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芯片产业的发展历程与大国博弈《芯片战争》

齐观晨会
2024-09-07

The following article is from 天下齐观 Author 老齐读书

芯片战争 1:芯片的由来

各位书友大家好,欢迎继续来到老齐的读书圈,2023年,我们可能会经历一场重大的技术革命,这就是人工智能产业革命,而这种技术革命,一定会有芯片半导体的参与,2023年下半年很可能也会出现全球半导体的周期拐点。但其实对于我们绝大多数人来说,芯片半导体都是一个十分高大上的区域,我们并不太了解这个产业的现状,今天我们就找来一本书,就叫做芯片战争,简单回顾一下芯片的发展历史,这本书是2021年华中科技大学出版的,作者叫做余盛。是个企业咨询专家 ,也是个财经作家,他也并非是科学家研究员,所以对于这种高精尖的产业认知,也不可能全对。甚至还会有很多的局限性。

另外,芯片这个行业,会遵循摩尔定律,2年基本就会发生天翻地覆的变化,所以很可能我们在播出这本书的时候,整个行业已经变化了。甚至当您听到这本书的时候,这本书的内容,已经成了历史。到时候,我们再做相应的更新吧。

作者上来就说,中国制造早就已经名满天下,但是最近几年,中美摩擦之后,大家才突然反应过来,居然还有这么一大块短板,我们每年现在芯片的进口额,甚至超过了石油。如果欧美断供我们最先进的芯片,我们将束手无策。这也成了我们最大的被卡脖子的短板,这种情况之下,我们在努力的想要发展半导体产业,但是做芯片,可不比其他,这属于是最尖端的技术产业,需要有相当的积累。这本书从商业的角度,带着大家回顾一下整个芯片的产业的发展史。把国际巨头,英特尔,三星,海力士,美光,德州仪器等等都讲清楚,也把中国的几个未来之星,中芯国际,兆易创新,中微公司,紫光国微,寒武纪的前世今生,做一定的分析。总之,芯片的全球战争已经打起,我们有能力赢下这场高科技的较量吗?

华为受到制裁,大家都知道,本来麒麟芯片大有可为,是唯一能与苹果对抗的,国产5纳米工艺芯片。但是在2020年,麒麟芯片就无法再生产。美国商务部下令,任何厂商,没有许可证,都不能给华为设计和制造芯片。华为旗下的海思半导体,瞬间面临无米下锅的尴尬。但一开始,华为还是绕开了禁令,自建系统,自建生态应用,但很快,美国进一步升级,只要用到美国技术,就都属于受限范畴。很快台积电宣布,无法再向华为供货。他是华为5纳米制程芯片的唯一供应商,另外有能力供货的就是三星和英特尔,但他们显然也不可能绕开美国禁令,为华为代工,所以这也就意味着,麒麟芯片,彻底被断供。以至于华为手机后来始终无法实现5G版本。

至于中国大陆自己的晶圆代工厂,作者说,目前中芯国际已经实现了14纳米技术,7纳米还在研发当中。所以根本不可能为华为提供5纳米先进制程的芯片。那么,我们为什么生产不了5纳米芯片呢?主要是因为缺乏关键设备,也就是那个光刻机,目前只有荷兰的阿斯麦一家企业能生产,极紫外线光刻机。中芯国际之前企图定了一台,但因为受到美国阻挠,而拿不到货。中国本土光刻机生产商,还停留在90纳米制程芯片的光刻机,所以差距不是一般的大。

到了20208-9月,美光,三星海力士也相应宣布,不再向华为提供存储芯片,一时之间中国企业被扼住了咽喉。这几年我们最大的一个国内基本面,就是要搞半导体芯片的国产替代,说白了也就是挣脱这只扼住咽喉的手。这个事我们一直在努力,但暂时还没有定论。技术差距依旧很大。

那么为什么小小的一个芯片,中美差距如此之大呢,我们还得从他的历史讲起。大家都知道爱迪生发明了电灯泡,但其实也是爱迪生,开启了电子学的大门。后来人们就知道,高温会导致金属物质上的电子活性增强,并产生游离现象,如果有正电压强力吸引,电子就会在真空状态中流动。于是英国人费莱明就造出了全世界第一支二级真空电子管,也就是我们说的二极管。后来又有人,在里面加了一个电子,从而形成了一个三极真空管。让信号的无线传送成为可能。为广播电视等无线电技术,铺平了道路。

