中国半导体的崎岖路
2019-10-29
14:20:00
来源: 互联网
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谢希德和张忠谋离开麻省理工校园，几乎是在同一时间，却怀着两种截然不同的心情。
谢希德转入麻省理工学院（MIT）后，苦读2年便成功取得博士学位。新中国成立的消息令她兴奋不已，可是朝鲜战争已经爆发，美方对于科技人才的东归多有阻挠。直到著名学者李约瑟出面担保，谢希德，这位后来的“中国半导体之母”才辗转多地，回到祖国。
相比之下，张忠谋的求学之路反倒没有那么顺利。张忠谋出生浙江宁波，在麻省理工完成硕士学业后申请本校博士竟然被拒。年轻的他将之视为有生以来最大的打击，站在没有自己名字的榜单前，多年积累的自尊心、自信心倏忽消灭，十几年读书生涯戛然中断，不知下一步何去何从，何以面对父母，何以面对新婚不久的妻子。
一人满怀期待，一人沉沦迷茫。从同一个校园出发的两个人，最终都把一生献给了半导体事业，把两人截然不同的人生经历拼接一处，就是整个中国半导体的故事。
01
落榜麻省理工一直是张忠谋的心里阴影，不堪回首，不过多年后，他的看法竟然突然有了180度大转弯，将那次落榜视作一生中最幸运的事。
求学遭拒的张忠谋被逼无奈地找着工作，陆续到手的offer中，福特汽车的工作邀请最令他心仪。彼时的福特如日中天，列席全球前十大企业。张忠谋作为麻省理工机械专业的硕士，去福特，方是才尽其用。奈何不作死就不会死，由于手中另一个offer给的月薪比福特高1美元，年轻的张忠谋竟然希望福特给自己涨薪，在吃了一个官僚式的闭门羹后，他去了那家月薪高1美元的企业——希凡尼亚（Sylvnia）。这家以生产电灯泡、电视机、收音机、真空管为业的公司，当时正在研究一项新的产品——以半导体为材料的晶体管。
张忠谋学的是机械专业，论及和公司主业的契合程度，远不如物理专业，因此同一时期也在希凡尼亚的另两位中国年轻人才是热门——哈佛大学物理博士黄敞和宾夕法尼亚大学物理博士林兰英。不过，后二人选择了谢希德一样的道路，先后辞别高薪，辗转回国。
那艘著名的威尔逊游轮，受到美国中央情报局（CIA）的严密搜查，甚至连学科教材和学生笔记都被扣下。林兰英，这位宾夕法尼亚大学历史上第一位女博士，用药盒，偷偷带回了自己提炼的锗单晶和硅单晶，作为给新中国的献礼。
在此之前，黄昆已经先从英国登船。曾经，在西南联大他是和杨振宁齐名的物理系“三剑客”；现在，和量子力学鼻祖、后来诺奖得主马克斯·玻恩（Max Born）合著的《晶格动力学理论》，已经令他在世界物理界声名鹊起。
当张忠谋还在为由机械专业转入半导体职业而挑灯苦读。太平洋彼岸，在新中国聚首的黄昆、谢希德、林兰英、黄敞、王守武们，已经组建了一支年轻有为、群星闪耀的顶配阵容。
不妨用贝尔实验室发明晶体管为里程碑，中国半导体起步之处，只落后美国3-5年。
02
根据导电性，物质分为导体（比如铁）和绝缘体（比如木头），所谓半导体，顾名思义是介于两者之间的物质，其导电性受到导带中电子数量的控制。科学界很早就认识到半导体的存在，只是一直不知道怎么利用它。直到1948年贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）以半导体材料发明晶体管，其小、轻、短、省的优点，完美替代电子产业的上一代技术（真空管），至此一场持续至今的产业革命正式起步。
肖克利登高一呼，无数青年才俊慕名而来，加入他的商业化公司。但是除了商业理念不合，肖克利家长式的作风令人作呕。比如，戈登·摩尔（Gordon Moore，摩尔定律的提出者）回忆，实验室发生小事故，员工们要通过测谎仪来分辨谁撒谎，谁有错。终于，以诺伊斯为首的8人组团出走，创办仙童公司（Fairchild），史称：仙童八叛将（The Traitorous Eight）。
The Traitorous Eight
尽管仙童历经短暂的高光，众人便再次四散，但是无论从事产业、研究还是投资，都颇有建树，以至于几乎一半以上的硅谷公司，都有仙童的直接基因，这才有了“先有仙童，后有硅谷”之说。其中，诺伊斯（Robert Noyce）和摩尔新创立的公司，取名英特尔（Intel），在集成电路行业独领风骚，几乎历经了人类历史上所有的科技争霸，化成一座高峰矗立至今。
1956年，新中国发出“向科学进军”的号召，在总理的关心下，教育部集合北京大学、复旦大学、吉林大学、南京大学、厦门大学300人，由黄昆和谢希德牵头，在北京大学开设半导体专门化培训班。这300人中包括后来的中芯国际董事长王阳元、华晶集团总工程师许居衍、电子工业部总工程师俞忠钰。如沐春风里，中国半导体事业扬帆起航。
期间，中国独立提炼的锗晶体、自主研制的集成电路相继问世，各项里程碑只和美国差距5-7年，和日本几乎同步，领先韩国整整十年。
