事实上,大部分时间,我们都在和芯片打交道,芯片给我们的生活提供了极大的便利。
芯片不仅在各种电子科技类产品中扮演重要角色,它作为一种像石油一样的宝贵资源还在更广泛的领域发挥作用,例如经济、军事、医疗、交通等。作为工业“粮食”,芯片对任何一个国家来说都是很重要的资源。可以说,哪个国家在芯片设计和制造领域保持领头羊,就能在科技和经济等领域产生巨大的优势。自芯片问世以来,美国、日本、韩国以及欧洲各国,都在芯片设计和制造领域进行激烈的竞争,以图赢得这场立足于科技之上的战争。小小一片芯片的制作需要各种技术合作,而各种不同的技术掌握在不同的国家手中,与传统意义上的战争不同的是,芯片战争需要在合作的同时,争取拿到更多的主动权,更需要国家自身的不断强大和持续发展。所以,芯片战争又被称为“没有士兵的战争。”
在科技快速的提升的今天,芯片很重要。但它到底有多重要?为什么重要?乃至于为什么常常被称为“卡脖子技术”?
《芯片战争:世界最关键技术的争夺战》这本书从冷战时期的芯片战争讲起。二战以后,随着计算机的发展,迫切地需求体积更小的电脑,于是科学家将电路制造在半导体表面上形成集成电路,这就是最初的芯片,芯片的诞生大大缩小了计算机的体积,芯片应运而生。芯片被美国NASA看中,在研制阿波罗登月飞船的时候,就用上了芯片。最早生产芯片的公司之一是仙童半导体,它也是硅谷走向繁荣的引领者之一。仙童在1960年销售的第一款芯片有四个晶体管。今天,苹果iPhone 14芯片中的晶体管数量是150亿个。美国政府是芯片行业起飞的关键。在芯片商业化的前5年里,约95%的Fairchild芯片被美国宇航局(NASA)或美国军方购买。美国人发现了芯片的价值,对芯片的开发与制造起了巨大的推动作用。尽管民用市场很快超越政府部门成为芯片的最大买家,但美国半导体资本和美国政府直到今天仍保持密切联系。
美苏之战第一场芯片战争,以苏联的失败告终。米勒分析了苏联芯片失败的几个原因。首先芯片的生产是一个合作共赢的局面,而且必须大规模量产才有利润,而要量产,必须得有可靠性。美国任何一个芯片制造商都不是独自制造芯片,其可靠性依赖其他公司的支持,需要光学、化学、材料、机械等等各方面的高科技公司做配套,光有美国公司还不够,还需要德国、英国、法国这些国家的先进工业一起帮忙,才能批量生产高规格、高质量的芯片。苏联的煤炭和钢铁工业很厉害,在先进制造业上却是不行的。苏联没有那些配套公司,芯片生产的质量、纯度都不行。
再者,芯片生产的全部过程中有很多所谓的“内隐知识”,是你在现场上手,但是没有写在纸上的各种小窍门,这么多东西苏联是没法抄的。
但是苏联领导人从来都没有想明白这些道理,整个苏联的半导体部门是一个制,自上而下,由军方指导,一切保密,所有的订单都供给军方,绝对没民用。苏联科学家和工程师没有一点自主创造的空间。到现在,苏联半导体随着苏联的解体,已经被人遗忘在历史的尘埃里了。但美国,却形成了以硅谷为核心的世界顶尖行业圈。
与苏联不同,日本在芯片发展上采取了“打不过,就加入”的策略。美国的半导体行业以硅谷为核心,日本不是复制这个圈子,而是加入这个圈子。日本的半导体产业,跟美国绝大多数都是一个共生的关系。美国生产最先进的芯片,日本生产稍微落后一点的芯片。美国有强大的军工市场,日本则擅长制造提供给普通消费者的电子科技类产品。日本做芯片做得很理直气壮,不用偷技术、不用抄袭,直接拿许可证,而且老老实实地把自己生产芯片销售额的 10%交给几家美国公司做专利费。日本政府还允许像德州仪器这样的美国公司直接到日本建厂。这个共生策略非常成功。日本经济快速地增长,两国的产业绑在了一起。可以说,日本促进了半导体消费品大规模民用化的进程,开创了电子科技类产品的全球市场,甚至在美国的民用消费市场也占有了很大一部分份额。
