶圆厂芯片设计公司”。

张忠谋的接班人蔡力行，推销裁员节流。很快，他被张忠谋解雇。张忠谋认为，在芯片行业，大力投资才能赢得未来。

EUV光刻机：当今时代最大的技术豪赌

1992年，当时光刻机使用的深紫外光波长193纳米，人眼看不见。大多数人认为，更小的极紫外光不可能大规模产生。

1992年，英特尔副总裁John Carruthers来拜访格鲁夫，提出13.5纳米的构想。格鲁夫说，“你打算把钱花在我们甚至不知道是否会奏效的事情上？”John Carruthers说：这叫研究。格鲁夫问摩尔怎么办？摩尔说，你有其他选择吗？最终，英特尔给了对方2亿美元开发EUV光刻技术，不仅如此，英特尔花了数十亿美元进行研发、又花了数十亿美元学习如何使用EUV光刻芯片。但是，英特尔从未计划自己生产EUV设备。

1984年，荷兰飞利浦剥离了光刻部门，创建了阿斯麦尔。阿斯麦尔决心押宝于EUV光刻设备。阿斯麦尔的幸运在于，美国将其视为取代尼康和佳能的希望。

由于尼康、佳能被排除在美国国家实验室之外，两者决定放弃EUV，结果阿斯麦尔城了世界唯一的EUV光刻设备公司。2001年，阿斯麦尔收购了美国最后一家光科技公司硅谷集团。

台积电、阿斯麦尔，都是靠飞利浦的支持起步的。当初，两者都是行业的小不点。谁也没料到，两者的合作，引发了芯片行业的革命。

2012年，英特尔向阿斯麦尔投资40亿美元。三星、台积电也向阿斯麦尔投资。

阿斯麦尔也投资其他人。2016年，阿斯麦尔向德国蔡司提供10亿美元研发资金。阿斯麦尔还收购了好几家供应商，尤其是西盟，该公司提供了不可替代的光源。

EUV光刻机，花费了数百亿美元、用了几十年时间才大功告成。EUV光刻机的复杂性令人难以置信：1）每台光源需要45万7329个部件。为了产生光刻光源，以每小时200英里的速度在真空中射出一个直径为3千万分之一的小锡球，脉冲将锡球轰成50万摄氏度的等离子体（比太阳表面热很多倍），这个轰锡过程每秒重复5万次，才能产生所需强度的EUV。2）光刻机需要反射镜，德国蔡司开发的反射镜，如果按比例放大到德国的面积，其最大的不平整度是十分之一毫米。蔡司宣称，可以让激光精确击中月球上的高尔夫。3）每个零部件平均使用3万小时（4年）才需要维修。4）光刻机如此复杂，如果没有阿斯麦尔的充分培训，用户不可能知道如何使用机器。

技术路线之赌

光学显影技术是摩尔定律能够延续的关键技术之一。2001 年，主流的“干式微影技术”遇到了瓶颈。此时一个关键人物登场：台积电前研发副总经理林本坚。

生于越南的林本坚提出了一个大胆的“逆向思维”：与其在 157 纳米撞墙，不如退回到 193 纳米，将介质从空气改为水，以水为透镜，将光束波长缩短至 134 纳米。这一原理类似于把筷子插入水中，水里的筷子看上去折弯了。这是研发路线的一次分道扬镳。

2002 年林本坚在国际会议上提出上述设想，遭遇反对：水介质易被污染，水泡会影响曝光……台积电前共同营运长蒋尚义说：

• 当年确实有大公司高层表达严重关切，希望我能管管林本坚，让他不要搅局。

在张忠谋和蒋尚义支持下，台积电、阿斯麦于 2004 年研制成功第一台浸润式微影机，日本尼康和佳能投入巨资研发的 157 纳米干式微影技术彻底打了水漂。如今，台积电已成全球最强大的芯片制造企业，没有之一。张忠谋说：

