瞭解歷史，才知道中國芯片如何勝出 | 袁嵐峯_風聞

導讀

芯片產業鏈的每一段，都聳立着幾座高山，就是現在的巨頭企業。這些高山是否能夠翻越？如果你不知道它們是怎麼來的，好像自古以來它們就戳在那裏，那麼你肯定會恐懼。但如果你知道它們的來龍去脈，那麼你立刻就會有信心翻越了。

自從中美貿易戰以來，大家都知道了，芯片是美國對中國施壓最重要的手段。相比之下，關税之類的都是毛毛雨了。在形勢的逼迫下，中國不得不向芯片的整個產業鏈發起衝擊。大多數人都理解這是唯一的選擇，但對於前景如何，仍然是心裏沒底。

最近，我的兩位朋友、IT專家陶卓彬和汪濤寫了幾篇深入分析的文章，對此給出了相當積極的回答。最重要的是，他們不是在喊口號，而是指出了很多技術性的原理。下面，我就來跟大家分享一下。

芯片產業鏈的每一段，都聳立着幾座高山，就是現在的巨頭企業。這些高山是否能夠翻越？如果你不知道它們是怎麼來的，好像自古以來它們就戳在那裏，那麼你肯定會恐懼。但如果你知道它們的來龍去脈，那麼你立刻就會有信心翻越了。

例如，許多人都知道，中國最弱的一環叫做光刻機，而全世界的高端光刻機都壟斷在一家企業手裏，叫做ASML。

ASML

下面，有意思的問題來了：ASML是怎麼達到壟斷地位的？

故事要從二十一世紀初説起。當時為了把芯片製程從130納米推進到65納米，出現了嚴重的技術路線之爭（中國芯能否登頂？從芯片產業發展史找答案 | 跟陶叔學編程）。

絕大多數廠商認為，這需要將光刻機的光源波長從193納米，縮短到157納米。他們投入了巨資研發，但進展緩慢。

台積電卻獨闢蹊徑。他們的研發副總經理林本堅博士指出：水的折射率大於1，所以只要把透鏡和硅片之間的介質從空氣換成水，也就是浸在水裏光刻，就可以把193納米的波長縮到比157納米還要短！這個方法，就叫做浸潤式光刻。

浸潤式光刻

林本堅是世界頂尖的光刻專家，他的這個建議，是相當有希望的。

林本堅獲得2018年未來科學大獎數學與計算機科學獎

但是尼康和佳能等巨頭都不願意幹。如果中途更換跑道，那已經花費在157納米光源上的鉅額投資怎麼辦？用經濟學術語説，這就叫做“路徑依賴”。

於是乎，只有一家小廠商願意嘗試林本堅的方法。這家小廠商來自荷蘭，叫做先進半導體材料光刻公司（Advanced Semiconductor Material Lithography），簡稱ASML。是的，ASML就是這樣走到歷史前台的。

2004年，台積電和ASML聯合開發出了第一台浸潤式光刻機，這給雙方都帶來了巨大的收益。ASML對尼康、佳能進行了降維打擊，只用了5年，就把它們打成了邊緣廠商。台積電拿下了2004年全球一半的芯片代工訂單，一躍成為了世界第一大代工廠。

台積電在關鍵製程技術的演進

此後，ASML把台積電、英特爾、三星等巨頭都拉來入股，建立起了自己獨一無二的地位。

在這個故事中最有趣的是，ASML從知道有浸潤式光刻這個技術，到立項，到開發出產品，總共花了多少時間呢？

回答是兩年。

類似這樣的故事，遠不只是ASML和台積電，而是在整個芯片業以至整個信息產業不斷上演。陶卓彬總結（中國芯能否登頂？從芯片產業發展史找答案 | 跟陶叔學編程），當今的芯片產業格局來自六場產業戰爭。

第一場，硅鍺材料之戰。第二場，集成電路工藝之戰。第三場，CPU架構之戰。第四場，美國與日本芯片企業的生死之戰。第五場，先進製程之戰。第六場，新產品與新地域的新興市場之戰。

世界上第一支晶體管與晶體管的三位發明人（左：巴丁，中：肖克利，右：布拉頓）

在這些戰爭中，贏家包括德州儀器、仙童、英特爾、IBM、微軟、台積電、ASML、蘋果、三星、華為等等，輸家包括貝爾實驗室、仙童、IBM、AMD、日立、NEC、富士通、三菱、東芝、尼康、佳能、英特爾、微軟等等。

