前言
8月9号,老登子签署了《芯片与科学法案》,最近几天美国又加紧了对中国半导体产业的制裁,很多美籍在华从事芯片工作的人员都被迫返回美国,对于我国高科技产业打击不小。
中国的半导体产业在未来一段时间内可能将面临诸多问题,并且需要依靠自身科研力量才能突破技术封锁。
不知道现在芯片产业是什么状态
自主研发,技术突破,一直是一项十分艰难的事情。
美利坚在几十年前,在没有任何其他国家的先进经验可以参考,他们是如何从无到有,将半导体产业做大做强的,我们是不是也能从中学到一些经验?
(我整理了本人读过的书籍和网上的一些资料,本人不是该专业的学生,若有错误,可以在评论批评指正,我查证之后会即时修改文章内容)
用一粒米代替一号电池
初代计算机和很多早期的通讯设备采用的元器件是电子管。
电子管结构上有点像白炽灯泡,能在电路中起到放大信号的效果,也可以做成电子继电器那样的开关。这些特性让它成为电子信息通讯中不可缺少的元件。
电子管
但电子管有几个令人头疼的缺点:
1.耗电2.又大又重,而且娇气3.造价很贵,但寿命却很短。
第一台电子计算机,体积庞大,和用电子管有一定关系
20世纪50年代初,已经在固态物理学发表了数篇重要论文的肖克利意识到,在电子元器件方面的潜力。
肖克利
要将导电性比铜低,易碎的硅或锗做成元件在当时简直是一件异想天开的事情,不过肖利克决定迎难而上。
他在美国贝尔实验室工作,这是当时世界上最顶尖的实验室之一,诞生过无数改变世界的发明,信息论之父香农和大名鼎鼎的图灵都曾在贝尔实验室就职。
在贝尔实验室的香农
肖克利手下也是人才济济,但因为肖克利本人性格傲慢,甚至要求下属在他们的专利上只写肖克利的名字,理由是他认为他们是用他的理论做出的成果,这件事让肖克利和手下人闹得两败俱伤。
不过这件事情也刺激了肖克利,他夜以继日的工作,最后在另一个团队的帮助下,他的半导体设想变成了现实。
1955年,肖克利与同事发明了一种能做成米粒大小,以代替一号电池大小电子管,更节能,更便宜,且几乎不会有寿命限制的电子元件——晶体管。
晶体管
1956年,肖克利写信给多位青年才俊,希望他们能加入自己成立的新公司——肖克利半导体公司。
当时优秀的人才都将肖克利视为自己的偶像,毫不犹豫地加入了新公司,其中包括后来集成电路的发明者诺斯伊和摩尔定律的提出者戈登-摩尔。
诺伊斯
摩尔
肖利克看人眼光极准,他的标准主要有两条:1.智商高2.会搞研究。肖利克认为只要一个人足够聪明,而且会搞研究,这个人就一定会有出息,至于专业知识,都是可以以后再学的。
苹果和谷歌也曾采用过类似标准面试,给应聘者出智商测试题,但据说因为这样涉及种族歧视,所以废除了这个标准。
“八叛徒“
加入肖利克公司的员工很快发现,他们的老板很不地道。
肖利克对每一位员工都极度不信任,有一次因为公司丢了无关紧要的小东西,他就让全体员工使用测谎仪测谎,他还禁止员工在实验室讨论工作问题,使整个实验室处于一种病态的氛围。
不仅如此肖利克还用自己的权力在技术上打压员工,导致他们许多重要科研成果无法即使发表,其中包括诺伊斯发明的“江崎晶体管”。之所以叫这个名字,是因为肖利克的阻挠,让日本科学家江崎玲于奈先发表了这项成果。
江崎玲于奈,诺奖得主
一段时间后公司的八位年轻人忍无可忍,决定辞职自立门户。
他们委托基金管理人阿瑟-洛克为新公司寻找投资。当时找了30个大客户,但这些客户都是其他产业的有钱人,他们对半导体技术一窍不通,全部拒绝投资。最后费尔柴尔德家族——IBM最大的股东——被洛克说服,同意投资新公司。
新公司便以费尔柴尔德家族的名字命名,中文译名“仙童半导体公司”。
仙童的八位创始人
知道员工跑路的肖利克非常愤怒,痛斥这帮年轻人,骂他们是公司的“叛徒”,但因为这八位员工的离职都是合法合规的,肖克利除了无能狂怒也无计可施。
凭借半导体工艺的先进技术,仙童半导体公司迅速发展。
当时美军正在研制“女武神”超音速轰炸机,这个项目对电子设备工艺有极高的要求,普通的锗制晶体管无法满足要求。
军方对此开价不菲,同时也对元件性能提出了严苛的标准,在多位投资人和专家的牵头下,制造高性能晶体管的重任落到了仙童公司的肩膀上。
如果这个项目能成功完成仙童公司就能一炮而红,扬名天下,反正如果失败,则会让公司一只脚踏进棺材。
诺伊斯等人接下了这个项目,因为他们已经有了一个很棒的主意——用更结实的硅代替锗。
硅
问题在于,硅非常硬,加工十分困难,这就是为什么肖利克没选择用硅制造晶体管的原因。
