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2020年8-9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。
