面對制裁,我們還能從對手身上學到什麼:美利堅半導體產業的故事

前言

8月9號,老登子簽署了《芯片與科學法案》,最近幾天美國又加緊了對中國半導體產業的制裁,很多美籍在華從事芯片工作的人員都被迫返回美國,對於我國高科技產業打擊不小。

中國的半導體產業在未來一段時間內可能將面臨諸多問題,並且需要依靠自身科研力量才能突破技術封鎖。

不知道現在芯片產業是什麼狀態

自主研發,技術突破,一直是一項十分艱難的事情。

美利堅在幾十年前,在沒有任何其他國家的先進經驗可以參考,他們是如何從無到有,將半導體產業做大做強的,我們是不是也能從中學到一些經驗?

 

(我整理了本人讀過的書籍和網上的一些資料,本人不是該專業的學生,若有錯誤,可以在評論批評指正,我查證之後會即時修改文章內容)

 

用一粒米代替一號電池


初代計算機和很多早期的通訊設備採用的元器件是電子管。

電子管結構上有點像白熾燈泡,能在電路中起到放大信號的效果,也可以做成電子繼電器那樣的開關。這些特性讓它成爲電子信息通訊中不可缺少的元件。

電子管

但電子管有幾個令人頭疼的缺點:

1.耗電2.又大又重,而且嬌氣3.造價很貴,但壽命卻很短。

第一臺電子計算機,體積龐大,和用電子管有一定關係

20世紀50年代初,已經在固態物理學發表了數篇重要論文的肖克利意識到,在電子元器件方面的潛力。


肖克利


要將導電性比銅低,易碎的硅或鍺做成元件在當時簡直是一件異想天開的事情,不過肖利克決定迎難而上。

他在美國貝爾實驗室工作,這是當時世界上最頂尖的實驗室之一,誕生過無數改變世界的發明,信息論之父香農和大名鼎鼎的圖靈都曾在貝爾實驗室就職。

在貝爾實驗室的香農

肖克利手下也是人才濟濟,但因爲肖克利本人性格傲慢,甚至要求下屬在他們的專利上只寫肖克利的名字,理由是他認爲他們是用他的理論做出的成果,這件事讓肖克利和手下人鬧得兩敗俱傷。

不過這件事情也刺激了肖克利,他夜以繼日的工作,最後在另一個團隊的幫助下,他的半導體設想變成了現實。

1955年,肖克利與同事發明了一種能做成米粒大小,以代替一號電池大小電子管,更節能,更便宜,且幾乎不會有壽命限制的電子元件——晶體管。

晶體管

1956年,肖克利寫信給多位青年才俊,希望他們能加入自己成立的新公司——肖克利半導體公司。

當時優秀的人才都將肖克利視爲自己的偶像,毫不猶豫地加入了新公司,其中包括後來集成電路的發明者諾斯伊和摩爾定律的提出者戈登-摩爾。

諾伊斯

摩爾

肖利克看人眼光極準,他的標準主要有兩條:1.智商高2.會搞研究。肖利克認爲只要一個人足夠聰明,而且會搞研究,這個人就一定會有出息,至於專業知識,都是可以以後再學的。

蘋果和谷歌也曾採用過類似標準面試,給應聘者出智商測試題,但據說因爲這樣涉及種族歧視,所以廢除了這個標準。

 

“八叛徒“


加入肖利克公司的員工很快發現,他們的老闆很不地道。

肖利克對每一位員工都極度不信任,有一次因爲公司丟了無關緊要的小東西,他就讓全體員工使用測謊儀測謊,他還禁止員工在實驗室討論工作問題,使整個實驗室處於一種病態的氛圍。

不僅如此肖利克還用自己的權力在技術上打壓員工,導致他們許多重要科研成果無法即使發表,其中包括諾伊斯發明的“江崎晶體管”。之所以叫這個名字,是因爲肖利克的阻撓,讓日本科學家江崎玲於奈先發表了這項成果。

江崎玲於奈,諾獎得主

一段時間後公司的八位年輕人忍無可忍,決定辭職自立門戶。

他們委託基金管理人阿瑟-洛克爲新公司尋找投資。當時找了30個大客戶,但這些客戶都是其他產業的有錢人,他們對半導體技術一竅不通,全部拒絕投資。最後費爾柴爾德家族——IBM最大的股東——被洛克說服,同意投資新公司。

