芯片行業(yè)觀察----《芯片戰(zhàn)爭》讀書筆記

我們將有關(guān)地區(qū)安全，政治等等相關(guān)的內(nèi)容和觀點從讀書筆記中剔除。僅僅從技術(shù)，產(chǎn)業(yè)的角度來記錄《芯片戰(zhàn)爭》這本書中的內(nèi)容。

引言部分值得注意和關(guān)注的部分：半導體供應鏈。

引用書中的內(nèi)容：“一個典型的芯片可能是由美國加利福尼亞州和以色列的一個工程師團隊，使用美國的設(shè)計軟件，采用日本軟銀旗下英國ARM公司的IP（知識產(chǎn)權(quán)）來設(shè)計；設(shè)計完成后，它被送到中國臺灣的一家工廠，該工廠從日本購買超純硅片和專用氣體，采用世界上最精密的，并且可以蝕刻，沉積和測量幾層原子的加工設(shè)備來制造。這些加工設(shè)備主要由五家公司生產(chǎn)，一家荷蘭公司，一家日本公司和三家美國加利福尼亞州公司。然后，芯片通常在東南亞進行封裝和測試，然后被送往中國組裝成手機或電腦。”

我們可以清楚的認識到，芯片產(chǎn)業(yè)鏈不如傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)每個環(huán)節(jié)都擁有眾多的，可替代的，潛在供應商。純硅片的制備，光刻機，光刻膠，流片，封裝，驗收這些環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)都被一家或者幾家企業(yè)所壟斷。

引申思考：全球范圍來看，為什么沒有能夠在產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)形成競爭和技術(shù)擴散？

資金是問題嗎？我想不。

通過對芯片產(chǎn)業(yè)鏈的了解，我們不難發(fā)現(xiàn)，芯片產(chǎn)業(yè)是一個集成了化工/精密制造/光學/計算機輔助等多個領(lǐng)域高精技術(shù)的集合體。

芯片技術(shù)的發(fā)展依賴基礎(chǔ)科學/基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的不斷革新和進步。

企業(yè)在技術(shù)方面的不斷投入，積累并促成技術(shù)的不斷迭代最終成就了少數(shù)企業(yè)在芯片行業(yè)關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的壟斷地位。

從芯片行業(yè)的發(fā)展過程來看，芯片產(chǎn)業(yè)是一個高投入/高風險，經(jīng)歷過充分競爭的行業(yè)。能站在芯片產(chǎn)業(yè)中并擁有壟斷地位的企業(yè)都是通過不斷的創(chuàng)新從千軍萬馬之中殺出的具有優(yōu)良基因的企業(yè)。

第一部分 半導體/芯片技術(shù)發(fā)展史

1945年，二戰(zhàn)末期對于計算機技術(shù)在軍事領(lǐng)域的需求，計算機的出現(xiàn)讓人們開始深入研究邏輯計算的先進方法。

1945年，威廉.肖克利《半導體中的電子與空穴》的發(fā)表，半導體的“電流放大效應被發(fā)現(xiàn)”。《半導體中的電子與空穴》為半導體技術(shù)，集體管制造技術(shù)，乃至以后的集成電路制造技術(shù)，芯片制造技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。

1948年，晶體管技術(shù)的出現(xiàn)。

1958年，集成電路技術(shù)出現(xiàn)。仙童半導體公司成立。

1959~1965 在冷戰(zhàn)和太空競賽的推動下，集成電路處理器依賴軍事需求快速發(fā)展。

>1959年9月TI公司發(fā)明了光刻技術(shù)。

>1961年臺積電創(chuàng)始人張忠謀加入TI。這一時期的光刻技術(shù)還處于摸索階段，對于覆膜，光刻膠，工藝的研究才剛剛開始。如何提高光刻技術(shù)生產(chǎn)集成電路的可靠性和成品率是當時最主要的挑戰(zhàn)。大量的實驗和理論積累是這一時期最主要的工作。

>1963年安迪.格魯夫加入TI為提高早期光刻生產(chǎn)工藝的可靠性做出巨大貢獻。經(jīng)由眾人的共同努力，光刻生產(chǎn)芯片實現(xiàn)了規(guī)模化，標準化；為大規(guī)模生產(chǎn)和供應市場提供了基礎(chǔ)。人們開始注意到芯片在民用市場的巨大潛力。

同一時間，蘇聯(lián)也在半導體芯片領(lǐng)域發(fā)力。以復制美國芯片制造技術(shù)為出發(fā)點。蘇聯(lián)政府采用多種手段獲取美國芯片制造技術(shù)，但是并沒有能夠獲取美國芯片制造技術(shù)細節(jié)和工程實施方法，不知道是因為只關(guān)注了理論還是因為所需要的信息量巨大無法通過非正常手段獲取而沒有能夠?qū)崿F(xiàn)與美國相同的芯片生產(chǎn)能力。

