“攻芯”国运战 落实双循环战略的第一课题

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“双循环”的第一课题

面对百年未有之大变局，中央提出“以国内大循环为主体，国内国际两个循环相互促进”的新战略应对。“双循环”的两大战略聚焦点：

以“芯片”为代表的核心科技

提升消费

“芯片”乃国之大考，是落实双循环战略的第一课题。

“芯片战争”的中美双方，一个是最大进口国，一个是最大出口国：2018 年，中国进口芯片超过 3000 亿美元，而美国芯片出口占全球市场份额的 52% 。

在美国“断芯”的残酷现实下，“攻克芯片”的必要性已经无须讨论，但如何攻克却是一道世界级难题。

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任正非、吴敬琏可谓企业家和学界最具洞察力的人士。关于芯片，他们两人“英雄所见略同”：

任正非：我们国家修桥、修路、修房子……已经习惯了只要砸钱就行。但是芯片砸钱不行，得砸数学家、物理学家、化学家……

吴敬琏：从网上的反映看似乎有一种危险，就是用更大的行政力量去支持我们的有关产业。芯片问题其实政府是非常重视的，问题似乎并不在于给钱没有给钱，三年前建立的半导体芯片基金规模是 4000 亿，像清华紫光一个收购动作也是想在芯片发展上建立丰功伟绩的，但是效果并不好，有许多深层问题需要进行讨论。(编者注：紫光收购的芯片项目大多缺乏核心技术，而真正的好公司又不卖，例如紫光收购美国美光科技，却被美国否决)。

截至今年 10 月初，中国已有 5 万多家登记为半导体集成电路方面的公司，仅今年头 9 个月新成立的芯片公司就达 1 万 2 千 740 家。

一哄而上，不仅会浪费社会资源，更会造成无序竞争和市场扭曲。国务院 2014 年出台《国家集成电路产业发展推进纲要》以来，包括上海、深圳、南京、武汉、合肥、成都、贵阳在内的多个城市都在重金布局芯片产业，一时间泥沙俱下：

被称为“中国最大半导体骗局”的武汉弘芯。该公司今年因财务问题严重，确定被地方政府接管。前台积电共同营运长、被视为是弘芯招牌的蒋尚义坦言“根本是场噩梦”。

最近两年的“芯片虚热”已经引起有关部门高度重视：

国家发展和改革委员会发言人孟玮10 月 20 日表示：一些没经验、没技术、没人才的“三无”企业投身芯片行业，盲目上项目，低水平重复建设的风险日益显现出来。

中国工信部副部长王志军11 月 28 日在第二届中国发展规划论坛上表示，继前些年在钢铁、水泥、电解铝、光伏等领域存在重复建设和产能过剩后，目前芯片制造等行业也出现了盲目投资和烂尾项目。

必须直面时代之问：为何攻克芯片如此难?为何美国能成为芯片高地?中国芯路面临多少险滩难关?

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硅谷、芯片、风投

“晶体管之父”肖克利(William Shockley)1953 年获得诺贝尔物理学奖。1955 年肖克利创办“肖克利实验室股份有限公司”，招聘了诺伊斯(Robert Noyce)、摩尔等天才人物，后来诺伊斯发明了世界第一块硅集成电路，摩尔则发现了“摩尔定律”。

诺伊斯、摩尔等八人后来离开肖克利，被称为“叛逆八人帮”，他们改写了集成电路发展历史。1957 年“八人帮”获得仙童摄影器材公司 3600 美元投资——此举开创了风险投资行业，成立了仙童半导体。在仙童成立时负责融资等克莱尔于 1972 年创办了著名风投公司凯鹏华盈(KPCB)。

仙童半导体成了芯片业的黄埔军校，1969 年一次半导体工程师大会上，400 位与会者中只有 24 人没有在仙童工作过。1963 年匈牙利难民、“硅谷精神象征”格鲁夫加盟仙童半导体。

