《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》第八部分：結(jié)論

《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》是美國經(jīng)濟(jì)史學(xué)家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全球分工為主線，追溯從冷戰(zhàn)至今的芯片技術(shù)發(fā)展歷程，闡釋芯片在現(xiàn)代軍事、經(jīng)濟(jì)和地緣政治中的戰(zhàn)略地位。全書涵蓋美國通過技術(shù)博弈確立主導(dǎo)地位、臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起、華為5G技術(shù)受限等案例，分析全球芯片短缺與供應(yīng)鏈危機(jī)背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補(bǔ)貼政策、EUV光刻機(jī)研發(fā)困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術(shù)領(lǐng)域的核心博弈。

結(jié)論

1958年，在達(dá)拉斯悶熱的夏天，杰克·基爾比向他的同事們展示了電路的所有零件（晶體管、電阻和電容）都可以用半導(dǎo)體材料制成。四天后，杰伊·萊思羅普第一次進(jìn)入TI的停車場。他已經(jīng)申請(qǐng)了通過光刻技術(shù)制造晶體管的專利，但還沒有獲得能使他購買一輛新旅行車的美國軍隊(duì)獎(jiǎng)。幾個(gè)月前，張忠謀辭去了馬薩諸塞州一家電子公司的工作，搬到了TI，以其近乎神奇地消除公司半導(dǎo)體制造過程缺陷的能力而聞名。同年，帕特·哈格蒂被任命為TI總裁，董事會(huì)認(rèn)為，為軍事系統(tǒng)制造電子產(chǎn)品的愿景，比TI此前生產(chǎn)石油勘探儀器更好。哈格蒂已經(jīng)組建了一支像韋爾登·沃德這樣的天才工程師團(tuán)隊(duì)，他們正在制造“智能”武器和精確傳感器所需的電子器件。

得克薩斯州與中國臺(tái)灣遙遙相對(duì)，但基爾比發(fā)明了他的集成電路并不是巧合。美國國防資金流入電子公司，美國軍方依靠技術(shù)來保持其優(yōu)勢(shì)。隨著蘇聯(lián)建立起大規(guī)模的軍隊(duì)，美國不能指望部署更大規(guī)模的軍隊(duì)或更多的坦克。但是，美國可以制造更多的晶體管、更精確的傳感器和更有效的通信設(shè)備，所有這些最終將使美國的武器能力大大提高。

張忠謀在得克薩斯州而不是在天津?qū)ふ夜ぷ饕膊皇乔珊稀Ｔ诶鋺?zhàn)的混亂和席卷世界的非殖民化破壞中，許多國家最優(yōu)秀和最聰明的人試圖前往美國。約翰·巴丁和沃爾特·布喇頓發(fā)明了第一個(gè)晶體管，但正是他們?cè)谪悹枌?shí)驗(yàn)室的同事穆罕默德·阿塔拉（Mohamed Atalla）和姜大元（Dawon Kahng），幫助設(shè)計(jì)了一種可以大規(guī)模生產(chǎn)的晶體管結(jié)構(gòu)。與羅伯特·諾伊斯共同創(chuàng)立仙童的“八叛逆”工程師中有兩個(gè)出生在美國境外。幾年后，一位曾經(jīng)叫安德拉斯·格魯夫的匈牙利移民幫助仙童優(yōu)化了芯片制造工藝，并踏上了成為首席執(zhí)行官的道路。

當(dāng)世界上大多數(shù)人從未聽說過硅芯片，并且更沒有人了解硅芯片工作原理的時(shí)候，美國的半導(dǎo)體生產(chǎn)中心正在把世界上最杰出的人才吸引到得克薩斯州、馬薩諸塞州，尤其是加利福尼亞州。這些工程師和物理學(xué)家被這樣一種信念驅(qū)使——微型晶體管可以真正改變未來。事實(shí)證明，一切遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們最瘋狂的夢(mèng)想。戈登·摩爾和加州理工學(xué)院教授卡弗·米德等有遠(yuǎn)見的人，預(yù)見了未來幾十年，但摩爾在1965年對(duì)“家庭電腦”和“個(gè)人便攜式通信設(shè)備”的預(yù)測(cè)，幾乎沒有涉及描述芯片在當(dāng)今生活中的中心地位。 硅谷的創(chuàng)始人發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體行業(yè)每天生產(chǎn)的晶體管將超過人體內(nèi)的細(xì)胞數(shù)量 ，這是不可思議的。

隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和晶體管尺寸的縮小，全球廣闊市場的需求比以往任何時(shí)候都更加大。如今，即使是五角大樓7000億美元的預(yù)算也不足以在美國領(lǐng)土上制造用于國防目的的尖端芯片。美國國防部專門為價(jià)值10億美元的潛艇和價(jià)值100億美元的航空母艦建立了造船廠，但其中的許多芯片都是從商業(yè)供應(yīng)商那里購買的，通常是中國臺(tái)灣地區(qū)的供應(yīng)商。即使是設(shè)計(jì)一款尖端芯片（可能超過1億美元），對(duì)于五角大樓來說，其成本也變得過于昂貴。制造最先進(jìn)邏輯芯片的工藝設(shè)備成本是航空母艦的兩倍，而且還需要數(shù)年時(shí)間才能達(dá)到尖端水平。

產(chǎn)生計(jì)算能力的驚人復(fù)雜性表明，硅谷的故事不僅僅是一個(gè)關(guān)于科學(xué)或工程的故事。技術(shù)只有在找到市場時(shí)才會(huì)進(jìn)步。半導(dǎo)體的歷史也是一個(gè)關(guān)于銷售、營銷、供應(yīng)鏈管理和成本降低的故事。沒有創(chuàng)業(yè)者，硅谷就不會(huì)存在。羅伯特·諾伊斯是麻省理工學(xué)院培養(yǎng)的物理學(xué)家，但他作為一名商人取得了成功，他當(dāng)年意識(shí)到一種尚未存在的產(chǎn)品有著巨大的市場。正如戈登·摩爾在1965年發(fā)表的一篇著名文章中所說，仙童“將更多部件塞進(jìn)集成電路”的能力不僅取決于該公司的物理學(xué)家和化學(xué)家，還取決于像查理·斯波克這樣的精力充沛的制造業(yè)老板，他追求沒有工會(huì)的晶圓廠，并向大多數(shù)員工提供股票期權(quán)，使生產(chǎn)效率持續(xù)提高。如今，晶體管的價(jià)格遠(yuǎn)低于1958年價(jià)格的百萬分之一，這要?dú)w功于如今已被遺忘的仙童員工在離職調(diào)查中所表達(dá)的精神：“我……要……發(fā)……財(cái)。”

我們要反省一下，說芯片造就了現(xiàn)代世界太簡單了，因?yàn)槲覀兊纳鐣?huì)和政治已經(jīng)決定了芯片的研究、設(shè)計(jì)、制造、封裝和使用方式。例如，五角大樓的研發(fā)部門DARPA，通過資助現(xiàn)在最先進(jìn)的邏輯芯片中使用的被稱為FinFET的3D晶體管結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵研究，真正塑造了半導(dǎo)體。未來，無論中國能否實(shí)現(xiàn)其半導(dǎo)體主導(dǎo)地位的目標(biāo)，中國的大量投入都將深刻重塑半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。

當(dāng)然，我們不能保證芯片會(huì)像過去一樣重要。我們對(duì)計(jì)算能力的需求不太可能減少，但我們可能會(huì)耗盡芯片的供應(yīng)。戈登·摩爾著名的定律只是一個(gè)預(yù)測(cè)，不是物理事實(shí)。從英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛到斯坦福大學(xué)前校長兼字母表公司（Alphabet）董事長約翰·亨尼西（John Hennessy），業(yè)內(nèi)知名人士都曾宣布摩爾定律已經(jīng)死亡。

