芯片驱动力

本文来自微信公众号：经观书评 （ID：jingguanshuping），作者：王豫刚，题图来自：视觉中国

“芯片就是21世纪的原油”，在经历了过去几年的全球“芯片荒”之后，将1973年石油危机拿来做半个世纪后的譬喻，已经不是新鲜事。2022年3月，英特尔 CEO帕特·基辛格（Pat Gelsinger）就声称：“过去五十年里，油田的位置决定了全球地缘政治。未来五十年，地缘政治将由科技供应链和芯片在哪里生产决定，就是这么重要。”

对于中国经济来说，芯片的“依存度”超过原油早已成为现实。据海关总署公布的2022年进出口主要商品数据，集成电路进口总金额为4155.79亿美元，占比达15.30%。而同期原油进口金额则为3655.12亿美元。而这一数据背后，是已持续近5年的中美“芯片战争”。

5年间，美国对中国芯片产业的限制不断升级，从只是限制华为、中兴等个别企业采购高性能芯片，到开始全面限制各种半导体材料、设备和制成工艺，以及美国专利技术的对华出口。

2023年5月12日上午11时，2022年位列全球市场份额第四的中国智能手机制造商OPPO宣布终止自己已经投入四年、员工数千人的芯片设计业务哲库科技（ZEKU），研发团队将彻底解散。在此之前，OPPO推出了两款自研芯片马里亚纳X和马里亚纳Y，分别用于影像处理和蓝牙音频。OPPO称，全球经济和手机市场“充满不确定性”，因此进行了战略调整。但业界分析认为，利润和经济考量只是一个方面，被美国“制裁”的隐忧才是这一决定背后不可言说的原因。

中方亦有举措：2023年5月21日，中国政府宣布美光公司产品存在较严重网络安全问题隐患，未能通过网络安全审查，而美光是目前美国仅存的存储芯片生产厂商。

2022年8月，美国总统拜登签署了《芯片和科学法案》，计划拨款520亿美元用于激励美国芯片制造，同时拨款数百亿美元用于未来的科学和研发投资。法案通过后，白宫发布了一份新闻稿，承诺这项立法将“降低成本”“创造就业机会”“加强供应链”。

但在《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）》一书作者、美国塔夫茨大学弗莱彻学院国际史副教授克里斯·米勒看来，美国国会通过这项立法的原因其实很简单：在中国以外的地区提供额外的芯片制造能力，作为战时保险。

尽管我们的日常生活早已离不开芯片，但这仍是一个“看不见的市场”。若不是华为因为制裁而被迫退出5G手机生产行列，绝大部分消费者对“芯片战”大约也只能看个热闹，毕竟芯片乃至整个半导体产业都是“To B”业务，以芯片作为母题的通俗大众读物在出版市场上，也是在近两年才开始成为热门。

前述的《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》一书在2022年10月出版后，正是借了《芯片和科学法案》的“东风”，20天内就在亚马逊图书榜的“国家与国际安全”、“经济史”和“国际经济学”三个类目中分别排到第1、第2和第4名，此后更是一举夺下多个图书奖项。

《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》

[美]克里斯·米勒 /著，蔡树军 /译

之江文化 | 浙江人民出版社，2023年5月

此前，国内的商业财经作者余盛已经于2022年1月出版了一本《芯片战争》，可以说是基于中方立场的叙事，中美这两本同名作品的组织方式和写作角度并不相同，若论与米勒著作比照而读的国内作者作品，可能由汪波所著，浙江教育出版社2023年4月出版的《芯片简史》一书更合适一些。如无特别标注，在本文中所评论的《芯片战争》内容，指的均是前述克里斯·米勒所著的这本。

《芯片战争》，余盛 /著

华中科技大学出版社，2022年1月

“军备竞赛”：集成电路与“抵消战略”

美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency），简称DARPA，是美国国防部属下的一个行政机构，负责研发用于军事用途的高新科技。其前身先进研究计划局（ARPA）始创于1958年，1972年更为现名。自成立伊始起，DARPA的宗旨就是开展“改变游戏规则”的高风险、高回报技术研发，“避免技术突袭并谋求对对手的技术突袭”，美国航空航天局（NASA）也是在1958年成立的，其共同背景便是1957年10月，苏联抢先发射成功了人造卫星。

《芯片战争》第一部分的展开引子，正是美苏第一轮太空竞赛，这实质上也是洲际导弹竞赛，这一阶段一直到越南战争结束为止：集成电路产业最早的两家企业德州仪器和仙童半导体，其启动芯片量产的第一桶金，分别来自阿波罗登月计划的采购和“民兵Ⅱ型”洲际导弹的采购。