第二次世界大战期间，电子管的局限性暴露无遗。1946 年肖克利建议开展半导体研究。1948 年肖克利构思出利用平面工艺生产结型晶体管。同年，贝尔实验室的香农(Claude Shannon)提出了“香农定理”，奠定了通信技术的理论基础。

德州仪器的基尔比在 34 岁时，以手工工艺完成了人类第一块集成电路样品，而诺伊斯实现了集成电路的“流水线生产”。1969 年法院判定两人均为集成电路发明人。2000 年基尔比获得诺贝尔物理学奖，而诺伊斯1990年就已经去世。

1964 年摩尔撰文提出信息技术行业第一定律“摩尔定律”——集成电路上能被集成的晶体管数量将按几何级数增长。后来该定律被修改为“每 18～24个月增加一倍”。

摩尔提出了摩尔定律，格鲁夫则通过实践证实了摩尔定律。诺伊斯、摩尔、格鲁夫创办了英特尔。格鲁夫在《只有偏执狂才能生存》中写道：

公司所有人员都必须一直处在偏执状态，穿越战略转折点为我们设下的死亡之谷，是一个企业必须经历的最大磨难。

1986 年英特尔放弃存储芯片，转向微处理器，公司解雇 8000 多人。从此，intel inside一统江湖。

1969 年从仙童半导体离职的桑德斯创立 AMD，成为英特尔一路相随的对手，相知相杀至今。

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光刻机：芯片之皇冠明珠

光学显影技术是摩尔定律能够延续的关键技术之一。2001 年，主流的“干式微影技术”遇到了瓶颈。

此时一个关键人物登场：台积电前研发副总经理林本坚。

生于越南的林本坚提出了一个大胆的“逆向思维”：与其在 157 纳米撞墙，不如退回到 193 纳米，将介质从空气改为水，以水为透镜，将光束波长缩短至 134 纳米。这一原理类似于把筷子插入水中，水里的筷子看上去折弯了。

这是研发路线的一次分道扬镳。2002 年林本坚在国际会议上提出上述设想，遭遇反对：水介质易被污染，水泡会影响曝光……台积电前共同营运长蒋尚义说：

当年确实有大公司高层表达严重关切，希望我能管管林本坚，让他不要搅局。

在张忠谋和蒋尚义支持下，台积电、阿斯麦于 2004 年研制成功第一台浸润式微影机，日本尼康和佳能投入巨资研发的 157 纳米干式微影技术彻底打了水漂。如今，台积电已成全球最强大的芯片制造企业，没有之一。张忠谋说：

如果没有林本坚团队，台积电的微影不会有今天的规模。

这一技术影响深远。阿斯麦 CEO 说：

iPhone能出现，是因为浸润式微影技术，确实如此。

阿斯麦之所以能成为光科技的龙头，得益于开放式创新理念。公司的微影机 90% 的零部件向外采购，而公司只挑选最关键的部分攻关。

“极紫外光刻”是阿斯麦的巅峰产品。该技术最早的研发始于美国桑迪亚国家实验室、加州大学伯克利分校和朗讯科技。

为集中攻克，阿斯麦邀请英特尔、台积电、三星入股，并收购了准分子激光源龙头 CYMER 公司。凭借阿斯麦独有的双工作台晶圆技术，阿斯麦迅速形成了光刻机的垄断地位。

透镜技术是光刻机的重要环节，卡尔蔡司(carl zeiss)是该领域的领导者，与阿斯麦长期合作。2016 年，阿斯麦获得卡尔蔡司 24.9% 股份。对于镜片的要求，阿斯麦 CEO 比喻说：

如果反射镜面积有整个德国大，最高的突起不能高于 1 厘米。

掩没板是光刻机的另一关键部件。该领域的领军者是美国福尼克斯公司。阿斯麦的关键供应商还有：美国 IPG 光电，全球高功率光纤激光器和放大器生产商。

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英伟达的崛起

随着人工智能时代的到来，成立于 1993 年的英伟达崛起为领导者。该公司创始人黄仁勋为台湾人。与 CPU 不同，人工智能芯片是为某一特定应用场景开发，开辟了另一个赛道。

