《芯片战争》的原文摘录
-
简单说，米勒这本书能纠正我们三个错误认知。 * 第一个错误认知是任何高科技都可以用“堆积”的方法获得。我们常常默认而未经审视的一个观念是只要你投入足够多的人力物力资源，就可以做成别人能做成的任何事情。 … 要造芯片，从芯片设计软件到光刻机，再到硅材料，每一个步骤都需要很多个聪明人的奇思妙想，这里没有“大力出奇迹”。你需要成千上万个“邓稼先”和“于敏”，而且他们必须都在自己的行业里做得树大根深。 芯片的科学原理没有秘密，都是公开的。但是要做到技术上的可行性，尤其是商业上的可盈利性，那可就太难了。花一亿元人民币造出一颗芯片是没有意义的，我们必须保证大规模制造、保证良品率、保证更新速度，还得保证做出来很便宜才行。 为此，我们需要的不是一个大项目，而是一整个生态系统。而这样的系统，只能由全世界顶尖科技公司共同完成。 米勒在书中不厌其烦地讲当今世界芯片技术的格局。就拿能生产5纳米以下芯片的EUV（极紫外光）光刻机来说，最初的设计原理来自美国，实际形成产品的是荷兰的阿斯麦(ASML)公司，它用了30年的研发才完成了商业化。而阿斯麦并不是自己研发，它始终需要各大公司的投资和合作，尤其是需要上千家小型高科技公司做零部件供应商。比如EUV光刻机中的激光器是德国一家公司受命研发出来的，它有457329个部件——所有这些零部件哪怕有一个性能不达标，光刻机的总体性能就会大打折扣。 * 第二个错误认知是创新应该由政府来主导。我们有些人倾向于把政府想象成无所不能的力量，仿佛政府说要有光，于是就有了光。 … 如果让政府主导创新，那就不是创新。政府就不是一个创新部门。创新，首先是有风险的事情，需要奇思妙想，需要你在各个方向自由探索。创新意味着浪费，意味着对现有格局的颠覆，意味着无情的破产和淘汰……这些都不是政府喜欢的。政府做事总是求稳、求保守、不冒险。…政府主导创新最好的结果可能是扶植起来几家没有竞争力的... (查看原文) —— 引自章节：推荐序 / 9 -
要想产生足够的EUV，需要用激光轰击一个小锡球，西盟（Cymer）是由加州大学圣地亚哥分校的两位激光专家创立的公司，自20世纪80年代以来一直是光刻光源领域的主要参与者。该公司的工程师们意识到，最好的方法是以大约每小时200英里的速度在真空中射出一个三千万分之一米直径的小锡球，然后用激光照射锡两次，第一次脉冲加热锡，第二次脉冲将锡球轰成温度约为50万摄氏度的等离子体，这比太阳表面热很多倍。然后，这个轰锡过程每秒重复5万次，以产生制造芯片所需强度的EUV。从那时起，复杂性的增加令人难以置信，而以前莱思罗普的光刻工艺只需借助于一个简单的灯泡作为光源。 (查看原文) —— 引自章节：39 EUV光刻机 / 209 -
西盟的光源需要由一种新的激光器以足够大的功率轰击锡滴产生。这需要功率比以前任何激光器都要强大的二氧化碳激光器。 (查看原文) —— 引自章节：39 EUV光刻机 / 209 -
通快（Trumpf）在提供西盟所需的精确性和可靠性方面享有盛誉和良好纪录。那么，通快能提供大功率的激光器吗？EUV激光器的功率比通快已经生产的任何激光器的功率都要大。此外，西盟要求的精确度比通快之前处理过的任何项目都更精确。西盟提出了一种由四个部件组成的激光器：一是两个“种子”激光器，虽然其功率低，但能精确地控制每个脉冲，使激光每秒能击中5万个锡滴；二是四个增加光束功率的谐振器；三是一个超精确的“光束传输系统”，可以将光束引导到锡液滴室，光束路径超过30米；四是一个最终聚焦装置，以确保激光每秒直接命中数百万次。 每一步都需要创新。激光室中的特殊气体必须保持恒定密度。锡滴本身能够反射光，反射光有可能进入激光系统形成干扰。为了防止这种情况的出现，激光系统需要特殊的光学部件。通快需要工业钻石来提供激光离开腔室的“窗口”，必须与合作伙伴合作开发新的超纯钻石。通快花了十年时间来应对这些挑战，生产出了功率和可靠性都足够的激光器。每台光源需要整整457329个部件。 (查看原文) —— 引自章节：39 EUV光刻机 / 209 -