•如果没有林本坚团队，台积电的微影不会有今天的规模。

这一技术影响深远。阿斯麦 CEO 说：

• iPhone 能出现，是因为浸润式微影技术，确实如此。

这一次英特尔赌输了，英伟达赌赢了

乔布斯来到英特尔，希望后者为iphone生产芯片。最终，英特尔因为预测失误而拒绝了iphone。后来，iphone的销量是所有人想象的100倍。

如今，英特尔的市值仅有苹果公司的1/20。

iphone选择了ARM架构。

1993年，英伟达成立。英伟达打赌，图形的未来将是复杂的3D图像。英伟达设计了能处理3D图像的GPU芯片。为了开发CUDA（统一计算设备架构），英伟达花费了至少100亿美元。在人工智能时代，英伟达腾飞了。最近，英伟达市值突破万亿美元，相当于7个英特尔。

面对人工智能，英特尔的芯片设计不佳，成本过高。CPU需要一个像素一个像素处理图像，而GPU可以一次处理很多像素。

面对拜登政府不断加码的芯片禁令，最近英伟达创始人黄仁勋警告美国官员：“如果我们被剥夺了中国市场，我们是没有应急措施的，（世界上）没有另一个中国，只有一个中国。中国市场不可代替；若无法与中国进行贸易，将对美国企业造成巨大的损害。如果（中国）不能从美国购买，他们就会自己制造。美国必须小心，中国是非常重要的技术产业市场。”

令人头大的芯片生产

英伟达的芯片，由台积电生产。

高通公司涉入了新的领域：移动通信网络芯片。高通公司多次考虑自己生产芯片，最终因为太复杂而作罢，只得外包给三星、台积电。

AMD宣布将芯片设计和制造一分为二，华尔街欢呼雀跃。制造的部分成为“格芯”。

IBM领导层认为，芯片制造在经济上毫无意义。最终，IBM将其芯片制造出售给格芯。

到2015年，台积电占据全球芯片生产50%以上，格芯、台湾联华电子各占10%。三星仅5%。但如果将三星自主设计的芯片计算在内，三星的产能比台积电还大。

步入21世纪，芯片分为三类：逻辑芯片（用于手机、计算机、服务器的处理器）；DRAM存储芯片（短期内存）；NAND（闪存）。

如今，建设一个逻辑芯片工厂需要200亿美元。2018年，已经购买了几台EUV光刻机的格芯，突然宣布放弃追求7纳米，将自己定位成“中型芯片制造商”。于是，逻辑芯片的生产者从四家减少到三家。最先进的芯片，如今只有三星和台积电可以生产。

2015年，英特尔进军芯片制造业，但失败了。关键在于，台积电是中立的，而英特尔几乎和所有的客户竞争。但英特尔是贼心不死。2021年，英特尔新上任的CEO Pat Gelsinger宣布：与阿斯麦尔达成协议，让英特尔购买第一台下一代EUV光刻机，2015年交付。他说，“上帝决定了石油储备的位置，我们决定了芯片工厂的位置。”

最近，新一轮的豪赌已经开局：三星正在得克萨斯州泰勒市建造一座价值170亿美元的芯片制造厂；英特尔在一周之内宣布将投资46亿美元在波兰、250亿美元在以色列（这也是该国有史以来最大规模的国外投资）、330亿美元德国建芯片厂，豪掷626亿美元；台积电在美国亚利桑那州建厂，斥资400亿美元，一期工程预计在2024年开始生产4nm，二期工程在2026年生产3nm。

参考资料：

米勒，《芯片战争》，浙江人民出版社。

谢志峰、陈大明，《芯事： 一本书读懂芯片产业发展史》 ，上海科学技术出版社。

刘胜军

坚持讲真话的经济学家

政治经济学+大历史观

2014 年参加总理经济座谈会

天俱时集团首席经济学家

刘胜军微财经创始人

致公党上海市经济委员会委员

山东省人力资源发展促进会首席专家

著有《下一个十年》

山东·菏泽·定陶人