面对强大的英特尔 CPU，英伟达另辟蹊径，推出 GPU，使得 GPU 通用化，成为通用计算图形处理器。由于 GPU 对复杂运算、并行运算的天然优势，英伟达成为深度学习的主要选择。

英特尔一定对《创新者的窘境》这段话有了痛彻的领悟：

就算我们把每件事都做对了，仍有可能错失城池。面对新的价值网，导致失败的恰好是完美的管理。

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晶圆的制造

芯片制造具有显著的规模经济效应。随着时间推移，形成了垂直分工模式：设计、制造、封装与测试等。12 英寸晶圆厂投资达 200 多亿美元，门槛日趋升高。

台积电成为芯片制造的世界龙头。

1972 年张忠谋成为得州仪器副总裁。1987 年时任台湾工业研究院院长的张忠谋开启了晶圆代工厂模式，台湾新竹工业园一跃成为“东方硅谷”。

台积电超越联电的转折点是胡正明出任 CTO，抓住机会升级为 12 英寸工厂，与对手拉开了距离。2010 年苹果将 iPhone 与 iPad 芯片全部交由台积电生产。

芯片制造的难度在于：

涉及 200 多种关键设备，精密且昂贵;

建厂、安装、调试需要 2~3 年;

在摩尔定律作用下，设备折旧速度很快，如果把握不好节奏，很容易在付出“沉没成本”后被淘汰出局，需要与时间赛跑;

市场需求多变。这是注重品质的日本企业输给三星的重要原因;

德州大学计算机专家总结说：假设下一代芯片需要 40 种制造设备升级，即便只有 1 个设备掉队，整个研发生产周期也会被推迟。

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全球分工协作

芯片是全球分工协作达到极高程度的典范。

芯片设计领导者：高通、博通、苹果、三星、AMD、华为海思、展讯、联发科等。

芯片知识产权模块供应商：芯片厂商通常购买知识产权模块来进行开发，ARM、MIPS、高通收取高昂的知识产权费用。2016 年软银以 243 亿英镑收购 ARM。2020 年 9 月，英伟达宣布以 400 亿美元收购 Arm 而备受关注。

应用材料公司、美国泛林、美国科磊等侧重于离子刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积、检测设备。

荷兰阿斯麦以光刻机为中心。

日本东京电子侧重于单晶圆沉积设备、清洗设备、氧化设备等。

晶圆代工企业主要有台积电、三星、格罗方德、联华电子、中芯国际等。

1926年成立的日本信越化学是超纯硅的全球领导者。

封装测试的领导者有台湾日月光、长电科技等，而封装测试的装备供应商是美国泰瑞达和日本爱德万。

光学领域的卡尔蔡司、掩没板制造的福尼克斯、探针卡领域的福达电子、光纤激光器领域的 IPG、半导体度量设备的耐诺。

化学气体领域的德国林德、法国液化空气、美国空气化工等。

不难理解，为何任正非感慨：

我们要坚持向一切先进学习，封闭是不会成功的。

曾任欧洲微电子研究中心微影组经理的范登霍夫说：

在芯片技术上，没有哪家公司能完全独自开发。

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思想市场很重要

科技创新，离不开人类的想象力。

英特尔在庆祝 CPU 诞生 30 周年活动时表示：

芯片的诞生受了 1968 年的电影《2001太空漫游》的启发。

任正非说的深刻且恳切：

科学发现、技术创新中最主要的是宽容。如果允许差别化的教育，就是姹紫嫣红。一二一，齐步走，同质化就缺少活力，就不易产生天才。世界有一个乔布斯就改变了移动互联网。我们这么大的经济总量，允许一部分人是“梵高”应该是可以的。