新公司便以費爾柴爾德家族的名字命名,中文譯名“仙童半導體公司”。

仙童的八位創始人

知道員工跑路的肖利克非常憤怒,痛斥這幫年輕人,罵他們是公司的“叛徒”,但因爲這八位員工的離職都是合法合規的,肖克利除了無能狂怒也無計可施。


憑藉半導體工藝的先進技術,仙童半導體公司迅速發展。

當時美軍正在研製“女武神”超音速轟炸機,這個項目對電子設備工藝有極高的要求,普通的鍺制晶體管無法滿足要求。

軍方對此開價不菲,同時也對元件性能提出了嚴苛的標準,在多位投資人和專家的牽頭下,製造高性能晶體管的重任落到了仙童公司的肩膀上。

如果這個項目能成功完成仙童公司就能一炮而紅,揚名天下,反正如果失敗,則會讓公司一隻腳踏進棺材。

諾伊斯等人接下了這個項目,因爲他們已經有了一個很棒的主意——用更結實的硅代替鍺。



問題在於,硅非常硬,加工十分困難,這就是爲什麼肖利克沒選擇用硅製造晶體管的原因。

仙童的八位創始人分成兩組,分別進行技術攻關,最後由摩爾和赫爾尼帶領小組發明了一種叫平面工藝的半導體加工技術,突破了硅材料的加工難題。

平面工藝示意圖

當時,組裝電路時要將晶體管一個個焊到電路板上,加工步驟複雜且一步出錯產品就報廢,使得生產成本非常高。

平面工藝發明之後,諾伊斯從赫爾尼的技術中得到啓發,想着與其這麼麻煩,爲什麼不將所有電路和元件都製成底版,刻到一個硅片上,這樣硅片生產出來就是一個完整的電路,能直接用於組裝產品。

仙童遵循諾伊斯的想法,很快將產品做了出來,這種元件叫做——集成電路。

集成電路發明之後,八位創始人都意識到這個發明將改變信息產業重心的方向,但當時的投資人並不願意放棄晶體管產業,將重心轉到集成電路上。幾位創始人對此感到失望之後紛紛離職,又創立了新的公司。


公司人員離職自立門戶的事情其實在仙童創立的初期就已經十分普遍,

就很多員工就學習八位創始人的“反叛精神”,幹了一段時間後就提桶跑路,自立門戶,而同時,無數的青年才俊又源源不斷地被吸引,湧向仙童公司。就這樣不斷地有人離開,有人加入,仙童培養了一批又一批“叛徒”,舊金山灣區出現了一家又一家半導體企業。

20世紀70年代,這個半導體公司林立的地方被冠以一個後來人們耳熟能詳的名字——硅谷

在創始人紛紛離職之後,仙童公司也逐漸衰落,最終被埋入歷史的黃土中,但不可否認,它是一家偉大的公司,並在歷史上寫下了濃墨重彩的一筆。

 

新的開始

1968年,諾伊斯和摩爾找到洛克,說他們想成立一個新的公司,需要1000萬美元做啓動資金。洛克拉攏了許多投資界和半導體界的精英爲新公司集資,其中有後來名震中外的投資人沃倫-巴菲特,仙童的大批精英員工也離職追隨諾伊斯,新公司很快就集齊了所需的人力物力。

這家新公司最開始起名NM,就是兩位創始人諾伊斯和摩爾名字的首字母,但後來改了一個更有時代氣息的名字——英特爾,Intel。


Intel,可理解爲集成電路(Integrated electronics)或者智慧(Intelligence)


摩爾很早就意識到,未來集成電路的發展方向不是生產更多的芯片,而是考慮怎麼在一個芯片中加入更多更強大的電路,即研發超大規模集成電路

超大規模集成電路

這件事情仙童不願意做,那就英特爾來做好了。

英特爾起步時雖然規模不大,但對未來半導體發展趨勢把控準確,從存儲器切入進行業務發展,很快就進入飛速成長的時期。

1971年,英特爾已經在微處理器領域取得巨大成功。幾年後,諾伊斯發現英特爾雖然一直在推出新產品,但在市場上越來越艱難,研發效率也越來越低,並且面臨來自歐洲和日本同行的壓力。

到了1975年左右,英特爾開始出現虧損,諾伊斯剛開始想賣掉公司,甚至找了之前的老東家仙童,但價格沒有談妥。

摩爾聽說諾伊斯要賣掉公司後非常不滿,在和諾伊斯協商之後,摩爾代替諾伊斯,出任首席執行官。

摩爾管理能力並不突出,不過他手下有一員猛將——格魯夫。

在諾伊斯出任CEO時,公司管理十分鬆散,因爲諾伊斯之前被肖利克欺壓,覺得過於嚴格的管理不利於發展,所以對員工一直比較放縱,甚至出現過主管喝醉了來開會的情況。

安迪-格魯夫

格魯夫在摩爾上任之後,參與管理事務,讓摩爾加強了的公司管理,嚴懲喝酒上班這類無利於高效工作的鬆散行爲。一段時間後,摩爾乾脆將公司交給格魯夫,讓他全權負責。格魯夫沒有辜負導師的期望,他的領導紀律嚴明,講究效率,將英特爾重新凝聚起來。

爲了確保公司研發跟上摩爾定律,格魯夫通常採用兩個團隊相互競爭開發的模式,如果一個團隊明顯落後,格魯夫就會讓他們退出,轉去負責其他研發項目,或研發下一代產品。

這樣的作法相當燒錢,但新一代產品將橫掃市場,帶來巨大利潤。

英特爾一直是全球研發經費最高的企業,據說它在一款處理器上的投入,經常超過美國之外任何一個國家在半導體項目上的全部研發經費。

 

今天,

幾乎所有工業品製造的過程中都會使用半導體集成電路,最先進的半導體工藝已經做到5納米級,所以這次封鎖會是一次不小的挑戰。

中國芯片產業

無數天才夜以繼日勤奮工作推動了美國半導體的崛起,讓它在這個領域處於統治地位。

希望我們國家儘快突破半導體技術封鎖,能夠成爲下一次技術爆炸的主陣地,湧現真正影響世界的理論和技術。

香農鎮樓

(以上部分內容來自吳軍老師的《信息傳》,圖片來自網絡,侵刪)

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