創建仙童半導體的“八叛逆”。從左至右依次為：摩爾、羅伯茨、克萊納、諾伊斯、格里尼克、布蘭克、赫爾尼和拉斯特

有趣的是，仙童、IBM、英特爾、微軟等既出現在贏家中，也出現在輸家中。這充分表現出這個行業競爭之激烈，洗牌之快。這令人想起地質學中的造山運動（珠峯：你一生的故事 | 星球科學評論），以及陳勝、吳廣的名言：王侯將相，寧有種乎！

從這些歷史中，可以總結出三條經驗。

一，芯片行業戰爭是技術路線之爭。

摩爾定律決定了，每過一兩年，芯片企業的決策者就要面臨艱鉅的抉擇。就像電影裏的拆彈專家一樣，要選擇剪紅線還是剪藍線，選錯了就會被炸上天。

圖左為基爾比與他的鍺基集成電路，圖右為諾伊斯與他的硅基集成電路

二，芯片行業戰爭是創新體制之爭。

前面講的浸潤式光刻的故事，就是一個典型的例子。荷蘭作為一個蕞爾小國，能取得這麼大的成功，有賴於他們幾百年來鼓勵創新的體制，以及在光刻仿真軟件與光學鏡頭等軟硬件方面的深厚積累。

後面將會講到，中國現在有很多強大的潛在優勢。但科技體制與產業環境是我們的短板，如果我們不能克服這些短板，那麼再多的優勢都發揮不出來。

甚至在政府幹預這個看起來好像中國的看家本領的地方，我們也有不少可以向外國學習的。例如，一般宣傳都説美國是自由市場體制，但其實美國政府對芯片業的干預並不少，而且很成功。

八十年代，日本政府和企業斥巨資發展半導體，對美國造成了巨大的衝擊（中國芯能否登頂？從芯片產業發展史找答案 | 跟陶叔學編程）。

 

日本通產省工業技術院電氣試驗所骨幹成員，左二為垂井康夫

美國產業界估計，到九十年代初期，美國的國際市場份額可能會從70%跌到30%以下。在此背景下，美國政府和企業開始行動。

1987年，美國眾議員Helen Delich Bentley（中間女士）等人在國會山台階上砸東芝收音機

1986年，佔美國半導體產業80%的14家企業成立了美國半導體制造技術聯盟（Semiconductor Manufacturing Technology，簡稱Sematech）。

Sematech之父Charlie Sporck

美國國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱DARPA）給它每年一億美元，佔它總預算的一半，還深度參與了它的組織管理（30年前美國半導體產業那次傳奇的復興）。

顧小徐文章對美國政府在Sematech中作用的總結

到九十年代中期，日本的挑戰已經完全被打下去了。這其中，美國產業政策發揮的作用是值得我們研究學習的。

三，芯片行業戰爭是綜合國力之爭。

日本芯片企業挑戰美國失敗，剛才説的美國產業政策是原因之一，更大的原因是日本的綜合國力跟美國相差太遠。

當時美國對日本施壓的手段包括：宣佈日本的半導體傾銷，威脅美國的國家安全；要求日本開放市場；對日本產品徵收100%關税；否決富士通收購仙童公司；以竊取IBM的技術為由，逮捕了日立6名高管；指控東芝向蘇聯出口精密機牀等等。是不是很眼熟啊？

美國的這些操作可以奏效，前提是日本不是個主權獨立國家，國土上有美國駐軍，市場也依賴美國，所以沒法跟美國鬥。

瞭解了這些歷史和經驗，我們就可以回答基本問題了：為什麼我們能贏？ 

從歷史可以知道，美國這次對中國的打壓，跟八九十年代對日本的打壓是一脈相承的。美國現在跟中國談判的首席貿易代表萊特希澤（Robert Lighthizer），就是八十年代跟日本貿易戰時的副代表。美國的心思顯然是：一二三四，再來一次！

萊特希澤與劉鶴

但時代已經變了。現在的中國遠遠強於當年的日本，有不少潛在的巨大優勢。只要我們打破限制，把這些優勢發揮出來，就完全可以戰勝美國。

首先，中國自身的市場就是一個巨大的力量。

例如2018年，中國手機、計算機和彩電這些消耗芯片的大户，產量分別為18億、3億、2億，佔全世界的90%、90%和70%以上（中美科技大決戰(下)——戰略決戰（二）芯片製造之淮海戰役 | 汪濤）。據世界半導體貿易統計協會（WSTS）統計，2018年全球芯片總銷量為10045億顆。其中中國進口4175.67億，中國自產自銷1852.6億，合計為6028.27億，佔全球的60%。