阿波罗计划让仙童在两年内销售规模翻了40倍，而德州仪器占到美国空军芯片采购总金额的60%，1964年，德州仪器销售的所有集成电路中有20%用于了“民兵”导弹计划。也正是在德州仪器，张忠谋从一开始就主导了集成电路规模化生产的工艺流程，为他后来成功创立台积电打下了坚实的基础。而英特尔创始人安迪·格鲁夫，则是当时仙童半导体的制造工艺主管。

后来，DARPA和NASA又在1980年代孵化出了高通——太空通信系统的承建商，但高通很快就进入了民用领域，冷战时期的帕洛阿尔托充满了美国国防部的供应商，直到现在，马斯克和他的SPACEX还和NASA有着极为密切的关系。

在新近出版的《帕洛阿尔托》一书中，美国左翼作家马尔科姆·哈里斯（Malcolm Harris）将硅谷的繁荣起点归结为冷战白热化阶段的“军事凯恩斯主义”政策，也正是国防采购的不计成本，才使得早年尚不能大规模自动化生产、需要“晶体管女孩”们手工装配的芯片，在短短十年间便从贝尔实验室的粗糙样品转化为一门可以正常运行的生意。

马尔科姆·哈里斯举出了大量例证来说明斯坦福、国防部和硅谷之间的密切联系，如硅谷风险投资业的重要参与者德雷珀家族，其开创者威廉·德雷珀就曾任美国战争部副部长，更不用说在尼克松时代，惠普的联合创始人戴维·帕卡德又去出任国防部副部长了。集成电路的共同发明者，仙童半导体的首任CEO罗伯特·诺伊斯在1965年便承认：军工防务产业使用了“95%以上的集成电路。”

硅谷出身的威廉·佩里在1970年代（和安德鲁·马歇尔一起）设计了美国军备的精确制导路线，以此来抵消苏联武器的数量优势，这被称为“抵消战略”，但这种路线的效果要到1991年海湾战争才得以体现。在海湾战争中大出风头的“宝石路”炸弹，其研发正是来源于越南战争的失败经验，其主导者正是集成电路的最初发明者之一德州仪器公司。

1990年，戈尔巴乔夫在斯坦福大学演讲，他宣称“明日的思想和技术诞生于加利福尼亚”，这实际上已经是举起了隐形的白旗。按照米勒的总结，由于苏联从未能培育起一个有效的民用半导体消费市场，和片面将半导体产业设定为一个“环节”，以至于在自发进化的芯片产业中海量“默会知识”的欠缺中一步落后步步落后，在高速淘汰和堆叠的涌现过程中，大规模生产能力的制约使得苏联在芯片生产领域上越来越不经济，这形成了一种恶性循环：

到80年代日美芯片战最激烈时，日本在微电子领域的资本投资额已经是苏联的八倍之多；而整个苏东体系完全处在“永恒总体战备”之下，无法依靠美国及其冷战盟友那样的超高效国际分工模式来分摊成本。

在《芯片战争》的第七部分末尾，米勒敏锐地观察到，如今中美“攻守之势易也”，中国正在采取“抵消战略”。而这就引出了书中第八部分对美国应对的分析，一方面临着领先优势在成本和技术两个方面都逼近极限，另一方则苦于在“全产业链自主”和寻求开放合作的夹缝中不断权衡，哪一方能在竞争中最终胜出，这种竞争最后会不会失控，都是短期内悬而未决的。

“我要发财”：风险资本与举国支持

《芯片战争》第一部分最后一句话是引述仙童半导体员工辞职信中的“我要发财”。而这句话，我在《芯片简史》的第九章找到了这位员工的介绍：鲍勃·维德勒，模拟芯片设计的领路人，他离开仙童半导体，加盟了美国国家半导体公司。当时硅谷的风险投资模式正在成型，离职创业可以获得大量股票期权，掌握了技术和生产模式的早期半导体公司员工纷纷跳槽或者创立自己的公司。

《芯片简史：芯片是如何诞生并改变世界的》，汪波 /著

湛庐文化 | 浙江教育出版社，2023年4月

据统计，仙童半导体最终间接孵化出了400多家半导体产业的相关公司，与之有直接渊源的上市企业有92家，其中就包括赫赫有名的Intel和AMD。然而仙童自己却在1987年濒临倒闭，最后以1.22亿美元的价格被维德勒跳槽去的美国国家半导体公司收购（国家半导体的CEO是斯波克，曾经的仙童三号人物）。