除了北大顶配的半导体班，黄昆和谢希德编写的《半导体物理学》问世，北黄昆南希德，坐镇复旦大学的谢希德，推动固体能谱研究，组队伍，进设备，筹实验。中国半导体从人才培养，到产业探索，稳步推进。
可惜，正在“仙童播种，硅谷花开”的同一时间，运动席卷中国。谢希德连同剑桥博士的丈夫很快被安上“特务”罪名。这位“反动学术权威”的新工作是在复旦大学物理楼后面的荒草地上拔草，不许停也不许抬头。烈日暴晒下，她头顶那间复旦低温实验室被改造成关押科学家的牛棚，液氦设备作为废物送给了工厂。戴了多顶“帽子”的她，不准接触研究，不准出席外单位的学术会议，不准订阅刊物。离科学最近的距离，是被安排到校办工厂磨硅片。
那“空有射日手，不许挽大弓”的十年，恰恰是西方世界半导体行业腾空而起的十年。
03
早期晶体管的半导体材料是锗，但科学界已经认识到硅是更好的材料，只是受限于技术，炼不出成本合适且足够纯度的硅。
位于美国西南部的得克萨斯州盛产牛仔，民风粗犷，在美国主流人群看来，就是乡巴佬。当偏居一隅默默无闻的德州仪器（TI）宣布提取出可以用于工业生产的硅，着实令人吃了一惊。
张忠谋也是因为德州仪器的硅材料革命而认识这家公司，在希凡尼亚完成自己由机械系学生到半导体专家的转型后，张忠谋跳槽到德州仪器。幸运的是，硅材料的革新仅仅是德州仪器的开始，张忠谋亲眼见证了另一项开天辟地的发明。
杰克·基尔比（Jack Kilby）身高2米，体型瘦削却有着一个大头颅，30多岁年纪却异常显老，但是那冲破天际的发际线霸道宣扬着一名卓绝工程师的实力。和张忠谋年龄相仿，又同时加入公司，两人很快成为每天一起喝咖啡的好朋友。基尔比将晶体管、二极管、电阻，组成一个线路放在同一粒硅晶片上，取名“集成电路（Integrated Circuit）”。
第一块集成电路
基尔比不仅凭此发明荣膺诺贝尔物理学奖，而且一举革新行业。半导体行业正是热火朝天，德州仪器手里有了利刃，从此披荆斩棘，一跃冲天。而张忠谋一干就是30年，期间南征北战，了却君王天下事，赢得生前身后名。作为德州仪器的第三把交椅，正值壮年的张忠谋已经是全球电子行业的华人第一人。但是，那依旧还不是他个人成就的巅峰，往后还有更大的辉煌等着他。
很长一段时间，德州仪器从一无所有到割据称雄的励志故事为人津津乐道。“以小博大”，“后来居上”，这类看似凿凿的商业规律，既是激励后人前赴后继的商业鸡汤，又是造成行业累累白骨的死亡诅咒。
04
电子产业的未来辽阔到没有边际，大国间的军备竞赛立即打响。在集成电路发明之后仅仅几年，日本和中国先后拍马赶到。
其中，日本以通产省为领导，以富士通、日立、三菱、NEC、东芝5大企业为核心，联合各大研究院、研究所，推出超大规模集成电力计划(VLSI)。三年后，携自行研制的64K随机存储器，杀进Intel的主战场。竞争手段简单粗暴又实际高效：永远比Intel便宜10%。
凭借禀赋优势和价格血战，日本人迅速在美国发明的市场中杀出一条血路。80年代，日本半导体产值超越美国。打得行业鼻祖Intel宣布退出存储器市场，玩不起，不玩了。尽管事后来看，Intel凭借断舍离，聚焦微处理器市场反而走向了更大的成功。但是彼时彼刻，行业明星亏损1.8亿美元，解雇8000名员工的消息让美利坚举国震惊再举国焦虑。
美国分别从立法、产业政策、直接干预、贸易战等多个角度，组织了针对日本的狙击。除了克林顿力推的“信息高速公路”，美国政府还发起成立半导体制造技术联合体（SEMATECH），由仙童+Intel创始人、商业和科技领袖诺伊斯挂帅。经费上联邦政府出一半，企业出一半，研究成果共享。当然更著名的是对日贸易谈判，以100%的关税及各项条件相胁。最终日本承诺自行对半导体产品管制，减少产量，提高价格。
日本商业领袖、索尼创始人盛田绍夫，连同日本右翼政客石原慎太郎写了一本《日本可以说不》，骄傲神情跃然纸上。可是，随后日本就滑入“失落的十年”，甚至二十年。尽管电子产品依旧荣光，但是走下神坛的趋势已经注定。
不得不说，韩国人来得刚刚好。三星李秉哲去渴望牵制日本的美国引进技术，来军心动荡的日本高薪挖人，其中东芝半导体事业部部长川西刚的加盟尤为关键。90年代正是计算机产业井喷发展的时候，日本的限产限价，为韩国发展半导体提供了极大的便利。
三星不光趁势利便，还给行业带来更大的腥风血雨。半导体是典型的强周期行业，价格上涨，大伙砸钱投产加班加点；价格下跌，又裁人关厂贱卖保命。可是三星却清新脱俗，每每价格下降，行业日子难过，三星偏偏进一步扩大生产，继续打压价格，逼死竞争对手，形成垄断。这套由Intel发明的“逆周期投资法”被韩国人玩出了风格，玩出了水平。
