我想说，如果芯片这个东西不能让你由衷地赞叹，你肯定是个一无所知的人。过程中，我越是想梳理出叙事的主线，就不断发现这草蛇灰线，伏延千里。算了，也正好将脑海中以前熟知的一些事实，给串联起来了，算是建立了芯片行业的叙事结构了。毕竟，这个将是或者说已经是我们未来生活的底层产品。
芯片是什么？——三个天才的连线
它的面积大概只有不到两平方厘米，而上面有十几亿个晶体管。这可不是十几亿个原子或者十几亿粒沙子。所有这十几亿个晶体管都必须按照某种严格的秩序连接在一起，每一处连接都得精心安排。这其实就是等同于让你去安排整个中国的人口，别说整个中国人数，就是超过150个邓巴数，都没人能搞得定。大神克劳德·香农（Shannon）
1940年的香农才22岁，在麻省理工学院获得硕士学位，毕业时他写了一篇硕士学位论文。在这篇论文里，香农解释了你只要有最简单的开关，就能实现一切逻辑运算。就像电灯开关，只有开和关两种状态，却能组合出无限可能。继续，香农发现，只要做出三种基础"门"，就能解决所有问题：非门：输入1，输出0；输入0，输出1（就像灯的开关，按一下就反转）与门：两个开关都开，灯才亮（两个条件同时满足才行动）逻辑门再往下，就是运算，这样不就是打通了从输入到输出的一切链条了吗。几年后，贝尔实验室有个物理学家叫威廉·肖克利，在1945年偶然发现了「半导体」。贝尔实验室研发表明半导体可以做成「晶体管」，用来放大电流。肖克利进一步研究，在1948年把晶体管做成了「开关」，这不就可以在更小的物理空间实现香农的设想吗？实现一切的逻辑运算。然而，贝尔实验室召开新闻发布会，说我们发明了晶体管……结果没有人在乎。别人不在乎，肖克利不能不知道晶体管大有前途啊，于是乎他就自己成立了一家公司，网罗了一些非常厉害的年轻人来做半导体。后来有八个人从肖克利的半导体公司“叛逃”出去了，史称“八叛徒” 。这里面的人大多都成为了传奇人物，有一人就是后来提出「摩尔定律」的那个戈登·摩尔。而八人中最厉害的当属罗伯特·诺伊斯，是领军人物，后来被称为「硅谷的市长」。后来，仙童半导体解散，这八叛徒纷纷组建自己的公司，其中，诺伊斯和摩尔这两人合伙创办的新公司，叫做英特尔。晶体管比真空管小得多，又省电，所有人都明白晶体管必然要取代真空管。可是到底应该怎么做呢？最起码一点，把那么小、那么多的晶体管都用导线连起来，就是一个极其复杂的事情，那么多电线你怎么管理？这时候诺伊斯的天才洞见来了。他把晶体管和晶体管之间的连线都刻在同一块材料上，根本就不用另外的电线。
我们现在知道了这些晶体管的排列组合，形成的集合就是芯片。其实，市场上芯片大体可以分为三大类，我翻译成大白话。第一种叫逻辑芯片，也就是电脑的CPU和手机上那个主芯片，讲究摩尔定律。第二种是存储芯片，就是内存和闪存。能造这种芯片的公司比较多，主要集中在东亚。第三种则是声卡、显卡、通讯之类的功能性芯片。这种芯片不强求主频高，不在乎摩尔定律，关键看特殊功能的设计。简单来讲，就是用光把芯片蓝图缩小，投影到硅片上，跟表面化学物质发生反应完成刻蚀。一是如何设计出能最优配置各个晶体管的线路图？也就是设计；二是如何找到合适的材料，可以跟光完成反应？这是材料。三是用什么光？这光得用什么的仪器去发射、去运作投射？这主要是工程。沿着这个思路，那个年代的人，展开了一场惊心动魄且旷日持久的角逐。真可以说浩浩荡荡如过江之鲫，在这波澜壮阔的江面上引得无数英雄竞折腰。
- 第一条主线是大国博弈，核心是美日在这个领域的争霸。
芯片刚问世那会，国际环境还在美苏冷战的雾霭之中，且个人电脑还没条件普及。那美国出于跟苏联对抗，需要在亚洲扶植日本，保障在自己太平洋的战略存在。美国战略家的逻辑是如果不允许日本加入欧美经济圈，日本就有可能倒向苏联或者中国，而那是美国所不能接受的。所以美国几乎就是邀请日本加入自己的经济圈，允许日本学习美国的先进技术。这时候，最先嗅到这历史机会气息的是一个叫盛田昭夫的人，他率先在1953年拿下了生产晶体管的许可证。他创办的企业叫索尼，有别于美国此时主要将芯片军用，索尼一开始的定位就是瞄准了民用，专注日用品上。得益于美国的不设防，日本芯片产业开始腾飞，他们不用偷技术、不用抄袭，直接拿许可证。这段时间美国那边的创新也源源不断为芯片行业发展注入动力。1957年，美国军方某个实验室的一个年轻化学家，杰伊·莱斯罗普，想到一个好办法。比如你要看一个特别小的东西，你会用显微镜—— 那如果把显微镜反向使用，让光从大头进入，它不就可以把一个大大的东西缩小吗？对了，当时的人也是这样想的，所以除了近水楼台先得月的美国GCA凭借先发技术优势，主导市场。日本最先进入光刻机行业的是两家相机公司，他们是尼康还有佳能。索尼先后推出手持计算器、收音机，并于1979年推出了一款革命性产品——随身听，在全球卖出3.85亿台，是历史上最受欢迎的消费电子产品，用的日本芯片、日本设计、日本制造，纯日本创新产品。