蔡司面临的主要挑战是EUV难以反射。5纳米波长的EUV更接近X射线而不是可见光。与X射线一样，许多材料吸收EUV，而不是反射EUV。蔡司开始开发由100层交替的钼和硅制成的反射镜，每层厚度为几纳米。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员在1998年发表的一篇论文中确定了这是目前最佳的EUV反射镜。但是，制造这样一个具有纳米级精度的反射镜被证明几乎是不可能的。最终，蔡司创造了有史以来最光滑的镜子，其中的缺陷小到几乎难以察觉。蔡司表示，如果EUV光刻系统中的镜子按比例放大到德国面积大小，它们最大的不平整度是十分之一毫米。为了精确地引导EUV，EUV光刻系统中的镜子必须保持完全静止，这需要机械和传感器高度精确，以至蔡司宣称其可以让激光击中月球上的高尔夫球。 (查看原文) —— 引自章节：39 EUV光刻机 / 209 -
2013年，范霍特接管了阿斯麦的EUV光刻业务。对于他来说，EUV光刻系统最关键的投资不是某个单一部件，而是公司的供应链管理技能。范霍特解释道，阿斯麦“像机器一样”设计了这个商业关系网络，产生了一个由数千家公司组成的能够满足阿斯麦严格要求的精细协调系统。他估计，阿斯麦本身只生产了EUV光刻机部件的15%，其余部分是从其他公司购买的。这使得阿斯麦可以获得世界上最精细的产品，但它需要不断地监控。 (查看原文) —— 引自章节：39 EUV光刻机 / 209 -
结果，一台拥有数十万个部件的机器，花费了数百亿美元和几十年的时间来研发。奇迹不仅仅在于EUV光刻技术的成功，还在于EUV光刻技术能够以足够可靠的成本生产芯片。极端的可靠性对于EUV光刻系统中的任何部件都至关重要。阿斯麦为每个部件设定了一个平均使用时间至少为3万小时的目标——大约四年后才需要维修。实际上，这些部件需要频繁地进行维修，因为每个部件不是同时失效的。每台EUV光刻机的成本超过1亿美元，因此如果每台机器离线一小时，芯片制造商就会损失数千美元。 (查看原文) —— 引自章节：39 EUV光刻机 / 209 -
设想一下复制一台阿斯麦的EUV光刻机需要什么，这台机器花了近30年的时间来开发和商业化。EUV光刻机具有多个部件，这些部件本身构成了极其复杂的工程挑战。在EUV光刻机系统中，复制光源需要完美识别和组装457329个零件。一个单一的缺陷可能会导致严重的延迟或可靠性问题。即使已经获得了阿斯麦的设计规范，这种复杂的机器也不能像文件一样简单地复制和粘贴。即使有接触专业信息的机会，也需要一位熟悉科学的光学或激光博士。即使有这样的人才，可能仍然缺乏开发EUV光刻机的工程师们30年来积累的经验。 也许在十年内，中国可以成功建造自己的EUV光刻机。如果成功的话，该项目将耗资数百亿美元。但是，当该设备准备就绪时，它将不再是最先进的设备，这必然是令人沮丧的。到那时，阿斯麦将推出一种新一代工具一高孔径EUV光刻机，计划于21世纪20年代中期推出，每台机器的成本为3亿美元，是第一代EUV光刻机的两倍。即使未来中国的EUV光刻机与阿斯麦目前的设备一样好，但考虑到美国将试图限制中国从其他国家获取部件的能力，中国芯片制造商将难以用该设备生产盈利。因为到2030年，台积电、三星和英特尔已经使用自己的EUV光刻机十年了。在此期间，这些公司将完善自己的使用方式，并且支付了这些工具的成本。到那时，相比使用中国制造的EUV光刻机的公司，它们能够以便宜得多的价格出售使用阿斯麦EUV光刻机生产的芯片。 EUV光刻机只是通过跨国供应链制造的众多工具之一。将供应链的每一部分都国产化的代价将异常昂贵。全球芯片行业每年的资本支出超过1000亿美元。除了补齐目前缺乏的专业知识和设施基础之外，中国还必须考虑这些支出。建立一个尖端的、全国范围内的供应链将需要至少十年的时间，这段时间内的成本将远超过1万亿美元。 这就是为什么中国实际上并没有追求全部国产化的供应链。中国认识到这根本不可能。中国希望建立一个非美国的供应链，但由于美国在芯... (查看原文) —— 引自章节：52 中国的人造卫星时刻？ / 282 -
这一令人难以置信的进步，部分归功于杰出的科学家，特别是获得诺贝尔奖的物理学家。但并不是每一项发明都能创造出一个成功的创业公司，也不是每一个创业公司都能激发出一个改变世界的新产业。半导体之所以在社会上传播开来，是因为公司发明了新技术，并以百万计的数量制造它们，是因为强硬的管理者们极力降低成本，也是因为富有创造性的企业家们想出了使用半导体的新方法。摩尔定律的发展既是一个关于物理学家或电气工程师的故事，也是一个关于制造专家、供应链专家和营销经理的故事。 (查看原文) —— 引自章节：引 言 001 -