不过三星之所以敢于摆出一副赌徒模样，拉着整个行业跳悬崖，是因为背后韩国政府的支持。在韩国，半导体行业被称为“工业粮食”、“孝子产业”；政府以行政方式指示各大财团给企业放贷。之后连续20年，几乎连年巨亏，但又屡败屡战，学生终于打败了老师。随着日本尔必达的倒闭，如今DRAM存储器市场，三星绝对领导，身后跟着海力士（韩国现代集团分拆）、美国美光，除此之外，在世界范围内拿着望远镜和显微镜都找不到竞争对手。
通过日胜美、美惩日、韩国逼死所有人的江湖历史，不难总结出半导体产业的精髓：坚定国家意志、引进先进技术、抓住领军人才、穿越长期亏损。
可惜，深陷运动的中国没有条件知道，重回世界的中国走过足够的弯路才能了解。如今的中国既有清晰的认知，也有积累的实力，但是行业的命题已经不同以往，由于半导体行业的奇葩特性，面前这道积年累月长成的天堑，恐怕要狠狠考验一番中国。
05
纵观六七十年代取得的成绩，言必称“两弹一星”。这项在国际封锁+国内混乱背景下诞生的成就，衍生出一个当代中国的疑问范式：中国人连“两弹一星”都能造得出，为什么造不出芯片？为什么造不出汽车？为什么造不出中国女孩爱用的美妆品？……
钱学森的话发人深省：20世纪60年代，我们全力投入“两弹一星”，得到很多；70年代我们没有搞半导体，为此失去很多。
在我们总结的半导体行业四项精髓之中，最容易模仿的是“引进先进技术”。70年代，中美和中日先后实现邦交正常化。俗话说趁热打铁，70年代初，我国从日本引进7条生产线，不过设备有了，技术、软件能力没有跟上，因此效果不佳。70年代末，美国产业升级，中国引进淘汰下来的二手设备，组成24条生产线，但是同样因为技术、软件能力跟不上，没有达成预期，成了夹生饭。为什么一模一样的错误可以重复犯？六七十年代举国封锁，涉及引进西方技术的事项往往事出有因，但是尽管如此，每当运动来潮，还是要被扣上“洋奴哲学、爬行主义”的帽子，批判打倒一番。时代风雨摇曳，又谈何思考总结？
两弹一星和半导体产业完全是两种不同的事业，前者是尖端科技的局部突破，靠的是不计成本的运动式投入，而后者是成本收益匹配的规模经济，靠的是整个社会产业链的成熟和效率。
“谁家新燕啄春泥，几处早莺争暖树”，世界半导体行业日新月异，你方唱罢我登场，可是中国报纸却沉迷在这样的宣传典型：某某弄堂里街道老奶奶靠拉扩散炉做出了半导体。
当我们关上大门时，中国半导体只落后世界5年；当中国再次回到世界，已经落后20-30年。1977年，王守武说：全国共有600多家半导体生产工厂，其一年生产的集成电路总量，只等于日本一家大型工厂月产量的十分之ー。痛心疾首的邓公问他：你们一定要把大规模集成电路搞上去，一年，行吗？
怎么把中国半导体产业搞上去？让谢希德们重回讲台和实验室，立刻拾起中断十年的人才培养，肯定是题中之义，算而今正是77、78级半导体学生撑起了当下行业的半边天。但是在人才培养之外的探索，时代主题恰恰是弯路的起点。
改革开放之初，举国上下认为只要引入竞争，开放市场，就能解决一切问题。因此整个国家的治理思路是减少直接投入，鼓励大家去经济规律中自己找出路。政企分离后，财政拨款没了，但是有银行贷款。鉴于中西方差距显著，也为了短期见效，全国半导体工厂，纷纷放下自主研发，引进国外生产线。同样的命运也发生在中国大飞机上。
不过，简单的放任自由并不是良药。半导体制程一日千里，各自为政的引进，缺乏专业性和谈判筹码。既拿不到最新的工艺，又做不到消化吸收。“引进、消化、吸收、创新”的口号没有做到，却形成了“引进、消化、落后，再引进”的怪圈。很快，连年亏损加上银行利息，企业陷入困境。
认识到错误的执政者调转方向，国家项目531工程和908工程接踵而来。
可惜，目标“普及5微米，开发3微米，攻关1微米”的531，最终还是“引进了设备，却消化不了技术和管理”。这一次重蹈覆辙，已经不仅仅是认识不足的问题，更大的原因在于，十年运动，中国半导体人才青黄不接，即使清楚软件和管理更重要，却巧妇难为无米之炊。
而908的失败是另一种典型。目标是跻身世界一流的908工程，审批2年，论证3年，建厂2年，7年过去，华晶工厂一落地就落后。不但落后了先进工艺4-5代，月产能也只有可怜的800片，连目标产能1.2万片的一成都不到，可以说毫无商业价值。面对沉重的银行利息，华晶后来的选择很是被动。历经辗转和反复，直到新世纪被央企华润收购，成为现在的华润微电子。
那注定是中国半导体事业最昏暗的一段时间。论国家投入，改革开放成果积累有限，财政捉襟见肘，心有余而力不足。论激励机制，社会主义市场经济制度还在襁褓，国企改革还在摸索，根本吸引不到国际一流人才。而十年教育停滞带来的人才断档，阵痛不断，令人心痛，又无可奈何。
回首531、908，唯一听上去算作宽慰的评价是，它们真是中国半导体事业的“黄埔军校”。其实“黄埔军校”是名副其实的哀辞，其所指往往曾经辉煌，终而没落，前景索然，因此人才四散。
跌跌撞撞，我国集成电路产量终于迈过了1亿块的槛，进入业内所说的大生产阶段。以此为口径，落后美国25年，落后日本23年。
06