但是一开始的真空管,体积大,易破碎,还得加热才能使用。导致启动很慢,二战当中,他的缺点暴露无遗,让真空管雷达极不稳定。用真空管做出来的电子计算机,重量超过了30吨,占地170多平方,耗电量惊人。平均每15分钟,就要烧坏一个真空管。而且这样的计算机,还几乎啥都干不了,只能算数。如果当年有网民,一定会喷死这个东西。即便用现在的眼光看,也觉得这是一个毫无用处的创新。

所以真空管的发明人,干脆把专利给卖了。卖给了美国电话电报公司,也就是AT&T,他的前身就是美国贝尔电话,当时他的利润极其丰厚,所以有的是钱,还创建了贝尔实验室。他们买下这个专利的目的是为了改造他。用半导体制造一个电子管,替代真空管的作用。到了1947年底,才获得成功。搞出了晶体管。在体积,重量和能耗上,都要远小于真空管,而且结实耐造。

但遗憾的是,贝尔实验室,并没把他用到通信领域,而只是接着研究,或者出售专利赚钱,这已经成为了贝尔实验室重要的商业模式。后来美国政府反垄断,让AT&T开放贝尔实验室的技术,给他的竞争对手。于是有二三十家企业,以极低的价格,获得了这个晶体管技术授权。其中就包括通用电气和美国无线,还有IBM和摩托罗拉,也都把晶体管技术,拿去做通信领域的研究。

1954年,贝尔实验室做出来了第一台晶体管计算机,是当年真空管计算机效率的200倍。而且功耗低了很多。但直到此时,晶体管的主要材料都是锗这个金属,但是他的价格太贵,也不怎么耐造,所以后来大家就不断地找替代品,最后发现硅这个东西似乎更合适。但唯一的麻烦就是提纯温度更高,制作起来对技术的要求更高。于是就有一家公司,盯上了这个痛点,这就是现在大名鼎鼎,当年非常不知名的德州仪器。

这家公司原来是做石油勘探的,二战期间给国家生产国防电子产品,慢慢的电子部门成了支柱产业,他也得到了晶体管技术的授权,而且他们也很有战略眼光,甚至直接去贝尔实验室挖墙脚。一个叫做 戈登蒂尔的人,跳槽到了德州仪器,他的理由很简单,就是想回故乡工作。但那会德州可不是什么好地方,基本被视为一个只有石油和牛仔的蛮荒之地。大概相当于中国40年前的深圳。

1954年,蒂尔终于研发出了一个可商用的硅晶体三极管,当时就震惊了整个学术界。美国军方,马上跑到德州仪器,下了大单。大规模采购硅晶体管,用于雷达和导弹系统。军方对于这种稳定性的材料,需求度极高。价格完全不是问题。所以在整个50年代,其实美国军方,才是支撑半导体行业快速发展的第一大客户。后来,美国人又跟苏联让在航天领域对抗,无论是卫星还是火箭,美国人都尽量使用硅管,这也支撑了硅谷的需求。

后来德州仪器还发明了,第一台晶体管收音机。也投入巨资建立了硅管生产线,批量生产能力启动,让价格从16美元,降到了2.5美元。作者说,当年的收音机跟现在的手机差不多,当时卖50美元一台,相当于现在的1000美元,而德州仪器一年就卖出去了10万台。

但是当时德州仪器却并没怎么赚钱,甚至这个业务还是亏欠的,他的目的就是规模。有了规模他就能进一步把硅的价格打下来,这样锗的性价比就会越来越差。一旦大家都只能用德州仪器的产品,那么他就会代表整个半导体产业。

后来,美国军方又提了一个要求,说我们的航空母舰上,有35万个电子设备,这太复杂了,你们能不能把电子元器件整合在一起。让他们彼此相连,给我们提供一个半成品。这样稳定性会高很多,其实这就是最早的集成电路的想法。当时有两种逻辑,1是用薄膜制造各种器件,2是做微模块。

1958年一个新入职的工程师杰克基尔,正在德州仪器加班。他认为微模块的技术路径是错误的,对这个项目没啥兴趣,但他有一天突发奇想,能不能将所有的元器件,都集中在一个小小的半导体芯片上,然后让他们相互链接呢?干脆做一个小型的微型电路出来。这其实就是芯片的由来,明天我们继续来讲。

本内容节选自芯片战争本书已经播出
本书内容,只免费播出一集
近期我们还播出了如下书籍:

《经济学的意义》

工作伦理的形成《工作 消费主义和新穷人》

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