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政府的作用

美国集成电路发展早期，美国国家科学基金会、国防部先进研究项目为集成电路研发提供了大量资源。1958-1976 年美国半导体研发支出的 43% 来源于财政投入。早期阶段，美国军用集成电路市场占比达 80% 以上。

60 年代，美国环波士顿 128 号公路两侧形成了产业集群，号称“美国技术公路”。80 年代之前，128 号公路领先于硅谷。美苏争霸，刺激了军事投资，大批订单涌向 128 号公路。王安实验室等知名企业入驻，成为 128 号公路巅峰时刻。

1951 年斯坦福大学校长特曼把部分校园区域划出设立“斯坦福科技产业园”，开启了硅谷时代。随着鼓励开放、分权、变革、宽容、冒险的硅谷崛起，强调忠诚、权威、垂直整合的 128 号公路走向没落。

日本政府于 1957 年制定《电子工业振兴临时措施法》、1971 年《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》等，促进了芯片业发展。1974 年日本电子工业振兴协会向日本通产省提出政府、企业、研究机构共同开发“超大规模集成电路”构想。日本政府组织了联合攻关计划，设立“超大规模集成电路技术研究所”。1992 年出版的《电子立国》一书指出：

只有政府资助是不够的，一流企业的一流人才全心全意投入，才是成功的关键。

1987 年美国组建“半导体制造技术科研联合体”，代表了85%的美国半导体制造能力，使得研发支出节约了9%，助推美国重新夺回半导体制高点。

1986 年韩国政府联合三星、LG、现代和韩国 6 所大学将 4MB 动态存储芯片作为国家重点项目进行研发，政府承担费用的 57%。1994 年韩国出台《半导体芯片保护法》。1999 年韩国泰国“智慧韩国 21 工程”对大学和研究机构的集成电路发展进行扶持。

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全球芯片博弈

欧洲芯片业的发展，离不开其公共研究机构的科技沉淀。比利时欧洲微电子研究中心、德国夫琅霍夫研究院、法国原子能委员会电子信息技术研究所等，具备了世界级研究水平。

英国的 ARM、德国英飞凌、法国 SOITEC 都是领先企业。

欧洲最厉害的芯片大国是荷兰。全球超过 1/4 的半导体设备来自荷兰。荷兰是人均专利最多的地区之一。90 年代荷兰恩荷芬市最早实行学界、产业界、政府“三螺旋”，密切合作。荷兰也以开放闻名，阿斯麦一个 30 多人的部门中，就有来自十多个国家的人员参与其中。

1976-1979 年日本实施超大规模集成电路计划，成为日本芯片业起飞的起点。日本东芝半导体负责人川西刚实施的 W 计划，为日本集成电路奠定了基础。1986 年日本半导体产品占全球 45%。1989 年日本占全球存储芯片 53%。九州岛被称为日本硅岛。日本半导体领军人物是垂井康夫。

1983 年韩国三星李秉喆决定进军半导体，“这个项目，三星赌上了全部”。韩裔的美籍科学家和工程师的建议，为三星的显性和隐性知识消化吸收奠定了基础。1986 年川西刚邀请三星到东芝参访，结果三星挖走了川西刚。1981 年韩国发布《半导体工业综合发展计划》，随后三星、现代、LG 和大宇成为英特尔、IBM 和德州仪器的竞争对手。三星多次在经济不景气时进行“逆周期投资”，大量引进日本技术人才。2008 年金融危机，动态随机存储器价格暴跌，三星再次启动“逆周期投资”。日本的地位逐步让位于韩国与台湾。2017 年三星超越英特尔成为全球最大半导体厂商，三星与海力士两家韩国公司占全球 3/4 份额。

1997 年，与张忠谋同样来自德州仪器的张汝京创办“世大”，川西刚被提名为世大董事长，后来又出任张汝京创办的“中芯国际”独立董事。2000 年张汝京在上海创办中芯国际，迅速崛起为全球第四大芯片代工企业。