很多人一説起中國對抗發達國家，就害怕得不得了，感到弱小、孤單又無助。實際上有一個基本面，就是人口的對比（中美科技大決戰 (五) ——戰略決戰（三）（四）芯片設備材料軟件之平津戰役和渡江戰役）。中國的人口14億，比歐洲（7.4億）、北美（美國3.3億，加拿大0.37億）、日（1.3億）韓（0.5億）、澳大利亞（0.25億）、以色列（0.08億）等所有發達國家的人口加起來還要多。所以，只要中國人民的素質提上來，在任何競爭中都會佔據壓倒性優勢。

弱小、可憐又無助

有個笑話是，長官命令一個士兵包圍一羣敵人。但在中國對其他發達國家的競爭中，確實是中國一家包圍他們所有人！

中國繁榮的市場，激勵着企業不斷創新。例如，中國的手機大品牌是世界最多的，它們每年發佈最多的新款，率先實現大量的新功能。

中國現在的創新，大多還在應用層面。不過從歷史看來，中國現在與美國的二戰之前非常相似，可能在某個歷史機遇時就一飛沖天。

實際上，市場的力量比大多數人想的都強。汪濤舉了一個驚人的例子（中美科技大決戰 (五) ——戰略決戰（三）（四）芯片設備材料軟件之平津戰役和渡江戰役）。

有一家企業叫做光威復材，現在中國的航天、軍艦、導彈以及殲-10、殲-20、運-20飛機等軍用領域，70%的碳纖維都是這家公司生產的。

這麼高科技的企業，它的創始人想必是名校博士吧？完全不是！它的創始人只有初中學歷，是一位村支書，叫做陳光威（1942 - 2017）。

陳光威

光威集團最初只是一個瀕臨破產的鄉鎮企業——威海石化科研器材廠。1987年，陳光威接手後開始生產碳纖維釣魚竿，把這個產品做到了全球70%的份額。

1998年，陳光威建設了國內首條寬幅碳纖維預浸料生產線。2002年，上馬碳纖維研發項目。2004年，T300級產品研發成功。2008年，碳纖維關鍵裝備實現國產化。2009年，設立國家工程實驗室。2012年，主持起草了碳纖維和碳纖維預浸料的國家標準。然後在2013年，日本對中國封鎖高模量的碳纖維，光威這個備胎很快就頂上來了。

2019年6月28日汪濤在威海蔘加“2019高性能纖維及複合材料產業創新發展會議”上獲得的資料1

 

2019年6月28日汪濤在威海蔘加“2019高性能纖維及複合材料產業創新發展會議”上獲得的資料2

這個驚人的故事説明，只要有充分的需求，無論看起來多麼高大上的技術，都會有人去攻克！

然後，中國可以團結世界的力量。

美國現在所謂的盟友，不見得真的願意為美國火中取栗。例如美國無數次地要求盟友修理華為，但應者寥寥。

基本的原因在於，當老大需要胡蘿蔔與大棒並舉。而美國現在是沒有胡蘿蔔只有大棒，只逼迫小弟去“讓美國再次偉大”，不給人家好處，那人家幹嗎要聽你的？100塊錢都不給我，這怎麼能行呢？

通過團結世界，我們可以擊破美國讓中國與世界脱鈎的妄想。最終與世界脱鈎的將不是中國，而是美國。

第三，中國可以發動全產業鏈企業的力量。

中國具有世界上最完整的產業鏈，所以中國跟日、韓、台灣都不一樣，不是找一個重點領域去突破，打造局部優勢，而是——我全都要！

我全都要

例如在芯片設計方面，有華為海思、紫光展鋭、兆易創新、匯頂科技等。在晶圓製造方面，有中芯國際、華虹半導體、華力微電子等。在芯片封測方面，有長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技等（中國芯能否登頂？從芯片產業發展史找答案 | 跟陶叔學編程）。各個領域這麼多企業內部聯動，共渡難關，已經完全可行了，大家可以集體向上走。

 

國內半導體產業鏈相關公司

作為資深的企業經營者，汪濤指出了兩點一般人想不到的道理（中美科技大決戰 (五) ——戰略決戰（三）（四）芯片設備材料軟件之平津戰役和渡江戰役）。

在任何一個領域，有成熟的供應商時，讓客户更換供應商都很困難。買新廠家的，出了毛病怎麼辦？採購人員都要首先考慮責任問題以及跟原有客户的關係。所以，如果沒有特別的原因，新的企業是很難進入市場的。而特別的原因，可能有下面幾種：

新企業的產品價格低很多；

新企業開發出新的技術；

原來的領先者犯錯誤；

原來的領先者因為封鎖而把市場主動讓出來……

所以，不要因為一個領域只有極少數的巨頭，就以為別人不能做，其實掌握技術的企業可能有很多。一旦領先者主動讓出市場，立刻就會有大量的替代者冒出來，他們早就在等待這樣的機會了。

