## 《芯片战争》1：军民结合，但不是举国体制

今天开始我们来讲一本2022年10月4日刚刚出版的新书，《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》（Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology）。

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这本书的作者克里斯·米勒（Chris Miller）是塔夫茨大学的国际历史副教授。

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借用《纽约时报》书评的说法，此书情节跌宕起伏，就像是一部非虚构的惊悚片。

芯片事关中国国运，是当前中美之间竞争的焦点。用米勒的话说，第二次世界大战打的是钢铁和铝，冷战是被原子弹驱动，而现在中美之间的竞争，比的是计算机的算力，最直接的就是芯片。

中国是当今世界上第一大芯片应用国。2021年中国进口芯片的钱超过了4000亿美元，比进口石油花费的2倍还多。当然中国进口这么多芯片不仅是自用，其中65%-70%被用于制造出口的各种电子产品，比如iPhone。你是世界第一制造国，你就是世界第一芯片需求国。

但是，中国并不掌控芯片的研发和生产。

一二十年以前，咱们中国人经常感慨说有个「马六甲困境」，因为中东的石油运到中国一定要经过马六甲海峡，我们担心美国把马六甲海峡控制起来就可以在石油上卡中国脖子……现在已经没人提马六甲困境了。中国现在是在芯片上被卡脖子。

以前特朗普当美国总统，还只是制裁中国的华为、中兴几个公司而已；现在拜登是全面打压中国芯片的使用、研发和生产。

我们当然不服气。但如果你说中国应该独立自主地全面掌控芯片，那我觉得就太难了。

现实是，美国也不能独立自主地进行芯片的研发和生产。

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没错，美国也不能生产世界最先进的芯片。

世界最先进的芯片是台湾的台积电生产的。台积电有个工厂叫Fab 18，正在生产5纳米、试产3纳米的芯片，是人类有史以来最贵的工厂。像现在苹果公司的主力CPU是A系列和M系列，每块芯片上有超过100亿甚至200亿个晶体管。苹果设计了这些芯片，但是苹果自己并没有能力生产这些芯片 —— 全是台积电生产。

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台积电一家公司垄断了世界所有高端芯片的生产，美国对此深感不安。

咱先不提台海政治局势。台湾是处在一个地震带上，如果一场突如其来的地震让台积电停产，哪怕只是停产一个星期，对全世界的损失也是不可估量的，它会涉及到几千亿美元的产业，因为当今世界生产的大部分GDP都要用到芯片。

但是芯片制造并不是只有台积电这一个节点。要制造芯片 ——

首先你要设计，设计软件是美国的；

设计芯片用的ARM架构，本来属于一家英国公司，现在已经被日本收购了；

设计完成，芯片在台湾生产。但台积电并不能独自生产芯片，它需要的原材料是超纯的硅片，它生产芯片还需要特殊气体，这些只能从日本进口；

生产芯片必须使用光刻机，全世界只有五家公司制造光刻机，包括一家日本公司、三家美国公司，但是最高端的、达到极紫外波段的光刻机只有荷兰的ASML公司能制造；

芯片生产好，还需要封装和测试，一般在东南亚完成。然后成品芯片被送到中国，安装在各种电子产品上进入世界千家万户。

你看出来问题没有？如此重要的东西，它的关键节点只被这几家公司控制。这几家公司互相依赖：你会生产芯片可是你得买别人的光刻机；你能制造光刻机可你就是不会生产芯片。这些公司分散在几个国家和地区。拜登很希望美国独立制造芯片，但是美国做不到。

芯片行业是如何走到今天这个局面的呢？这是一个说来话长而又发人深省的故事。

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二战后，美国人逐渐意识到，将来最重要的军事技术不再是谁能生产多少钢铁了。导弹的时代已经到来，而给导弹导航需要计算。以前用飞机人工投弹，基本上等于瞎蒙；现在军方希望在导弹上现场做计算……可是没有足够的算力。