期间，富士通试图收购仙童被美国政府否决，成了日美“芯片战争”高潮期的一个著名事件——某种程度上和紫光试图收购美光半导体类似。

在塞巴斯蒂安·马拉比所著的《风险投资史》一书里，我们也可以看到仙童半导体的深刻印记：从“八叛将”离开晶体管发明人肖克利创立仙童，再到诺伊斯和戈登·摩尔离开仙童二次创业，都是风险投资模式的经典案例，更不用说赫赫有名的红杉资本创始人唐·瓦伦丁原本就是仙童半导体的销售；而凯鹏华盈（KPCB）中的K，就是仙童“八叛将”中的尤金·克莱尔（Eugene Kleiner）。

“利润会寻找必要的人、态度和武器去做需要做的事情”，马尔科姆·哈里斯使用了一个术语“帕洛阿尔托体系”来形容硅谷的风险资本循环，他把科技初创企业的速兴骤灭、残酷竞择和风险资本对初创企业采取的迅速催化模式，追溯到了斯坦福大学的创立者利兰·斯坦福（Leland Stanford）选育马种的模式：“潜力是一种可以揭示的固定品质，他们会将大量资源集中在最有潜力的小马驹身上，尽管它们很年轻”。

但企业的内部创新与外部创新是一种矛盾，《历史上的企业家精神》一书对此有极为精到的分析：“公司实验室作为首要创新者的角色最终损害了许多大企业的创业能力，但使这些大企业对外部企业家的作用重新产生了需求”。

在《芯片简史》中，这样的案例不胜枚举，比如贝尔实验室的僵化流程导致肖克利出走，肖克利的糟糕管理风格又导致“八叛将”创立仙童，提出MOS场效晶体管的阿塔拉不被准许发表论文，再往后则有蓝光LED的发明人中村修二只从公司得到了180美元奖励，以至于有了“奴隶中村”的绰号。风险投资模式能够部分解决这种问题，但无法彻底根除。

汪波提出了一系列疑问，而这些疑问或许还要回到托马斯·库恩对科学革命过程的精要分析中去寻找答案：范式转移只能寄希望于时间。

《芯片战争》的第三、四、五部分叙述的是美国半导体产业面对的前两轮挑战。作为“发展型经济体”，日、韩、新以及中国台湾在半导体领域的投资，都是依靠政府组织和主导的，如台积电落地便是当时经济部门负责人李国鼎一力延揽张忠谋的结果。而三星和海力士则是抓住了日美半导体贸易战的机会一跃而起。

然而，引发美国对日本半导体产业警惕的，不只是前面所讲的竞争劣势，更多的是对日本决定自研军事装备等举措的不满，和对日本重商主义补贴政策和隐性壁垒的反感。彼得·德鲁克在1986年4月1日的《华尔街日报》上将日本的做法指为“敌对贸易”，足以说明这种态度。

克莱德·普雷斯托维茨作为美日贸易谈判的全程参与者，在《美日博弈》一书中这样写到：美方并没有意识到日本市场的逻辑和结构同美国的背道而驰，却一直要求对方按照美国市场的理念，争取市场准入，当接连的协议毫无结果时，又一直感到上当受骗。倾销也是如此：美方对日本停止倾销的要求，并没有意识到日本的产业结构和竞争态势使得倾销不可避免。用《日本权力结构之谜》作者沃尔夫伦的话来说，日本根本不是“用西方的游戏（规则）来打败西方”，更可能根本没在玩西方的“游戏”。

著名经济史学家乔尔·莫克尔在《启蒙经济》一书中则指出，“在任何时候和任何地方，技术都是事关利用自然现象和规律，设法获取大自然不愿主动赋予的资源。”正如熊彼特所说的，与经济增长息息相关的是创造性破坏，也就是技术和实践、人工制品和设计不断被淘汰，芯片产业的发展历史，也是这样一个淘汰过程。

莫克尔抨击“重商主义国家设立了一些制度，例如垄断、人为的市场进入壁垒、价格管制和贸易壁垒……这些制度让一小撮精英受益，但损害了整个社会的利益”，这正是我们在日美、中美“芯片战争”之中所一再看到的。

《启蒙经济：英国经济史新论》

[美]乔尔·莫克尔 /著，曾鑫 熊跃根 /译

中信出版集团，2020年7月

但与日韩新不同，中国并不依赖于美国的军事保护，在国内市场的规模和体量上也有质的区别，这是不是能带来不同的可能性呢？

“摩尔定律”：外包生产与离岸创新

2023年3月24日，94岁高龄的戈登·摩尔去世。1965年，摩尔在他撰写的一篇文章中观察到，由于技术的进步，自集成电路被发明以来，微芯片上的晶体管数量每年大约翻一番，他对这一趋势将持续下去的预测被称为“摩尔定律”，后来修正为“每两年”。