集成电路一阵腥风血雨，行业开创者、DRAM存储器三元老——英特尔、德州仪器、IBM分别在1986年、1998年和1999年退出该领域。其中，由于德州仪器关闭DRAM业务，49岁张汝京提前退休，接任台湾世大半导体总经理。
旧制度已经被打碎，新制度还未被建立，继三星的翻江倒海之后，行业即将迎来下一位重塑者。更早之前，中国台湾成立电子研究所，政府出资从美国RCA购买技术，并无偿转让给新成立的联华电子公司（UMC）和台湾积体电路公司（台积电，TSMC）。台湾“科技教父”李国鼎几番赴美，曾经一个月在硅谷拜访2000多名华裔科学家和工程师，其中最大的成绩是把54岁的张忠谋请回了台湾。此前，在三星那场著名的世纪豪赌中，李秉哲就在自己的金元战队中为张忠谋留了一个关键位置，但是几番盛邀都没有成功。
不久，张忠谋在台湾当局的支持下接手台积电，近30年德州仪器生涯，曾经的麻省理工落榜少年已经是半导体行业华人第一人，用他上任伊始的话来说，自己早已“独上高楼，望尽天涯路”。
好一个“望尽天涯路”。在我们总结的半导体行业四大精髓之中，“引进先进技术”最容易模仿，而“抓住领军人才”最可遇不可求。
海峡两岸半导体渊源颇深，成立之初的台积电并无过人之处。其大股东是荷兰名企飞利浦。当时飞利浦刚步入全盛，在其亚洲战略中，布局了两家合资半导体公司。除了台湾的台积电，同一时间飞利浦和上海无线电七厂合资的上海飞利浦半导体，也就是后来的上海先进。上海先进的英文简称是ASMC和台积电TSMC如此相近，原因也在此处。
如果说谢希德和张忠谋命运迥异，是基于人生选择——一者献身新中国教育，历经磨难，当属开山大师；一者投身最前沿实业，奇遇不断，终成教父。可是，同宗同源的台积电和上海先进，却也有大相径庭的发展轨迹，真是令人感叹：千军易得一将难求。
张忠谋为台积电设计的道路叫做：专注代工。
“代工”二字，初看之下毫无亮点，细品之后low感十足。它也可以创造奇迹吗？
07
1995年11月中国领导人访问韩国，在参观了三星的半导体工厂后，这位曾任职中国电子工业部部长的长者，扶了扶黑框眼镜，把自己的感受概括为“触目惊心”。
真是没想到啊，经过市场激励和国家工程的轮番攻坚之后，我国集成电路产量和销售额占世界份额仅仅0.3%左右，不仅低到忽略不计，而且生产水平上停留在4-5英寸晶圆、2-3微米的工艺，落后第一梯队15-20年。
更令人诧异的是，5年前提出的908工程竟然还拖拖拉拉地处在论证阶段。顾不上了，909工程立刻启动。这一次吸取教训，审批、经费一切从简从快，由电子工业部部长亲自出任工程主体（华虹微电子）董事长，特事特办，规格之高难有匹敌。
合作伙伴是日本电子巨头NEC，当时正是韩国半导体绞杀日本同行关键时刻。话说这么多年，即使中日因为历史问题不共戴天，只要提起另一个邻国，双方总能冰释前嫌，其利断金。NEC为了展现情谊，不光在合资合同中承担更大义务，给中方更多实惠，而且把原来拟定的工期一而再再而三地缩短，以一个神奇的速度实现投产。
华虹NEC不仅在工艺上跻身世界一流，而且在2000年实现月投产2万片规模，第一年就产生利润。只可惜谋事在人，成事在天，2000年第四季度互联网泡沫破裂，计算机行业一天之内由盛夏转入寒冬。拉里·佩奇，花了整整一年时间叫卖Google，都鲜有人搭理。华虹NEC在2001年前8个月巨亏7亿，眼看再撑一撑会有转机，紧接着发生911恐怖袭击。中国半导体人，眼看着天空中伸出一只巨大的手，把正准备抬头的半导体行业再次按进冰冷彻骨的寒水里。
唯一没有悬念的是，三星再次祭出自己的逆周期投资，拽着整个行业跳悬崖。一年之内，合作方NEC面目全非，曾经的西装革履被整成当下的破衫褴褛，不但业务巨亏，而且剥离了半导体业务。自顾不暇中，哪里还顾得上华虹NEC。
华虹NCE本来的策略是“存储器起步，转入逻辑产品”，如今被逼无奈，转型代工。不过，代工制造的秘诀恰恰在于越亏损越投资。一来，行业低迷，可以用最低的价格买设备，二来工厂建设周期大约18个月，和行业周期基本吻合，等到新工厂投产，新增加的产能正好可以赶上行业繁荣，吃一波大利。可惜，历经重创，华虹壮志难续，没有成为带领中国半导体行业杀出重围的领军人。
909工程最终也成了“黄埔军校”，不过，中国芯片行业的进步还是有目共睹。上海推广银行IC卡、公交一卡通、社保卡，原本配套的进口芯片巨贵，但是908、909实现了自主产业链，IC卡芯片的价格一路下跌90%。SIM卡片也是如此，由80多元一口气跌到8元。再后来我国的民生卡和二代身份证都用上了中国自己的芯片。
华虹投产的世纪之交，也是中国半导体事业的转折。2000年，复旦老校长谢希德在上海去世。2002年，台积电开始发动针对中芯国际的诉讼。2004年，华为将刚独立出的半导体业务改命海思……
不妨说，909承前，909启后。
08