最早的计算机用的是笨重的真空管，体积超大、耗电量超高、经常出错，而且算力很低。美军导弹也用上了真空管，效果很差。但美军并没有制定一个“关于提高计算机算力的五年计划”，因为没有人知道应该怎么办。

事情的演变往往出于意外。

贝尔实验室有个物理学家叫威廉·肖克利（William Shockley），在1945年偶然发现了「半导体」。贝尔实验室研发表明半导体可以做成「晶体管」，用来放大电流，也许能用在助听器和收音机上。

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但肖克利进一步研究，在1948年把晶体管做成了「开关」，做成开关就意味着可以用于计算机的CPU [1]。贝尔实验室并没有特别重视，因为前景并不明朗。

贝尔实验室召开新闻发布会，说我们发明了晶体管……结果没有人在乎，《纽约时报》的报道发布在第46版。

但肖克利认为晶体管大有前途，他就自己成立了一家公司，网罗了一些非常厉害的年轻人来做半导体。可是肖克利虽然科研厉害，却不善于管理。后来有八个人从肖克利的半导体公司“叛逃”出去了，史称“八叛徒（traitorous eight）” 。这八人到加州硅谷成立了一家新公司，叫仙童半导体。

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八叛徒后来成了传奇，被称为是硅谷的创始人。其中有一人就是后来提出「摩尔定律」的那个戈登·摩尔（Gordon Moore）。而八人中最厉害的当属罗伯特·诺伊斯（Robert N. Noyce），是领军人物，后来被称为「硅谷的市长」。

晶体管比真空管小得多，又省电，所有人都明白晶体管必然要取代真空管。可是到底应该怎么做呢？最起码一点，把那么小、那么多的晶体管都用导线连起来，就是一个极其复杂的事情，那么多电线你怎么管理？

这时候诺伊斯的天才洞见来了。他把晶体管和晶体管之间的连线都刻在同一块材料上，根本就不用另外的电线。这样只要你设计合理，完全不用怕晶体管多。

这个东西，叫做「集成电路」，又名「芯片」。

一开始，集成电路的制造成本比传统的那种连线方式要贵50倍。但是你可以想见它市场潜力巨大。可是话又说回来，当时计算机并没有普及，连大企业都没有计算机，你说的市场又在哪里呢？

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就在这个时候，因为肯尼迪非要跟苏联比拼太空竞赛，美国要登月。

登月飞船需要携带一个计算机做实时的导航计算。如果用当时流行的真空管，你得做到冰箱那么大，它消耗的电力比整个宇宙飞船所产生的电力还要多，不可行。

仙童公司说我们发明了集成电路，做计算机又轻又省电，要不你们试试？NASA也没嫌他们没名气，做了一些测试，觉得可以。结果仙童的集成电路就用在了阿波罗11号上。那台计算机只有70磅重，一立方英尺大小。

仙童从登月项目中赚了大钱，一下子成长为拥有上千名员工、年销售额达到2100万美元的大公司。仙童设想，将来美军任何一个电子产品上都可以用我们的芯片。

事实也是如此。后来美军各种导弹上都用芯片，仙童一飞冲天。那么下一步自然就想如何让晶体管数目再多一些，把晶体管做的再小一点。这就需要全新的制作方法了。

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1957年，美国军方某个实验室的一个年轻化学家，杰伊·莱斯罗普（Jay Lathrop），想到一个好办法。比如你要看一个特别小的东西，你会用显微镜 —— 那如果把显微镜反向使用，让光从大头进入，它不就可以把一个大大的东西缩小吗？莱斯罗普的办法，就是我们现在熟悉的「光刻」。光刻能在当时就做出十分之一英寸大小的晶体管。光刻和照相机感光的原理差不多，而且他们一开始直接就用了柯达公司的感光技术。