按照摩尔定律，工业节点每迭代一代，晶体管的面积就要缩小一半，这样元件数量才能翻一番。1974年，IBM公司的工程师、单晶体管DRAM的发明者罗伯特·登纳德（Robert Dennard）提出了“登纳德缩小规则”，每次升级晶体管尺寸应当变为原来的k倍（k=0.7），这样线路延迟就会变短（变为原来的70%），频率也将提升为原来的1/k倍（约为1.4倍），使芯片在性能、功耗和面积三个方面同时得到改善。

如此一来，每一代工业节点都需要将数值标定为上一代的大约0.7倍，也就变成了现在可见的从22纳米、14纳米、10纳米到7纳米、5纳米的标定数列。

《历史上的企业家精神：从古代美索不达米亚到现代》

[美]戴维·兰德斯、乔尔·莫克、威廉·鲍莫尔 /著，姜井勇 /译

中信出版社，2016年1月

摩尔定律的极限在哪里？一个硅原子的直径是0.5纳米，如果真的做到了1纳米，那么晶体管将只有1～2个原子大小，在这个极小尺度上“量子隧穿效应”和“海森堡不确定原理”会发生作用，电子的运动变得随机，将使晶体管的开关作用彻底失效。

实质上，功耗、内存、开关功耗极限及算力瓶颈等已经严重约束了芯片技术的进一步提升。例如在CPU领域，由于晶体管尺寸已经小到了即使关断后也有较大的漏电流，导致严重的发热问题，为了控制工作温度，量产CPU的主频只能维持在3～4GHz而不再升高。也正如汪波在《芯片简史》第14章所观察到的那样，摩尔定律在近年已经逼近原子极限，例如在台积电公司的“10纳米工艺节点”中，晶体管的栅间距实际为66纳米，而金属间距是44纳米。

这种技术逼近物理极限的状态，也在行业的经济效益上有所体现。以硅谷风险投资模式的开创者，仙童、英特尔和苹果的天使投资者阿瑟·洛克（Arthur Rock）命名的“洛克定律”指出：半导体晶圆厂的成本每四年就翻一番。

目前最先进工艺的晶圆厂投资已经是天文数字，台积电亚利桑那工厂总投资高达400亿美元；2018年，英特尔公司第二季度的收入为170亿美元，仅够建一座采用5纳米工艺的晶圆厂。在65纳米技术节点，设计一款主流处理器芯片的费用为2400万美元，到14纳米时升高到了1.48亿美元，而到5纳米时更是攀升到了4.76亿美元。

《芯片战争》的第六部分描述了几大巨头的“创新者困局”，从格芯（AMD分拆出的晶圆代工厂）放弃成本数十亿美元的EUV光刻机不再升级工艺，到英特尔不断在工艺竞争中延误，结果是到2020年，最先进制程的处理器在全球只剩下三星和台积电两家企业可以制造。那么问题正如克里斯·米勒所观察到的那样，对美国来说，这两个地方离中国都有点太近了。

米勒提供了一个观察：在三大类半导体中，逻辑芯片的设计与制造近乎完全分离，苹果、英伟达等企业都采取了“无晶圆厂”模式，主导这个领域的是台积电“大联盟”；存储芯片则集中于美光、三星和SK海力士之手（现在增加了长江存储和长鑫存储），大部分DRAM的生产集中在东亚；而模拟芯片的生产则还基本保留在欧美日。

美国作家马克·莱文森在《全球化简史》一书中已经注意到，芯片产业向东亚和东南亚的外包生产进程，是和20世纪70年代中美缓和后南海航运的安全保障、集装箱航运技术的发展以及远航程喷气客机的投入使用三大因素密切相关的，而第一个大前提已经在2016年之后摇摇欲坠。今天学者们所能设想的最好局面也不过是“平行生产体系”，对“逆全球化”时代的漫长度，我们也应该做好准备。

让我们用汪波在《芯片简史》中的这句话来结束本文吧：“芯片领域的发展离不开创新与合作。创新与合作就像太阳内部的核聚变反应，抵消着自身重力引起的坍塌。当创新与合作衰亡之时，半导体行业将像老去的恒星那样收缩、坍塌……”

本文来自微信公众号：经观书评 （ID：jingguanshuping），作者：王豫刚