77年的“全国科学大会”，邓小平用四川话强调“知识分子是工人阶级的一部分”，不仅提出“科学技术是生产力”，还说以后要“五天工作，一天政治学习”，以前政治学习太多了，现在减少一点。40岁的徐匡迪、33岁的任正非坐在下面，时而洒泪，时而欢呼。
徐匡迪后来得以去英国帝国理工做访问学者，成为钢铁冶金专家。一次出访中获得朱镕基青睐，1995年，同时当选中国工程院院士和上海市市长。909项目，他担任副组长，见证了华虹以神速落地上海，上海像一个少年学生，狠狠一跃摸了一把世界半导体行业的天花板。至此之后，上海成了集成电路的坚定支持者。
909正赶上上海整个城市大步前进，同一时期，和909一样超过百亿的建设项目还有通用汽车和浦东国际机场。除此之外，南北高架、内外环线、金茂大厦、香格里拉宾馆二期、东方明珠电视塔陆续开工，整个陆家嘴在90年代末拔地而起。
尽管台积电和通联已是台湾半导体双雄，同样从德州仪器回到台湾岛的张汝京，依旧把世大做得风风火火，以至于张忠谋开出一个明显偏高、令人无法拒绝的收购价格。离开世大的张汝京继续在中国寻找创业机会。首先和香港董建华一拍即合，可惜因市民意见，建厂计划受阻。上海当机立断，徐匡迪市长亲自陪着张汝京在张江选地。城市规划里，上海的张江微电子开发区，面积上是3个台湾新竹工业园。
张汝京不愧是世界级的建厂大师，专业素养、领导能力、职业态度俱佳。初期经费节省，张汝京招徕国际人才，让对方自费机票，最好有事来上海的话“顺便”见见。拿过Intel最高成就奖的谢志峰在接到电话第二天就“顺便”来了，而且谈得不错，只是中芯国际开的薪资比Intel 12年前发的还少，还不算通货膨胀。张汝京看他犹豫，让他回家和太太商量下。临走前说道：你呀是上海人，我是台湾人，中芯国际是上海的企业，我一个台湾人在农田里（张江当时还是遍地农田）每天从8点干到12点，你呢？
话说到这个份上，堂堂上海男儿，岂还用和太太商量？谢志峰当场就接了聘书。
2000年4月，中芯国际成立。8月破土动工，距离华虹只有4公里。3年时间，从无到有，跻身世界四大。张汝京，中国大陆集成电路教父，当之无愧。
这篇该死的文章，每每写道中国半导体转机的喜讯，总要蹦出一个可恨的“但是”。
真的不得不感叹中国造芯的艰难和苦涩。正在一切向好之际，“院士市长”徐匡迪在任期未满之时被调离上海；随后，中芯国际在台积电两场针对性的诉讼中元气大伤，张汝京引咎辞职；接棒的江上舟毕业于清华无线电专业，为政精炼，改革锐意，是中国芯、大飞机、电动汽车的重要推动人，可惜因为癌症英年早逝。
自古燕赵多慷慨悲歌之士，但是这里明明是上海啊！
09
中国人到底能不能造芯？翻翻半导体历史，华人的贡献颇为亮丽。集成电路行业中多位巨人，博通（Broadcom）、英伟达（NVIDIA），Cadence、Marvell创始人都有华裔。
妇孺皆知的摩尔定律是电子行业的圣经——每过18个月，集成电路可容纳的晶体管数量会增加一倍，性能提升一倍。但是Intel早早宣布，根据物理特性，20纳米是晶体管间距的极限，半导体工艺将在20纳米到达尽头。试想一下，如果摩尔定律失效，半导体行业的下场将和纺织、钢铁一样，曾经异常辉煌，如今缺你不可，但是，行业固化，创意平庸，淹没在存量博弈和机械重复当中。
正当整个产业渐渐萌生世界末日的挫败感，伯克利大学的胡正明登高一呼：FinFET工艺。这位出生北京豆芽菜胡同的科学家把世界半导体行业带向新大陆。简单来说，20纳米的极限存在于两维平面下，但FinFET将半导体器件的设计由两维扩展到三维。不妨用周杰伦在《双节棍》中的一段旋律作陪：摩尔定律的极限已被我一脚踢开。
毫不夸张的说，没有FinFET就没有今天电子产品的繁荣。难以想象人类停滞在20纳米的模样，作为比较，2019年智能手机的百花齐放是建立在7纳米的工艺之上，而越来越近的5纳米和3纳米，更是物联网、5G的技术坚石。
张忠谋“望尽天涯路”的自评所言不虚，台积电第一时间邀请胡正明以技术长身份参与新生产线的布局，把握住了行业内少有的换挡期。当909工程、中芯国际先后落地上海，台湾岛上台积电和通电还是伯仲之间，但是十年之后，台积电已经远远甩下通电，杀进了世界第一梯队。
全球范围内看，有三家企业在集成电路生产能力上遥遥领先。其中元老Intel“此路是我开，此树是我栽”，赌徒三星“一将功成万骨枯”，而跻身其中的台积电不仅毫不逊色，每每代际切换之际，还常常力压一筹。
需要指出的是，三巨头的模式并不相同，Intel和三星设计并且生产自己的产品，业内称为IDM。而台积电不设计，没有自己的产品，专注代工模式，业内称为Foundry。（三星和Intel也有少量代工，但是影响不大，故不展开）
行外人一听“代工”两字，常因扑面而来的low感面露小觑之色，再联想到自己没买过台积电品牌的产品，自然更不把这家企业放在眼里。
