《芯片战争》读书笔记

国庆假期在家边休息边看完这本书,也是最近俩月看完的第一本书,整体阅读难度并不大,而且很多的章节能关联到我们日常上网经常看到的一些信息,算是对网上信息的一种科普。

这本书整体脉络也比较清晰,基本上是按照时间线介绍了整个芯片行业在世界不同地区的发展,以及当下芯片行业面临的一些情况。

全书是七个部分,我简单回顾一下这七个部分的内容,算是读后感,也方便日后自己回忆。

# 第一部分-冷战时期的筹码

这部分主要介绍了集成电路的发展历程,从真空管,到晶体管发明,再到集成电路创造,所谓的集成电路也就是我们所说的芯片。

说起来很惭愧,我大学的专业就是电子信息工程,但是现在对数字电路的很多内容几乎完全都忘记了,我记得数字电路的课程上学过晶体管的内容,不过当时完全对晶体管这个东西没有建立起特别直观的印象,也对书中介绍的这部分内容没有建立起概念体系。很惭愧…

我也是这次重新看这本书的时候才意识到晶体管发明是多么了不起的事情,晶体管的发明奠定了整个集成电路的基础。之前看《创新者 (opens new window)》这本书的时候,这本书也花了很多的篇幅来介绍晶体管的发明过程,我当时还不太理解,有必要花这么多时间来说这件事吗?现在看很有必要。

集成电路早期其实就使用了光刻技术,只不过那会儿还是可见光,使用的是类似显微镜的仪器,随着光刻技术的不断发展,现在已经在使用波长更短的极紫外线来进行光刻,结果是单位芯片面积内可以容纳越来越多的晶体管。

芯片技术作为一项工业,面临这大规模生产的问题,这也是限制芯片发展的一个重要瓶颈,好在通过不断的改进工艺,最终解决了这一问题,大规模生产已经不再是问题,这里的一个关键人物是张仲谋,如果你对这个人不熟悉的话,那你应该听说过台积电吧,就是给苹果制造手机芯片的那家公司,这个人就是台积电的创始人。

芯片工业刚开始的时候,政府和军方是芯片的主要消费者,政府也得益于芯片的高性能,实现宇航员登月这一壮举。不过慢慢开始芯片公司通过降价的方式开始赢得很多私营企业的订单,逐渐的,政府和军方不再是芯片市场里最重要的客户了,芯片市场开始面向更加广阔的市场前进,这一转变,为了芯片公司提供了足够多的市场和资金,也开始让芯片公司开始蓬勃发展。

# 第二部分-美国世界的电路

初期的芯片产业发展伴随着冷战,美国和苏联独霸一方,既然美国有能力发展芯片产业,苏联呢?

苏联的半导体负责人主要是通过利用各种情报网络复制硅谷的产品,这么做并不能够帮助苏联超越美国,主要原因是,芯片的大规模生产需要依赖很多条件,有的条件美国本身也不具备,但是美国可以依赖它的盟友,德国和法国等,这些国家也生产很多先进的产业,来帮助美国完成芯片制造,但是苏联做不到这一点,而且对于非常复杂的芯片,只是靠模仿,远远不够… 而且芯片产业在苏联是机密行业,根本没有办法面向大众,全靠国家补贴的话,是很难让这个产业做大做强。苏联输掉冷战,多少和芯片产业沾边吧。

20 世纪 60 年代,全球化就有了雏形,仙童作为芯片制造商开始将自己的工厂开设到人力成本更加便宜的亚洲香港、新加坡🌏,这似乎也暗示着未来很多年后,亚洲作为先进的制造商开始为美国生产芯片,并主导了全球的芯片产业。

不光是仙童,后来 TI 也开始在台湾建厂生产芯片,台湾领导人的想法是,通过芯片产业深度绑定美国,让两国经济关系变的更密切,这样台湾越「安全」,同样芯片产业能解决台湾人民的就业问题,改善台湾人民的生活。

日本最开始在电子行业有所作为并不是生产芯片,而是通过使用美国工厂生产的芯片来制造消费电子产品,比如半导体收音机和便携式计算器。

20 世纪 70 年代,正直越南战争,当时美国军方遇到的一个瓶颈是,很多导弹没有办法精准的命中目标,而要制造能精准命中目标的导弹又很昂贵,不过大量的计算正是芯片的强项,芯片也开始在战场上发挥作用,越南战争则成为了携带芯片武器的一个试验场。

芯片有两种类型,一种是存储芯片,一种是计算(逻辑)芯片。前者是正是英特尔公司推的的第一类芯片,至于第二种计算芯片,也分为有两种类型,一种是专有计算芯片,即针对特定问题设计的芯片,一种是通用逻辑芯片,即可以通过编程的方式,来解决多种类型的问题。

很显然,可编程计算芯片是革命性的,我们现在日常用的手机里的核心的芯片都是可编程的,否则工程师们怎么开发各种眼花缭乱的应用呢,英特尔花费精力研制出了逻辑芯片,摩尔定律叠加逻辑芯片,大规模的生产计算能力开始改造人类社会。