在某種程度上，物理極限將使晶體管無法進(jìn)一步縮小。即使在那之前，制造晶體管的成本也可能太高。如今，成本下降的速度已經(jīng)明顯放緩。制造使用更小晶體管的芯片所需的工具極其昂貴，沒有比EUV光刻機(jī)更昂貴的了，每臺(tái)光刻機(jī)的成本超過1億美元。

摩爾定律的終結(jié)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)和整個(gè)世界都是毀滅性的。我們之所以每年生產(chǎn)越來越多的晶體管，只是因?yàn)檫@樣做在經(jīng)濟(jì)上可行。但這并不是摩爾定律第一次被宣布瀕臨死亡。1988年，IBM備受尊敬的專家且后來擔(dān)任美國國家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）主席的埃里希·布洛赫（Erich Bloch）曾宣布，當(dāng)晶體管縮小到四分之一微米時(shí)，摩爾定律將停止，但這是該行業(yè)在那十年后就已克服的障礙。 摩爾在2003年的一次演講中也擔(dān)心，“在未來十年左右半導(dǎo)體行業(yè)會(huì)遇到障礙”，但所有這些潛在障礙都已經(jīng)被克服了。當(dāng)時(shí)，摩爾認(rèn)為3D晶體管結(jié)構(gòu)是一個(gè)“激進(jìn)的想法” ，但不到20年，我們已經(jīng)生產(chǎn)了數(shù)萬億只的3DFinFET晶體管。加州理工學(xué)院教授卡弗·米德發(fā)明了“摩爾定律”一詞。半個(gè)世紀(jì)前，他預(yù)測(cè)芯片最終可能每平方厘米包含1億個(gè)晶體管，當(dāng)年這一預(yù)測(cè)震驚了世界半導(dǎo)體科學(xué)家。如今，最先進(jìn)的晶圓廠可以在芯片上制造出比當(dāng)年米德預(yù)計(jì)的還要多得多的晶體管。

換句話說，摩爾定律的生命力甚至讓它的命名者和創(chuàng)造者都感到驚訝。這也可能讓當(dāng)下的悲觀主義者大吃一驚。著名半導(dǎo)體設(shè)計(jì)師吉姆·凱勒曾在蘋果、特斯拉、AMD和英特爾的芯片上做出了革命性的工作，他表示，他看到了一條清晰的道路，可以將芯片上晶體管的密度提高50倍。 首先，他認(rèn)為，現(xiàn)在的鰭式晶體管可以做得更薄，可以提高三倍，這樣可堆疊鰭數(shù)也提高到三倍。下一步，鰭式晶體管將被新的稱為GAA（Gate-All-Around的簡寫，即“全環(huán)繞柵極晶體管”）

的管式晶體管取代。這種線狀晶體管可以從頂部、側(cè)面和底部施加電場，從而更好地控制“開關(guān)”，以應(yīng)對(duì)晶體管縮小帶來的挑戰(zhàn)。凱勒認(rèn)為，這些微小的線狀晶體管的密度可增加一倍。他預(yù)測(cè)將這些線狀晶體管疊在一起可以使密度進(jìn)一步增加八倍。這些技術(shù)突破，合起來將推動(dòng)芯片上的晶體管數(shù)量增加大約50倍。凱勒說：“我們沒有耗盡原子，我們知道如何打印單層原子。”

盡管所有關(guān)于摩爾定律的討論都結(jié)束了，但流入芯片行業(yè)的資金比以往任何時(shí)候都多。在過去的幾年里，為人工智能算法設(shè)計(jì)優(yōu)化芯片的初創(chuàng)公司籌集了數(shù)十億美元，每個(gè)公司都希望自己能成為下一個(gè)英偉達(dá)。大型科技公司谷歌、亞馬遜、微軟、蘋果、臉書、阿里巴巴和其他公司現(xiàn)在都在投入大量資金設(shè)計(jì)自己的芯片。顯然，創(chuàng)新沒有缺位。