民用市場的巨大潛力和美好的前景讓芯片生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展。摩爾定律已經(jīng)開始發(fā)揮它的魔力。只關(guān)注現(xiàn)有技術(shù)，沒有在芯片技術(shù)發(fā)展中進行持續(xù)投入，沒有對芯片產(chǎn)業(yè)依賴領(lǐng)域的創(chuàng)新，注定了蘇聯(lián)在芯片產(chǎn)業(yè)上復制戰(zhàn)略的失敗。

從投入來看，蘇聯(lián)對芯片產(chǎn)業(yè)的投入只集中在芯片生產(chǎn)的某些單一環(huán)節(jié)，而沒有進行全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展投入也是其注定失敗的關(guān)鍵因素。

1964年，在美國將日本納入自身產(chǎn)業(yè)環(huán)境，四月Sony創(chuàng)立。很快在半導體領(lǐng)域日本與美國就形成了共生關(guān)系，美國負責生產(chǎn)，研發(fā)，日本負責為產(chǎn)品找到應用場景并生產(chǎn)半導體消費產(chǎn)品。

1968年，仙童的創(chuàng)世成員中的兩位離開仙童，創(chuàng)立英特爾。英特爾在通用邏輯運算芯片與DRAM發(fā)力。

總結(jié)：在芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前期，安迪.格魯和張忠謀的努力對于芯片生產(chǎn)技術(shù)提高成品率和量產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用。他們的重要之處不在于發(fā)現(xiàn)了新的理論和方法，而在于將理論推向了現(xiàn)實，大大推動了芯片制造技術(shù)的工業(yè)化進程。

隨著越戰(zhàn)的結(jié)束，美國將東南亞國家納入芯片產(chǎn)業(yè)鏈中實現(xiàn)與盟友的經(jīng)濟捆綁，這也是其冷戰(zhàn)后東南亞區(qū)域戰(zhàn)略中最重要也是最成功的部分。

第二部分 競爭與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

20世紀80年代，日本的半導體產(chǎn)業(yè)依托消費類電子產(chǎn)品積累的財富，不斷加大對半導體技術(shù)的投入。通過深耕技術(shù)/不斷創(chuàng)新/快速積累，日本在半導體行業(yè)已經(jīng)可以與美國分庭抗禮。

在日美半導體產(chǎn)業(yè)競爭的過程中也存在著，間諜，政府補助，地方保護主義等等的問題。雖然有著各種糾紛，日本與美國還是保持著協(xié)商，競爭發(fā)展的關(guān)系。日本企業(yè)在半導體領(lǐng)域的持續(xù)不斷創(chuàng)新，讓美國半導體行業(yè)倍感壓力。這些來自外部的壓力在促進美國本土半導體企業(yè)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，同樣也促進了整個半導體行業(yè)的發(fā)展。

在這一時期，標志性的事件要數(shù)尼康實現(xiàn)了光刻機的投產(chǎn)，并且超越了“傲慢”/“反應遲鈍”/“管理企業(yè)混亂”的GCA成為了光刻機的最大供應商。此時的日本不僅僅在半導體行業(yè)，在汽車制造/冶金/化工等等很多領(lǐng)域都全面超越了美國。依托產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，日本的經(jīng)濟也快速騰飛。

雖然美國政府通過關(guān)稅，貿(mào)易限額等手段限制了日本企業(yè)在美國本土獲取更大的利潤，但是這些手段并沒有讓美國企業(yè)在競爭中改變自身的劣勢地位。

顯著的特征是美國半導體產(chǎn)業(yè)中的DRAM廠商開始舉步維艱。

為了挽救美國本土的半導體產(chǎn)業(yè)，五角大樓和半導體制造商聯(lián)盟創(chuàng)辦了Sematech財團，試圖從資金和技術(shù)投入上挽回美國半導體產(chǎn)業(yè)的頹勢。其中最受關(guān)注的是Sematech財團對美國光刻機制造企業(yè)GCA的長期投入。資金和技術(shù)上的投入并沒有改變GCA混亂的管理，這些投入并沒有轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新能力，最終GCA還是在與其他光刻機制造廠商的競爭中關(guān)門大吉。

此時，美國人才明白過來，日本半導體產(chǎn)業(yè)超越美國半導體產(chǎn)業(yè)的核心動力是日本人并沒有“復制”美國的半導體產(chǎn)業(yè)，而是在半導體領(lǐng)域不斷的“創(chuàng)新”。

在美國半導體產(chǎn)業(yè)舉步維艱，愁云慘淡的時候。一個賣土豆的人，辛普勞開始將現(xiàn)代企業(yè)管理和生產(chǎn)制造理論帶入芯片制造公司--美光。現(xiàn)代企業(yè)管理，生產(chǎn)理論的引入，使得美光簡化了生產(chǎn)流程，控制生產(chǎn)成本，降低企業(yè)運行成本。最終讓美光在與日本企業(yè)的競爭中生存下來。

在美日芯片產(chǎn)業(yè)刺刀見紅的時候，韓國成了這場競爭最大受益者，美國向韓國開放了半導體市場的同時還將美國國內(nèi)倒閉的企業(yè)大量的轉(zhuǎn)移到韓國并進行了技術(shù)扶持，由此韓國成為半導體產(chǎn)業(yè)的重要基地。