可事实上，台积电早已深入每个人的生活。你一定有过这样的经历——被A总、L总、Y总、C总的发布会忽悠得心花怒放，可是说好6月份上市的旗舰手机要么推迟要么缺货。不知内情的人只说是“饥饿营销”，其实真实的原因十有八九在台积电。没办法，高通、苹果、华为都是客户，甚至三星和Intel的部分产品也要靠台积电代工，而产能就那么多，高峰期除了拼关系，难免要辛苦大家挤一挤匀一匀。
半导体行业规模经济显著，生产工艺的革新越到后期越是烧钱，正是因为深刻认识行业实质，张忠谋的台积电专注代工，构筑起顶级芯片生产能力。今天全世界除了Intel和三星，只要你想生产一流芯片，那么就“只此一家，过期不候”。因此，台积电的估值长时间力压Intel，收入、利润至今比另一家中国科技企业华为还要高，足够令初识者咋舌。
10
世纪末，北京的科协主席和相关领导开始频繁赴硅谷约见华人精英。1999年，建国50周年大阅兵，在天安门左手边的第三个格子里，坐了25位硅谷华人。这25人后来几乎全部回国创业，其中有百度李彦宏，有中兴微电子邓中翰。
新世纪开始，中国继续探寻半导体，上海和集成电路共进退，设计、封测、设备、零件、化学品等半导体企业在张江如雨后春笋，其中，有紫光赵伟国大收购大整合的资本杠杆，有汉芯造假丑闻带来的行业超级低谷和超级阴影，同时也有国家集成电路产业基金（俗称“大基金”）登高一呼的壮心不已。
这些努力在2018年遭受检验，美国制裁中兴通讯，封锁一枚指甲盖大小的芯片，竟然导致这家世界电信巨人直接休克。国人这才震惊，改革开放都40年了，中国竟然还有落后世界30年的产业？！
半导体产业，也称集成电路产业，在产品上分为处理器芯片，记忆和存储芯片、特定功能芯片、存储器、分立器件、设备、材料等等。从生产工序可以分为IP开发、设计、代工、封测等环节。如今已是分工精细、内容繁帙。我们不如化繁就简，因循几个疑问，完成文章的总结，首先：当我们在谈论中国“缺芯”的时候，具体是指什么？
2018年，中国芯片进口超过3100亿美元，数量上是石油的两倍，大于石油钢铁粮食进口额的总和。数字并不能展现全貌，其实中国自主研发芯片在全球占比并不低，仅次于美、韩、日，和德国不相上下。2018年全世界芯片产值4688亿美元，这当中的2/3来到中国，考虑到中国负责生产全世界90%的电脑、90%的手机和90%的家电，根据清华大学微电子研究所所长魏少军的研究，进口芯片中60%再次出口，只有40%是真的被中国消费了。
因此“进口多”并不是问题，更实质的是，在关键品类上，中国几乎空白。除了前文提到的存储器（三星、海力士、美光）、光刻机（AMSL）要仰人鼻息。再比如最近很火的可编程逻辑芯片（FPGA）基本被Intel和赛灵思(Xilinx)垄断，还有高铁缺一不可的（IGBT）、数字信号处理芯片（DSP）、CPU、GPU、MCU、半导体设备、硅片等等都依赖进口。
用通俗的话来讲，中国“缺芯”，缺的是高端芯片的生产能力。
除了华虹NEC，909工程还进行了上下游的投资，其中包括一家叫做华为的企业。这家负重前行的民营企业，如今可以算作中国科技产业的担当。翻看集成电路各细分行业的前十榜单，中国品牌鲜有上榜。但是在芯片设计上，华为旗下的海思已经跻身世界前十，当下谈起中国芯片，几乎言必称海思。
在电子产品空前繁荣的时代，产品的差异性一定是通过芯片体现。可以引以为幸的是，中国在芯片设计领域已经做出成绩。目前，收入过亿的中国芯片设计企业已超过百家，放在全行业是不错的成绩。对此，张忠谋颇有功劳，正是由于台积电把“芯片制造”专业化，从而大大降低了芯片设计的门槛。在次之前，如果没有工厂和上几千人团队谈何造芯？但是现在，经常看到一个从硅谷回来的博士带着3个人就能开一家芯片设计公司。
不过，此景之下有些问题必须指出，第一，借着举国“芯片焦虑”，中国商业界普遍过渡包装过渡宣传。比如所谓的AI芯片，名字很高大上，但实质是该芯片专用于图像或语音识别，又或者只能用来挖矿。也是就俗称的特定场景集成电路（ASIC），其设计难度远远小于通用芯片（CPU），因此Intel等依旧代表了芯片能力的高峰。用“XX企业自主设计芯片的XX芯片，在XX环境（特定场景）下性能超越的intel”的宣传标语来消费国人的芯片焦虑，是误导且恶意的。
第二，芯片设计的上游依赖ARM的IP授权，过程依赖EDA等工具，下游依赖台积电的生产，是所谓“受制于人”的典型。欧美日的芯片设计公司毛利普遍在50%以上，而国内一般在20%，其一是因为技术不够unique，其二是因为产业链没有话语权，常常被人“加价不加量”。
不妨以此为标准，督查一下你身边繁杂的商业真相——谁在蹭热点，谁在干实事。中兴事件后举国激愤，几乎人人言必称自主芯片，也有很多企业家跳出来承揽担当人的角色。中国芯片设计行业率先繁荣是好事，是进步，但是并没有根治行业痛点。最典型的如董小姐，高调宣布“格力造芯，即使500亿也要把芯造出来”。业内人听了都是直摇头，这句话说得就很外行，500亿到底是设计芯片，还是制造芯片？“设计”用不了那么多，“制造”又远远远远不够。