仙童的八位创始人分成两组,分别进行技术攻关,最后由摩尔和赫尔尼带领小组发明了一种叫平面工艺的半导体加工技术,突破了硅材料的加工难题。
平面工艺示意图
当时,组装电路时要将晶体管一个个焊到电路板上,加工步骤复杂且一步出错产品就报废,使得生产成本非常高。
平面工艺发明之后,诺伊斯从赫尔尼的技术中得到启发,想着与其这么麻烦,为什么不将所有电路和元件都制成底版,刻到一个硅片上,这样硅片生产出来就是一个完整的电路,能直接用于组装产品。
仙童遵循诺伊斯的想法,很快将产品做了出来,这种元件叫做——集成电路。
集成电路发明之后,八位创始人都意识到这个发明将改变信息产业重心的方向,但当时的投资人并不愿意放弃晶体管产业,将重心转到集成电路上。几位创始人对此感到失望之后纷纷离职,又创立了新的公司。
公司人员离职自立门户的事情其实在仙童创立的初期就已经十分普遍,
就很多员工就学习八位创始人的“反叛精神”,干了一段时间后就提桶跑路,自立门户,而同时,无数的青年才俊又源源不断地被吸引,涌向仙童公司。就这样不断地有人离开,有人加入,仙童培养了一批又一批“叛徒”,旧金山湾区出现了一家又一家半导体企业。
20世纪70年代,这个半导体公司林立的地方被冠以一个后来人们耳熟能详的名字——硅谷。
在创始人纷纷离职之后,仙童公司也逐渐衰落,最终被埋入历史的黄土中,但不可否认,它是一家伟大的公司,并在历史上写下了浓墨重彩的一笔。
新的开始
1968年,诺伊斯和摩尔找到洛克,说他们想成立一个新的公司,需要1000万美元做启动资金。洛克拉拢了许多投资界和半导体界的精英为新公司集资,其中有后来名震中外的投资人沃伦-巴菲特,仙童的大批精英员工也离职追随诺伊斯,新公司很快就集齐了所需的人力物力。
这家新公司最开始起名NM,就是两位创始人诺伊斯和摩尔名字的首字母,但后来改了一个更有时代气息的名字——英特尔,Intel。
Intel,可理解为集成电路(Integrated electronics)或者智慧(Intelligence)
摩尔很早就意识到,未来集成电路的发展方向不是生产更多的芯片,而是考虑怎么在一个芯片中加入更多更强大的电路,即研发超大规模集成电路。
超大规模集成电路
这件事情仙童不愿意做,那就英特尔来做好了。
英特尔起步时虽然规模不大,但对未来半导体发展趋势把控准确,从存储器切入进行业务发展,很快就进入飞速成长的时期。
1971年,英特尔已经在微处理器领域取得巨大成功。几年后,诺伊斯发现英特尔虽然一直在推出新产品,但在市场上越来越艰难,研发效率也越来越低,并且面临来自欧洲和日本同行的压力。
到了1975年左右,英特尔开始出现亏损,诺伊斯刚开始想卖掉公司,甚至找了之前的老东家仙童,但价格没有谈妥。
摩尔听说诺伊斯要卖掉公司后非常不满,在和诺伊斯协商之后,摩尔代替诺伊斯,出任首席执行官。
摩尔管理能力并不突出,不过他手下有一员猛将——格鲁夫。
在诺伊斯出任CEO时,公司管理十分松散,因为诺伊斯之前被肖利克欺压,觉得过于严格的管理不利于发展,所以对员工一直比较放纵,甚至出现过主管喝醉了来开会的情况。
安迪-格鲁夫
格鲁夫在摩尔上任之后,参与管理事务,让摩尔加强了的公司管理,严惩喝酒上班这类无利于高效工作的松散行为。一段时间后,摩尔干脆将公司交给格鲁夫,让他全权负责。格鲁夫没有辜负导师的期望,他的领导纪律严明,讲究效率,将英特尔重新凝聚起来。
为了确保公司研发跟上摩尔定律,格鲁夫通常采用两个团队相互竞争开发的模式,如果一个团队明显落后,格鲁夫就会让他们退出,转去负责其他研发项目,或研发下一代产品。
这样的作法相当烧钱,但新一代产品将横扫市场,带来巨大利润。
英特尔一直是全球研发经费最高的企业,据说它在一款处理器上的投入,经常超过美国之外任何一个国家在半导体项目上的全部研发经费。
今天,
几乎所有工业品制造的过程中都会使用半导体集成电路,最先进的半导体工艺已经做到5纳米级,所以这次封锁会是一次不小的挑战。
中国芯片产业
无数天才夜以继日勤奋工作推动了美国半导体的崛起,让它在这个领域处于统治地位。
希望我们国家尽快突破半导体技术封锁,能够成为下一次技术爆炸的主阵地,涌现真正影响世界的理论和技术。
香农镇楼
(以上部分内容来自吴军老师的《信息传》,图片来自网络,侵删)
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