1980年代末，尼康成功登顶，成为全球最大的光刻机供应商。而美国的GCA则因财务困境、产品问题和对市场变化的反应迟缓，在1993年破产倒闭，第一代霸主就此陨落。索尼创始人盛田昭夫和著名右翼人物石原慎太郎甚至一起出了本书，叫《日本可以说不》。美国朝野都气坏了。但美国落后已经是不争的事实，甚至美国在东南亚扶植的供应链也被日本抢去。这是教科书式的反击，融合了经济、政治等各种手段，堪称经典。首先是节流，一帮来自爱荷华州、以前做土豆生意、不懂科技的土财主成立了一家公司叫美光科技（Micron），要制造美国芯片。美光搞了一系列非常激进的成本创新，有一段时间连办公室照明用电都要省，把芯片的成本降了下来，取得了一些市场份额。如果咱俩被踢出大门了，董事会再找个新CEO，你猜他会怎么做？两人的结论是新CEO肯定会放弃内存业务。要设计一个芯片，还是靠一个人趴在桌子上用彩色铅笔和直尺画设计图，画完用钢笔刀把图纸刻在一层膜上，再投影、再光刻。如果只有几千个晶体管，你这么设计还可以，那要是100万个晶体管呢？两个美国计算机科学家发明了一套用软件设计集成电路的方法，在80年代搞出了一个新的产业，就是半导体设计的软件工具。IBM公司推出了个人电脑。那个所谓的个人电脑非常笨重，定价也很贵，1565美元，而且还没有操作系统。IBM跟一个还在上大学的年轻程序员签了操作系统合同，那个程序员叫比尔·盖茨。随后，康柏公司很快取代IBM，专门生产廉价的个人电脑。然后美国家家户户、每个办公室都用上了电脑。韩国有个卖海鲜起家的公司叫三星，三星的创始人叫李秉喆，他发达了就想做芯片。按照亚洲模式的习惯，韩国政府全力支持。美国公司直接向三星转让了制造芯片的技术。英特尔还允许三星把芯片挂英特尔的牌子。又赶上美国跟日本打反倾销官司，这就给了韩国公司巨大的机会，韩国趁机崛起。这里面还有韩国「现代集团」，他们于1983年创立“现代电子产业株式会社”，也就是后来的海力士，进入了动态随机存取存储器（DRAM）芯片的制造领域。1992年美国率先提出使用波长为13.5纳米的「极紫外光（EUV）」设想。英特尔主导了前期的研发但是自己并不打算制造光刻机，因为它觉得造光刻机不如造芯片赚钱。此时全世界只有三家公司有可能造出来极紫外光刻机，包括日本的佳能和尼康，荷兰的ASML。美国自然不想把这么关键的技术给日本，最后ASML得到了制造极紫外光刻机的技术授权。
这可能在芯片发展史上称不上是主线，是我任性硬要这样写。其实主线一已经把行业的生产链条梳理完了，这是一条可以运作的生产模式了。有设计软件出图，有了光刻机，材料方面硅片一早是行业共识，谁家想生成芯片，可以说了没有实现壁垒。张忠谋牛就牛在，靠自己的谋略，硬生生开辟了一条道路。台湾之所以能生产最高端的芯片，可以说完全是因为一个人，那就是张忠谋。1958年，一个出身于中国大陆、上过哈佛和麻省理工学院的年轻人，加入了德州仪器。他很懂固体物理学，他能用自己的物理直觉帮助寻找最合适的实验参数。他又很会管理，因为管得严，德州仪器的员工都有点怕他。他管的生产线几个月之内就把产量提高了25%，然后德州仪器干脆安排他管理整个集成电路业务。这个年轻人的英文名叫莫里斯·张（Morris Chang），中文名叫张忠谋。1985年应邀到台湾担任工业技术研究院院长，然后他创办了一家芯片公司，叫台积电。他用图书行业做了个类比：作家没有自己印书的，都是写书的专门写书，印书的专门印书。为什么不搞一个专门帮别人生产芯片的业务呢？就好像开印刷厂一样？当时美国已经有几家只做芯片设计的小公司，他们本来是找英特尔那样的大厂代工。但是一方面英特尔不重视，经常排不上工期，一方面又担心大厂抄袭自己的设计，所以业务量很小。台积电一开工，「你设计，我制造」的商业模式才算正式干起来了。硅谷一下子冒出好几个小创业公司，才几百万美元的启动资金就敢叫芯片公司，因为他们只需要设计。这就如同有了专业印刷厂，作家就变多了。截止目前，世界上能使用极紫外光刻机生产芯片的只有台积电和三星这两家公司。但因为台积电不跟客户竞争，它主导了最高端芯片的制造。* 搞芯片设计的公司很多，也容易达到高水平，但设计用的软件是美国的；
* 能制造最高端光刻机的，只有荷兰ASML一家，而ASML的主要技术专利和关键供应商是美国的；
* 能生产高端芯片的，只有台积电、三星和英特尔三家，其中台积电最为先进；
* 硅片等原材料由日本控制，而日本听美国的；
* 存储芯片和专用芯片要求的工艺没逻辑芯片高，目前主要是美、韩、日垄断。
下集视角将切换回到我们国内，聚焦我们如何破局，还有这其中对我们普通人，蕴含什么机会。
注释：过程有引用克里斯·米勒（Chris Miller）的《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》内容作为参考。