美国主动寻求对日本半导体的“去依赖”,因此在政策打压日本半导体产业的同时,还积极扶持韩国半导体企业对日本实现替代。韩国有个卖海鲜起家的公司叫三星,三星创始人叫李秉喆,李秉喆发达了就想做芯片。按照亚洲模式的习惯,韩国政府全力支持。而美国人也想明白了,干脆把低端生产业务全都外包出去,韩国想干就让韩国干,美国公司腾出手来,专注高端研发业务。你们那边越廉价,我这边越挣钱。美国公司直接向三星转让了制造芯片的技术,英特尔还允许三星把芯片挂英特尔的牌子。又赶上美国跟日本打反倾销官司,就给了韩国公司巨大的机会,韩国趁机崛起。
美国以日韩为依托,在东南亚建立了大量的代工厂,芯片的市场,也成为美国主导下的地理政治学游戏。半导体行业公司也形成了自己的行业模式IDM,即垂直整合制造模式,典型的如德州仪器、Intel,他们自己设计芯片并且自己生产和封装。直到台积电的出现,它以屠龙者的姿态,改写了整个行业模式。
台积电的创始人张忠谋1931年出生于浙江宁波,他有一份近乎完美的简历:高中就读于爱国教育家张伯苓所创办的重庆南开中学,而后在美国哈佛大学完成本科,研究生则在美国麻省理工学院毕业。这份履历,无论在当时还是现在都是当之无愧的学神。
早在20世纪70年代中期,张忠谋还在德州仪器工作时就思考过一个概念,创立一家半导体公司,生产客户设计的芯片。1976年3月,张忠谋向德州仪器的其他高层建议这种新的商业模式。然而,德州仪器的其他高级主管并未被他的概念说服。当时是1976年,每家设计芯片的公司都有自行生产芯片的工厂,但张忠谋预测Fabless的公司,即只设计和销售芯片、不从事生产的公司,很快就会出现。那时德州仪器的利润很好,所以把赌注下在还不存在的市场是很冒险的做法,所以那个概念后来不了了之。但张忠谋从未忘记晶圆代工的概念。他认为,跟着时间的推移,这种概念正逐渐成熟,尤其是在康维与米德的芯片设计革命后,让芯片设计与制造的分离变得更容易,这不亚于古登堡发明活字印刷机。
芯片制造是一个门槛高、周期长、投资大的产业。建一座晶圆厂,动不动就是数十亿美元,甚至上百亿美元,民间资本投入越来越吃力,目前全球的半导体制造投资都在向政府投资集中。
为什么台积电公司仅仅凭借做芯片工厂就能做到如此成功?在芯片业,张忠谋的代工模式借由降低创业成本,促成了数十家只设计和销售芯片,而将生产芯片的工程外包出去的公司的出现,这一些企业把芯片的算力应用到各种终端,从而改变了科技行业。
最终,新的垄断出现了。台积电的事业在二十世纪九十年代蒸蒸日上,芯片的制作的步骤一直在改进。张忠谋想成为数字时代的古登堡,最后他的影响力是更强大深远。当时基本上没有人意识到,张忠谋、台积电,以及中国台湾地区正在逐渐主导世界最先进芯片的生产。
当时,任美国总统的特朗普禁止向华为出售美国制造的芯片。这一招对华为来说还构不成致命威胁,因为华为海思部门设计芯片的能力已经很强,可完全自己设计芯片,而且是台积电代工,相当于台湾制造,美国动不了根本。
美国看这一政策无法给华为致命的打击,又想出了新的招数,禁止荷兰的ASML公司把极紫光外光刻机卖给中国。由于美国生产了ASML的一些关键零部件,所以美国不需要直接搞什么政治霸权,更不需要走什么法律程序,直接从芯片产业链的逻辑上把中国的脖子卡住了。
芯片行业是一个极为特殊的行业,有自身的逻辑和发展规律,它只有几个关键节点,设计软件用的是美国的,高端光刻机是荷兰的ASML,但是ASML主要的专利和关键零部件供应是美国的;生产高端芯片只有英特尔、三星和台积电三家;原材料硅片是日本的,而且日本听美国的。芯片跟政府,跟地理政治学有紧密联系,它具有脆弱性。最先进的芯片只有几家公司能生产,如果这几家公司出了问题,那就是整个行业,连带使用芯片的相关行业都要出问题。
总结而言,防止你卡我脖子的最好办法不是我独立自主,而是确保我也能卡你脖子。
从芯片历史上可以明显看出,半导体行业统治着世界。随着科学技术的发展,芯片战争在当下以及将来,都会是各个国家综合国力竞争的主战场,这既是各个国家科技与经济的持久战,也是一场大国之间的政治博弈战,对于中国来说,任重而道远,从米勒的角度来看芯片战争,可以给我们一个不一样的视角,不一样的观念,不一样的启示,中国芯片怎么来面对芯片战争最新的升级,是退缩还是加倍努力,一切都值得期待!