事实上，针对每一家中国芯片设计公司，都可以送上关键三问：（1）谁来生产？（2）卖给谁？（3）有没有利润？
目前来看，这关键三问，往往也是死亡三问。
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造芯为什么那么难？或者更针对地问：屡试不爽的中国模式为什么没有在半导体行业发挥奇迹？
不得不说，凭借国家力量，统一方向，后来居上，中国堪称顶级玩家。比如，以技术换市场的高铁模式。当然，和集成电路更有可比性的是面板行业。就在5年前，“缺屏少芯”还是并列的痛事，面板是和汽车零配件、芯片、石油一样年进口额500亿美元以上的商品。2010年尤其令人沮丧，中国台湾供应商联合日韩品牌集体涨价，澎湃向上的中国大陆电子产业咬牙切齿又只能引颈就戮。但是就在这之后，京东方累计耗资3000亿，轮番亏损轮番投资，终于迎来回报，不仅逼迫日韩关闭低世代产线，把台湾企业逐出市场，而且在连年亏损后实现盈利。巧合的是，60年前，在京东方的前身——北京电子管厂，诞生了中国独立拉制的锗单晶，那正是中国半导体事业的起点。此番读来颇有意味。
中国半导体，不仅有大型国有企业的加持，光是2014年大基金5年投资1400亿，规模不可谓小，但是却没有掀起太多波浪，归根到底，和半导体行业的奇葩特性有关。
市场份额向头部集中是普遍存在的经济规律，而在半导体行业尤其显著。张忠谋很早说过：当工艺进步到5纳米，全行业只有三家公司，英特尔和三星一定会在里面，第三家如果不是台积电，应该就没人了。张大帅更有名的一句话是：这个行业，不进前3，没有太大意义。
随手翻翻细分行业的市占率，图像传感器市场前三名占了90%的市场份额，还算少的。DRAM存储器市场前三名占了99%的份额，属于正常发挥。
这种“老大吃肉喝汤，其他人坐等饿死”的局面，原因在于集成电路是一代设备、一代工艺、一代产品。行业一流产线每年都会这样进化：在多大直径（越大越先进）硅圆片上，加工间隔多少纳米（越小越先进）线宽的晶体管。（并不绝对，集成度是更关键的指标）
晶圆片
更可怕的是，工艺研发需要的花费是累进的，32/28纳米的芯片制造工艺研发费用在人民币90亿元上下，12英寸晶圆厂的投资额已达200多亿元，现在行业主流的14纳米或7纳米芯片制造生产线的投资额以500亿元起步。
就在中兴被制裁后，中芯国际向世界顶级光刻机制造商ASML购买了一台极紫外光刻机（Extreme Ultravidet Lithography），售价是惊人的1.2亿美元。只一台光刻机的价格，就超过了中芯国际一年的利润。需要注意的是，这还只是一台设备，并不是整条生产线。一条生产线，除了光刻机，还需要刻蚀机、薄膜沉积设备、单晶炉、CVD、显影机、离子注入机、CMP抛光机等等。算成本的时候，记得算上每年20%的维护费用，也可以不算，因为如果你想保持在队伍最前列，基本每年都要更新。
紫光赵伟国说，现在一座先进的工厂，随随便便要花上100亿美元。再看看行业巅峰的对决，三星和台积电的在7纳米生产厂上的投资都超过了200亿美元。
大基金5年1400亿的投资看似很多，但是平摊到一年，其实赶不上三星或台积电一年的研发开支。遑论还要在中国成百上千的集成电路企业上广撒网。
不仅价格吓死人，更令梦想窒息的是，由于玩家越来越少，行业逐渐固化。比如前文提到的ASML，市场占有率75%，由于长期专注生产顶级光刻机，搞来搞去全世界也就Intel、三星、台积电会买，为了保证游戏能一直玩下去，大家逐渐构筑起联盟。2012年，在一次增资扩股后，Intel、三星、台积电成为了ASML的股东。
衣公子常说，所有的规矩都是老一辈定下，管住新一辈的。不用展开，已经可以想象作为行业后来者要面对多大的困难。
集成电路产业是当之无愧的“碎钞机”。行业内有过玩笑，怎么让一个亿万富翁破产？答案是怂恿他从事集成电路行业。
Intel、三星、台积电从八十年代开始，每年把赚到的钱全部掏出来，甚至还不够，真正的狠人再借钱继续砸。当然，由于产业大投入、长周期、高利润的特点，只要熬得住，也可以成为“印钞机”。随着玩家不断被冲刷洗礼，每一年赚的钱和每一年需要砸的钱，像雪球一样越滚越大，30多年后的今天，令人望而生畏。
12
你会关心集成电路代工（Foundry）的第二名是谁吗？
第二名是格罗方德（GlobalFoundries），2009年从AMD独立出来。AMD是Intel一生的死敌，却也是终身的挑战者，以坚韧和不服输闻名。在芯片生产上对于亲儿子格罗方德一直照顾有佳。不过，最新的7纳米制式上，AMD设计的Vega 20芯片放弃了格罗方德，交给台积电代工。
因为格罗方德（GlobalFoundries）根本没有7纳米制程的生产线，并且在2018年宣布放弃进军7纳米。不只是格罗方德，飞思卡尔、恩智浦、英飞凌、德州仪器等IDM企业陆续分拆制造业务或宣布不再投入研发新一代制造技术。