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中国芯片之路

1951 年 30 岁的谢希德从 MIT 毕业，在李约瑟的担保下来到英国。次年，辗转回到中国。1956 年北大设立中国第一个半导体物理专业，黄昆和谢希德写成《半导体物理》一书，成为经典教程。

1948 年黄敞获得哈佛博士后，以环球旅行名义辗转回国，将“集成电路”概念带回国内，培养了张兴、武平等一大批专业人才。

1957 年中国研制出锗点接触二极管、三极管，距离美国贝尔实验室发明半导体点接触式晶体管约十年时间。1972 年中国研制的半导体大规模集成电路在“永川半导体研究所”诞生。1975 年北大设计出第一批 1kb 动态存储器。

1980 年东光电工厂从国外引进 3 英寸芯片生产线。遗憾的是，80 年代，懂光电、北京电子管厂都逐步退出了该行业。

1982 年国务院成立“电子计算机和大规模集成电路领导小组”。

1980 年航天 691 厂的侯为贵被派往美国考察芯片生产线，他于1985 年创办中兴半导体。

1983 年江南无线电器材厂从日本东芝引进电视机集成电路生产线，建成国内第一个现代化的集成电路工厂。1987 年，该厂产量达全国同类产品 40%。

在日韩经验启示下，中国于 1992 年推出“908工程”，投资 20 多亿在无锡“中国华晶电子集团”打造 6 英寸生产线。

1995 年中国实施“909工程”，投资 40 亿建设“华虹微电子”。时任电子工业部部长的胡启立兼任华虹集团董事长。

2012 年拥有 4 英寸生产线的上海贝岭发生火灾，导致停产。此后，贝岭转向芯片设计。

2000 年张汝京在上海创办的中芯国际成为中国的“芯希望”。此前张汝京主持了全球 10 座半导体工厂的建设和运营，经验了得。仅仅三年时间，中芯国际就拥有了四条 8 英寸、一条 12 英寸生产线，震惊业界。

台湾当局要求张汝京从大陆撤资，张汝京宣布放弃台湾身份。张汝京的父亲毕业于中国焦作工学院，1948 年带家人前往台湾。

2003 年台积电起诉中芯国际侵权，2005 年达成和解，后者赔偿1.75 亿美元。此时，中芯国际排名全球第三。

2006 年台积电再次在美国加州起诉中芯国际。随后，中芯国际在北京反诉台积电。2009 年北京高院驳回中芯国际诉求，随后台积电与中芯国际再度和解：中芯国际向台积电支付 2 亿美元和 10% 股份。3 天后，张汝京离职。随即，上海芯片产业奠基人江上舟接任中芯国际董事长，2011 年江上舟因病去世，年仅 64 岁。

2013 年中国大陆集成电路进口 2313 亿美元，超过石油成为第一大进口产品。2014 年国务院出台《国家集成电路产业发展推进纲要》。

2017 年中国集成电路行业从业人员 30 万人，而缺口达到 40 万人。

2020年9月美国宣布将中芯国际列入“出口管制名单”。11月30日外媒透露美国计划进一步升级对中芯国际的限制。

胡启立在《芯路历程》中总结到：

真正的核心技术很难通过市场交换得来，引进不是目的，目的是发展自己。

笔者认为，芯片方程式可以归结如下：

芯片=企业家精神×技术×大资金×全球协作×政府引导×运气×快速迭代

各个成功要素缺一不可，而其中的“度”如何把握又是顶级的艺术。

从最终意义上讲，芯片产业最为稀缺的还是企业家。英特尔传奇 CEO 格鲁夫 1969 年从《时代》杂志剪下一段话：

任何一位导演都必须掌握极为复杂的技艺。他必须精通声、光、摄影术;必须善于安抚人心;必须懂得如何启发和调动艺术才华。要成为一个真正杰出的导演，他还必须具备更为难得的本领：促使这些本质各异的因素融合为一、变成有机整体的力量和愿景。

中国的“芯片导演”在哪里呢?

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