对于美国来说,芯片产业帮助他们更加紧密的联系了自己的盟友,同时也帮助美国的冷战策略生效,更精准的打击比生产更多的「笨弹」更能对对方产生威胁。

当美国国家半导体行业飞速发展的同时,我们国家却在动荡之中,不得不说是个遗憾。

# 第三部分 失去领导能力?

这部分主要是介绍日本在 20 世纪 80 年代通过政府补贴,以及低利率资金大量投入芯片行业的方式来赢得世界上大部分的 DRAM 芯片市场份额的故事。

当然这并不是故事的全部,日本在生产 DRAM 芯片上非常努力,结果是日本生产的芯片质量比美国生产的芯片质量要高很多。

除 DRAM 芯片外,日本在光刻机领域也超越了美国。光刻机最开始是在美国生产的,也是唯一能制造步进式光刻机的公司,不过美国光刻机公司却没有抓住垄断优势,最终由于经营不善破产。而日本的尼康公司通过对光刻机的逆向工程,突破了技术瓶颈,也制造出了光刻机,并且质量也要比美国光刻机公司的机器更好,最终是日本赢得了上世纪 80 年代的光刻机竞争。

关于为什么日本能够发展的这么快?一部分原因是日本是美国的盟友,美国希望日本能够扩大对外贸易,同时美国负责日本的国防,能让日本专心发展经济。不过美国没有想到的是日本经济发展的速度远超他们的预期,所以面对日本高科技制造的威胁,美国准备采取行动了。

美国主要是通过提升关税的方式,提升日本制造的芯片价格,同时也成立了一个财团来对芯片行业进行补贴,不过最终的效果并不明显。

# 第四部分 美国复兴

这部分内容介绍美国芯片公司重新开始崛起。

在 DRAM 芯片制造行业,美光开始崛起,美光的崛起靠的是创新以及不断的压低生产成本来和日本芯片公司竞争。

当时的英特尔总裁格鲁夫,将宝押在了微处理器行业,要知道英特尔刚开始是生产 DRAM 芯片的,所以这次押宝是对自己的一次颠覆,颠覆的过程是痛苦的,格鲁夫通过大裁员,以及改进生产线的方式来压低成本和改进制造工艺,幸运的是这次颠覆式成功的。上世纪除了苹果电脑之外,几乎每个电脑上都装着英特尔的处理器,你想象一下 PC 的爆发式发展,就能想到英特尔的有多么成功了。

日本则错过了这次个人电脑爆发式增长的机会,导致我们现在看,我们手机和电脑里的处理器芯片几乎没有日本生产或者设计的。

在 1983 年,三星开始涉足半导体行业,跟日本一样,三星也是靠政府补贴,以及银行发放巨额贷款的方式来发展半导体。得益于美日贸易关系的紧张,美国为韩国的 DRAM 芯片提供了市场和技术,并且将很多顶尖技术也转移到韩国,并且三星和美光也成为了合作伙伴,三星开始在美日的夹缝中顽强生长。

1971 年,无线通信公司 高通 成立,创始人的理念是他们相信越来越强大的微处理器(摩尔定律)可以让他们在现有的频谱带宽中填充更多的信号。

芯片的「古腾堡时刻」。这对芯片行业的影响是分离了芯片设计和芯片制造的过程,这是非常重要的。即就算你不懂芯片制造业也能设计芯片,有点类似于是给机器一张芯片设计图纸,芯片制造器就能生产处无限个这样图片。举个实际点的例子就是,苹果手机当中的芯片是苹果公司设计的,但是制造是外包给台积电,即苹果不需要自己掌握生产过程,它只需要按规则设计好芯片就好了。芯片的设计和制造分离改变了整个芯片行业,也让台积电的外包制造生意成为可能。

# 第五部分 集成电路、集成世界?

这部分主要介绍 20 世纪 90 年代,世界芯片产业的变迁。

台积电的创办和台湾政府有很大的关系,台湾不光为台积电提供了 48% 的启动资金,还提供了丰厚的税收优惠。这里有个比较有意思的细节是,台湾政府除了提供 48% 的启动资金之外,还变相威胁让台湾岛上几家最富有的家族提供资金。

当然台积电的创办和创始人张仲谋有很大的关系,他准确预测到随着技术的进步,制造设备和研发成本会上升,只有大量生产芯片的公司才有成本压力,本质上是分工不同。时势造英雄,张仲谋成了台湾的芯片行业的英雄。

回看中国芯片行业的发展,更重视电子产品组装,而非芯片制造,目前只有中芯国际一家算是比较能打。

而在光刻机的战场上,最后笑傲江湖的是荷兰的光刻公司阿斯麦。

# 第六部分 离岸创新

这部分主要介绍芯片生产过程外包基本上成为业内共识,包括英伟达,苹果,高通都选择了自己制造芯片,而将制造芯片的过程外包给台积电或者三星,这是一种互赢的商业模式。

相比台积电生产芯片,国内的很多企业其实只是负责电子产品的组装,这部分工作的科技含量显然没有制造芯片的科技含量高,同样的可替代性也比较强,这也就是为什么近几年一些跨国公司纷纷找一些东南亚的小国家来做类似的工作,来降低人工成本。

光刻机是芯片公司生产芯片的核心制造工具,这部分简单介绍了 EUV 光刻机的制造过程,它的制造难度超过我的想象,光刻机的部件需要很多公司的配合制造,仅凭阿斯麦是不能完成这项艰难的任务。

剩下的部分是介绍国内目前的芯片发展现状,以及中美两国在芯片行业的博弈,不过多叙述了。

对于梳理芯片行业的发展情况,这本书介绍的还是挺清楚的,对芯片产业有兴趣的朋友,推荐阅读一下这本书。


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