1990年爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭讓人們驚嘆的發(fā)現(xiàn)，芯片對于戰(zhàn)爭的革命性改變。隨著標志性事件的發(fā)生，芯片技術(shù)開始滲透人們生活的方方面面。

時間來到了20世紀90年代，錯失個人電腦市場的日本半導體產(chǎn)業(yè)在刺破的經(jīng)濟泡沫下開始走下坡路。美國的半導體企業(yè)在更科學的企業(yè)管理，更多的技術(shù)創(chuàng)新的支持下，讓硅谷成為冷戰(zhàn)結(jié)束后全球半導體產(chǎn)業(yè)真正的贏家。

第三部分 現(xiàn)代半導體行業(yè)

在冷戰(zhàn)之后，“全球化”戰(zhàn)略讓臺灣的芯片產(chǎn)業(yè)迎來了機會。臺灣是有芯片產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的，不僅TI很早就已經(jīng)在臺灣建廠，融入美國芯片產(chǎn)業(yè)鏈，還有對芯片制造產(chǎn)業(yè)上上下下都無比了解和精通的—張忠謀。

臺灣官員李國鼎無比清醒的認識到芯片產(chǎn)業(yè)對于臺灣發(fā)展的重要性，用盡全力推動芯片產(chǎn)業(yè)在臺灣落地，生根。

隨著芯片在更多的領(lǐng)域被廣泛應用，芯片產(chǎn)業(yè)將設(shè)計與制造分離開，芯片行業(yè)的分工開始進入細分賽道。張忠謀結(jié)合自身優(yōu)勢和行業(yè)發(fā)展趨勢，為臺積電制定了專注于芯片代工/生產(chǎn)的發(fā)展方向，并在此領(lǐng)域快速地發(fā)展起來。同一時期專注于芯片設(shè)計的高通等企業(yè)也開始嶄露頭角。

2000~2006年，芯片設(shè)計方法和技術(shù)獲得了大發(fā)展，以賽靈思和阿爾特拉為代表的企業(yè)開始向市場提供更便捷的芯片設(shè)計，驗證開發(fā)方案。

2009年，全球芯片產(chǎn)業(yè)遇到了第一個技術(shù)性的發(fā)展瓶頸。

隨著芯片技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)2D晶體管設(shè)計已經(jīng)無法抑制電子隧穿（基極太薄使得電子運動無法控制）。

由此3D晶體管技術(shù)FinFET進入人們的視野。（這部分其實沒太明白，我的理解是新的技術(shù)需要在不增加晶體管面積的情況下制造出結(jié)構(gòu)更復雜的晶體管以電勢能涵道控制電子的運行軌跡。）這項芯片制造技術(shù)依賴更先進的光刻技術(shù)和設(shè)備。EUV光刻機成為芯片行業(yè)競爭的關(guān)鍵，同樣因為EUV技術(shù)的復雜性，芯片設(shè)計，檢驗，仿真，生產(chǎn)輔助軟件的使用成為芯片制造領(lǐng)域不可或缺的方法和工具。

同樣因為技術(shù)發(fā)展已經(jīng)讓芯片制造技術(shù)達到了一個令人發(fā)指的復雜程度，制造芯片的原料，工藝都必須滿足極高的要求。當這些技術(shù)指標達到一定的高度時就成為了技術(shù)門檻，正是這些門檻的存在，使得芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)逐步的壟斷了所在的領(lǐng)域。

第四部分 中國的挑戰(zhàn)

中國芯片行業(yè)發(fā)展的最核心問題是：本土創(chuàng)新不足；全面依賴外國半導體技術(shù)和企業(yè)。作者核心思想就是中國的“大基金“發(fā)展戰(zhàn)略，不是融合而是嘗試替代，不切合和實際的同時也沒有腳踏實地。最致命的是這種大戰(zhàn)略出于于政治目標而不是市場目標，這樣的目標無法保證產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展。時至今日，深圳大批芯片公司的倒閉似乎已經(jīng)說明了一切。美國公司并不排除與中國企業(yè)合作開發(fā)芯片。例如：IBM，高通都曾與中國企業(yè)深度合作。ARM也同樣在中國大陸建有辦事處。但是當芯片與安全戰(zhàn)略掛鉤時，事情變的復雜和無法控制；在非純粹的“商業(yè)”背景下，自己不斷強調(diào)的安全戰(zhàn)略開始反噬中國大陸部分芯片企業(yè)。

在中國的芯片行業(yè)，最缺乏的就是創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。對于微小改進的不重視，對于工程師群體的不重視，決策大于實干，缺乏科學的工程實施方法論，都是扼殺創(chuàng)新的原因。你能想象當我搜索《工程學實施方法》的時候只有教人如何建房子的書嗎？從理論到實踐即便短期大量的投入可以“買來”芯片制造的部分技術(shù)，能力；隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)競爭，為數(shù)不多的成果只能是曇花一現(xiàn)。