衣公子的剑 10-21
寻找中国半导体
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衣公子的剑——做爱读的商业评论

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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?

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。

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!

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。

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。

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。

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。

衣公子的剑——做爱读的商业评论

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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?

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。

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!

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。

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。

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。

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。

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