支持摩爾定律即將結(jié)束這一論斷的最佳論據(jù)是，所有這些針對(duì)特定用途，甚至是針對(duì)單個(gè)公司的活動(dòng)，正在取代英特爾過去半個(gè)世紀(jì)不斷推出的強(qiáng)大微處理器所帶來的“通用”計(jì)算。尼爾·湯普森（Neil Thompson）和斯文賈·斯潘努斯（Svenja Spanuth）甚至認(rèn)為，我們正在看到“計(jì)算機(jī)作為通用技術(shù)的衰落”。他們認(rèn)為，未來的計(jì)算將分為“使用強(qiáng)大的定制芯片的‘快車道’應(yīng)用和使用通用芯片的‘慢車道’應(yīng)用，而通用芯片的進(jìn)步會(huì)趨緩”。

不可否認(rèn)的是，微處理器作為現(xiàn)代計(jì)算的主力，正在被為特定目的而制造的專用芯片部分取代。不太清楚的是，這是否是一個(gè)問題。英偉達(dá)的GPU不像英特爾微處理器那樣通用，從某種意義上說，它們是專為處理圖形設(shè)計(jì)的，而且越來越多地是為人工智能設(shè)計(jì)的。但英偉達(dá)和其他提供針對(duì)人工智能優(yōu)化芯片的公司，使得人工智能的實(shí)現(xiàn)成本更低，因此更容易被使用。如今，人工智能已經(jīng)變得比十年前人們想象的更加“通用”，這主要?dú)w功于更新的、更強(qiáng)大的芯片。

亞馬遜和谷歌等大型科技公司設(shè)計(jì)芯片的最新趨勢(shì)，標(biāo)志著與近幾十年相比的另一個(gè)變化。亞馬遜和谷歌都進(jìn)入了芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，以提高運(yùn)行其公共云的服務(wù)器的效率。任何人都可以付費(fèi)訪問谷歌云上的谷歌TPU芯片。悲觀者可能認(rèn)為這是計(jì)算在分為“慢車道”和“快車道”。然而，令人驚訝的是，任何人都可以通過購買英偉達(dá)芯片或租用人工智能優(yōu)化云很容易地接入快速車道。

此外，把不同類型的芯片集成在一起比以往任何時(shí)候都容易。 以前的設(shè)備通常只有一個(gè)處理器芯片。但是，現(xiàn)在的設(shè)備可能有多個(gè)處理器，其中一些專注于一般操作，而另一些經(jīng)過優(yōu)化以管理相機(jī)等特定功能。這是可能的，因?yàn)樾碌姆庋b技術(shù)使芯片更容易高效地連接，使人們能夠在處理要求或成本考慮發(fā)生變化時(shí)輕松地將某些芯片替換到設(shè)備中。大型芯片制造商現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更加重視芯片運(yùn)行的系統(tǒng)。因此，重要的問題不是我們是否最終達(dá)到了戈登·摩爾最初定義的摩爾定律的極限，而是我們是否已經(jīng)達(dá)到一個(gè)芯片所能產(chǎn)生的計(jì)算能力的峰值。現(xiàn)在，數(shù)以萬計(jì)的工程師和巨額資金都在打賭沒有達(dá)到峰值。

回到1958年12月，寒冷的華盛頓特區(qū)舉行了一次電子會(huì)議——就在同一年，張忠謀、帕特·哈格蒂、韋爾登·沃德、杰伊·萊思羅普和杰克·基爾比都在TI工作。張忠謀、戈登·摩爾和羅伯特·諾伊斯參加了會(huì)議，然后他們出去喝啤酒。夜深后，年輕而興奮的他們迎著雪花，哼著歌兒，慢悠悠地回到酒店。 在街上經(jīng)過他們的人肯定都不會(huì)想到這是未來的三位科技巨頭。他們不僅在海量的硅片上留下了持久的印記，而且在我們所有人的生活中留下了持久的印記。他們發(fā)明的芯片和他們建造的工業(yè)提供了看不見的電路，這些電路構(gòu)成了我們的歷史，并將塑造我們的未來。