有一個戲劇性的例子，是2019年的日本對韓國禁售半導體原材料。當時網上一片“厲害了日本”的聲音，很多人用“令人絕望”、“令人窒息”這樣的説法來描述日本的絕對優勢。例如，電子級氫氟酸韓國是100%從日本進口的，這確實“令人窒息”。

當時流行的標題

後來怎麼樣了呢？

後來，韓國很快就找到了替代品。

例如，中國的濱化集團就生產電子級氫氟酸。濱化集團的產品質量原本不如日本，但日本封鎖後，韓國這個大市場就推動其產品質量快速提升。又如，日本的光刻膠巨頭東京應化工業在韓國有生產基地，它幫助韓國一起應對日本的封鎖。

濱化集團（http://www.befar.com/index.html）

所以，日本的封鎖只維持了一個月。7月1日宣佈制裁，8月8日就宣佈恢復供應。此後日本又多次向韓國示好，但覆水難收，惡果已經呈現。

很多人只猜中了開頭，沒有猜中這個結局。下次大家在説某個封鎖“令人絕望”、“令人窒息”的時候，就可以多想想，絕望和窒息的到底是誰？

汪濤指出的另外一點是，由於中國有巨量的人口，所以中國企業首先傾向於去做市場規模很大的產品。即使價格便宜，但總的利潤高。而市場規模小、技術難度高的產品，做起來可能很不划算，所以就不去做了。

前幾年的圓珠筆芯，就是一個著名的例子。光刻機也是一個典型的例子。ASML佔據了全球100%的極紫外（EUV）光刻機市場，可是出貨量在2018和2019兩年總共只有44台。就算單價上天，利潤又能有多少？

太鋼造出圓珠筆筆尖鋼（http://www.tisco.com.cn/meitikantaigang/20170112085431721406.html）

所以一般情況下，中國人沒有興趣去搞這種產品。但如果硬逼着中國不得不搞，那就沒什麼幹不出來的。不僅搞出極紫外光刻機，甚至把更上游的原配件全乾光也不在話下。

作為反面的例子，中國的汽車行業是市場換技術最不成功的一個領域。但同時，汽車也是國內外市場生態所謂“最和諧”的一個領域。國內外公司的利益捆梆在了一起，使得國內很多人不喜歡甚至堅決反對自主創新。這種內外勾結的利益格局，想要打破是極為困難的。

所以我們應該感謝特朗普。如果沒有他對中國科技持續的封鎖，打破利益格局，我們許多潛藏的能力根本沒有發揮的機會！

美國現在是一方面逼迫中國企業棄用美國技術，一方面主動讓出市場。這樣的一次教育，效果比領導喊話幾十年都好。當我們的企業擺脱對外依賴，形成自主的技術體系，最終成為新的世界創新源頭，就是我們勝利之時。

前面談的大都是戰略層面的問題，下面我們來談一些戰術層面的問題，即中國芯片業如何達到國際領先。

一要緊追現有技術。摩爾定律在逼近極限，先進製程的發展在減慢，這是我們的機會。

二要抓住下一次技術革命。我們可以列舉幾項未來技術，按照接近現實的程度排序：環繞式柵極晶體管（Gate-All-Around FET，簡稱GAAFET）、碳基半導體、光子芯片、量子計算（中國芯能否登頂？從芯片產業發展史找答案 | 跟陶叔學編程）。 

從平面場效應管到FinFET再到GAAFET的演變

半導體材料性能對比

例如最近，北京大學彭練矛院士和張志勇教授的研究組，在碳基半導體方面取得了重要的進展（為“中國芯”彎道超車加速！北大研究團隊突破碳基半導體制備瓶頸）。中國科學技術大學潘建偉院士、郭光燦院士、杜江峯院士等人的研究組，在量子計算與量子通信方面也有許多重要的成果（中國應該如何看待“量子霸權”之爭？| 袁嵐峯）。

 

彭練矛與張志勇研究組在《科學》雜誌的論文

 

潘建偉和陸朝陽等人關於用玻色子取樣尋求實現量子霸權的文章

三要不拘一格降人才。我們的人才可以來自國內培養，可以來自海外引進，也可以在全球建立研發基地，直接利用外國人才。許多媒體喜歡用“造出中國芯”這樣的説法，但其實我們應該有全球的胸懷，我們是要為全人類造福，不是僅僅為了自己！站穩制高點，才能高屋建瓴，勢如破竹。

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