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莱斯罗普在1958年加入德州仪器公司，开始实战。他们发现现有的材料纯度和精度都达不到要求，必须自己摸索制造。德州仪器的唯一办法是试错，做了很多实验寻找高效率的光刻方法。做这种事情需要懂技术的管理人员。

1958年的中国正在开展大炼钢铁运动。但同样在1958年，一个出身于中国大陆、上过哈佛和麻省理工学院的年轻人，加入了德州仪器。他很懂固体物理学，他能用自己的物理直觉帮助寻找最合适的实验参数。他又很会管理，因为管得严，德州仪器的员工都有点怕他。他管的生产线几个月之内就把产量提高了25%，然后德州仪器干脆安排他管理整个集成电路业务。

这个年轻人的英文名叫莫里斯·张（Morris Chang），中文名叫张忠谋。

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张忠谋1985年应邀到台湾担任工业技术研究院院长，然后他创办了一家芯片公司，叫台积电。

有了光刻技术，仙童半导体业务突飞猛进。军方仍然全力支持。1965年的时候，仙童95%的芯片都供应给了美国军方。但即便如此，罗伯特·诺伊斯也不希望跟军方走得太近，他希望仙童仍然是一家独立的公司，不想让美国国防部干涉公司下一步的研发计划。所以诺伊斯不遗余力地开发芯片的民用市场。

为了普及，仙童采用了不断降价的策略，芯片单价从20美元降到了2美元，最后甚至低于成本价。

结果美国计算机的年销售量从1957年的1000台增长到了1967年的18700台，民用市场打开了。风险投资公司纷纷把目光投向了硅谷。

这时候，仙童公司的管理方式有点跟不上了。员工能拿很高的工资，但是仙童不给员工股票期权。而大家都想发财，结果仙童解体了，最初创立仙童的八位大神开枝散叶，纷纷出去办自己的公司。结果证明这个时代比他们当初设想得还要好：他们不但可以发财，而且可以发大财。

其中诺伊斯和摩尔这两人合伙创办的新公司，叫做英特尔。

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我们总结一下芯片产业在美国最初的发展过程，大约有四个特点。

第一是技术领先于市场需求。并不是美国政府先说要有光，于是就有了光 —— 是先有了物理学家单枪匹马在半导体上的突破，甚至一开始人们并不知道它有多大用，才有了后面的应用市场。

第二是美国军方的支持至关重要，但这不是包办。不论是阿波罗登月计划也好、后来导弹订单也好、还是军方自己的实验室发明光刻技术也好，美军对芯片产业有巨大的推动作用。这也是我们专栏一再讲过的道理，打仗总是要用最先进的东西，技术也好管理也好，军队应该是最先进的组织。然而军方只是提供支持，并没有寻求掌控：那些高科技公司都保持着自己的独立性，最终坚定地以民用为本，才让先进技术普及开来。

第三个特点是故事充满意外。发明半导体的肖克利并不知道怎么经营好一个半导体公司，仙童公司取得了那么厉害的成绩，后来也没有跟上硅谷的时代发展。每个做对了最关键事情的英雄，都可能随后做错一些事情……你开创的时代可能会把你抛在后面。

第四个特点则是美国的创业环境极为自由。你这个公司或许还挺好，但只要我有个更好的主意，我就敢出去创办自己的公司。而事实证明这种做法往往带来新一轮创新。

这不是一个自上而下事先做好了计划的大工程，也不是靠美国两党出什么好政策，这不是「举国体制」的成功。

美国有美国的搞法，别人也有别人的搞法……比如苏联和日本就有不同的搞法，咱们后面再讲。

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注释

[1] 精英日课第二季，《柏拉图和技术呆子》2：硬件的大智慧

### 💡 精华要点
- 芯片产业在美国最初的发展过程，大约有四个特点：
- 1.技术领先于市场需求。
- 2.美国军方的支持至关重要，但这不是包办。
- 3.故事充满意外。
- 4.美国的创业环境极为自由。