当年，摩尔的随口一说，成了贯穿行业60年的金科玉律，也是缠绕在全行业头顶的生死咒符。18个月晶体管数量翻一倍，性能翻一倍，各人以此为目标玩命冲，凡是跟不上的，就被一脚踹下飞速前进的时代列车，在石子和荆棘上翻腾几下，从此消失不见。
行业龙头的护城河越来越宽。台积电目前在代工市场占有率超过50%，不仅仅是数字上构成垄断。市占率的计算考虑了所有段位的芯片，如果只看个别顶级工艺，那么台积电就是100%。智能手机之后，电子产品飞速发展，产能永远不足，除了2019年1月出现少见的松动，一直都是客户围着台积电要产能，后者成了电子行业名副其实的“爸爸”。
每当台湾地震，科技界没人关心地区领导人安危，只关心会不会影响台积电生产。2017年，老爷子在夏威夷摔了一跤，从深圳、中关村、硅谷、波士顿128号公路都在打听要不要紧。更有记者日夜守在台北桃园机场，老爷子是被人抬下、扶下，还是自己走下，直接关系兆亿基金对于全球各大科技公司的持仓。
张忠谋
哪里有领先，哪里就有追赶。
梁孟松，是张忠谋手下开发14纳米的干将，2008年从台积电负气出走，环伺良久的三星n顾茅庐，盛邀其加盟。当时台积电14纳米已经投产，三星还尴尬地研究着20纳米。梁孟松甫一到来，就建议三星放弃20纳米，直接攻坚14纳米，最终不仅顺利投产，而且从台积电手中抢夺了苹果A9的大订单。在上演了行业内精彩绝伦的复仇大戏后，2017年梁孟松加盟中芯国际，一年半后，中芯国际从28纳米直接迈入14纳米工艺。
我们再次重温半导体行业四大精髓，坚定国家意志、引进先进技术、抓住领军人才、穿越长期亏损。“引进先进技术”最容易学，“抓住领军人才”可遇不可求，而剩下两项才是对举国智慧和韧性的考验。
从投资回报期看，集成电路制造行业一般两年建厂，两年爬坡，生产线投入5年后开始产生效益。考虑到中国人才梯队不平衡，团队里常见“一个大神，带一群普通工程师”，如果第一个周期消化不佳，往往要第二、第三个周期才能出成绩。
穿越长期亏损，这当中的苦果和成果，中国都已尝够。2005年，成都和中芯国际合作，建成了中国西部首座、全国仅有三家之一的8寸厂——成芯，亏损之中，卖给了德州仪器。熬过周期的德仪成都如今非常赚钱。而成都政府只能吸取教训，重复投资，从零开始。
成都之后，武汉遭遇同样困境，史称“武汉保卫战”。2006年成立的武汉新芯，一完工就赶上全球DRAM价格崩盘。2008年金融危机，武汉新芯订单几乎为0，美光收购最是积极，几乎已成囊中之物。
然而，美光带来的印象不算愉快。先前和中国北方大省谈合作，美光提出只技术入股，但是要当大股东，出钱出地出厂房都交给中国地方政府，而且产能和技术不能给别人用。其主席兼首席执行官Steven Appleton是美国境内“中芯阻击论”的高调鼓吹者。
所幸中央支持、武汉输血、中芯自救，武汉新芯最终留了下来。考虑到集成电路“碎纸机”的特性，这绝对不是一个可以轻松做出的决定，武汉新芯的持续投资超过三峡大坝，但是也成为了一颗火种。现今的长江存储，主攻3D NAND存储器，和主攻DRAM的福建晋华和合肥长鑫一样，有望填补国内相关技术的空白。
龙争虎夺70年，世界半导体行业不但没有沉寂，反而派生出一番新的刀光剑影。中美间的经贸博弈，也给了日本灵感，两个月前宣布以限制材料出口的方式制裁韩国半导体，风光无限的三星、海力士顿时成了热锅上的蚂蚁。
2018年东芝出售旗下半导体业务，世人还感慨日本这位曾经半导体巨人的迟暮。如今，蓦然发现，尽管在产品上接连撤退，日本却构建起自己在半导体材料上的霸主地位，扼住了行业的咽喉。在半导体的19种必备材料之中，日本在硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩等14种材料中占据50%以上份额，此外还为世界贡献了1/3的制造设备。
半导体还将是一场由创新、繁荣、争夺和大起大落交织而成的大江湖。
回到中国，6%的经济增速，是历史新低，但是并不可怕。既然低端制造向越南等国的转移是大势所趋，那么中国如何辞别旧模式，迎接新突破，是持续拷问时代精英的大问题。
卡尔·萨根（Carl Sagan）说过，判断我们是否进步，要看我们是否有提问的勇气以及解答的深度，还有我们对真相的接纳，而非那些让人感觉良好的东西。
在70年前东归的游轮上，迎着海平面的夕阳，前辈们就开始了思考。在历经东归精英、国家工程、合资探索、举国奋进之后，我们还将继续探索下去。但没有疑问的是，半导体产业，没有弯道超车的讨巧，考验的，是在这个已经习惯炽热和浮躁的国度，还有没有十年磨一剑的冷静和坚持。
责任编辑：sophie
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