其他国家发现凭一已之力不可能跟上潮流，但当它们将自己彻底融人硅谷的供应链时，它们就能成功。欧洲拥有半导体专业知识孤岛，尤其是在生产芯片所需的机器和设计芯片架构方面。韩国、日本和中国台湾等亚洲国家或地区，通过补贴企业、资助培训项目、采取汇率低估政策以及对进口芯片征收关税等方式，挤进了芯片行业。这一战略产生了其他国家或地区无法复制的某些能力（但它们实现的是与硅谷合作才能取得的成就），同时也需要继续从根本上依赖美国的工具、软件和客户。与此同时，美国最成功的芯片公司已经建立了遍布全球的供应链，降低了成本，并产生了使摩尔定律成为可能的专业技术。 (查看原文) —— 引自章节：引 言 001 -
一个典型的芯片可能是由美国加利福尼亚州和以色列的一个工程师团队，使用美国的设计软件，采用日本软银旗下英国Arm公司的IP（知识产权）来设计；设计完成后，它被送到中国台湾的一家工厂，该工厂从日本购买超纯硅片和专用气体，采用世界上最精密的，并且可以蚀刻、沉积和测量几层原子厚的加工设备来制造。这些加工设备主要由五家公司生产，一家荷兰公司、一家日本公司和三家美国加利福尼亚州公司。没有这些公司的设备，人们基本上不可能制造出先进的芯片。然后，芯片通常在东南亚进行封装和测试，然后被送往中国组装成手机或电脑。 (查看原文) —— 引自章节：引 言 001 -
与可以从许多国家购买的石油不同，计算能力的生产从根本上取决于一系列瓶颈，比如工具、化学品和软件，这些通常只能由少数公司提供，有时仅由一家公司生产。经济社会的任何其他方面都不会如此依赖这么少的公司。中国台湾地区的芯片每年提供全球 37% 的新计算能力。两家韩国公司生产的存储芯片占全球的 44%。荷兰公司阿斯麦制造了全世界 100%的 EUV光刻机，没有这些设备，尖端芯片根本不可能制造。相比之下，石油输出国组织在世界石油产量中所占的40%，似乎并不令人印象深刻。 (查看原文) —— 引自章节：引 言 001 -
早在20世纪70年代中期，当张忠谋还在TI工作时，他就开始考虑创建一家半导体公司，生产客户设计的芯片。当时，像TI、英特尔和摩托罗拉这样的芯片公司主要生产自己设计的芯片。1976年3月，张忠谋向TI的高管们介绍了这一新的商业模式。他向TI同事们解释道：“计算能力的低成本，将打开大量现在没有半导体制造服务的应用。”如果能为芯片创造新的需求来源，那么芯片很快将用于从手机到汽车到洗碗机的所有领域。他认为，设计这些产品的公司缺乏生产半导体的专业知识，因此它们更愿意将制造外包给专业人士。此外，随着技术的进步和晶体管的缩小，制造设备和研发成本将上升，只有生产大量芯片的公司才具有成本竞争力。 TI的其他高管并不信服。1976年，当时还没有任何“无晶圆厂”的公司设计芯片，尽管张忠谋预测这些公司很快就会出现。TI已经赚了很多钱，所以在还不存在的市场上赌博似乎有风险，这个想法被悄无声息地否决了。 张忠谋从未忘记芯片制造厂的概念。他认为，随着时间的推移，芯片设计正在成熟，尤其是在琳·康维和卡弗·米德的芯片设计革命使芯片设计与制造分离变得更加容易之后，他们认为这将为半导体创造一个“古腾堡时刻”。 (查看原文) —— 引自章节：29 “台湾想要一个半导体产业” / 155 -
这种共生关系使台湾和硅谷受益。在台积电之前，几家主要位于硅谷的小公司曾尝试围绕芯片设计开展业务，通过外包制造来避免建造自己的晶圆厂的成本。这些“无晶圆厂”公司有时能够说服一家拥有闲置产能的较大芯片制造商来生产它们的芯片。但在大型芯片制造商自己的生产计划背后，它们总是处于二等地位。更糟糕的是，它们一直面临着制造业合作伙伴复制它们创意的风险。此外，它们还必须在各大芯片制造商略有不同的制造流程中进行调整。对于它们来说，不建造晶圆厂可以大大降低创业成本，但依靠竞争对手来制造芯片一直是一种冒险的商业模式。 台积电的成立为所有芯片设计师提供了可靠的合作伙伴。张忠谋承诺永远不会设计芯片，只会制造芯片。台积电没有与其客户竞争，如果台积电做到了这一点，那就成功了。十年前，米德曾预言芯片制造业将迎来“古腾堡时刻”，但有一个关键的区别，一家老式德国印刷商曾试图垄断印刷业，但失败了，这家印刷商无法阻止其技术在欧洲迅速传播，使得作家和印刷厂都受益。 (查看原文) —— 引自章节：29 “台湾想要一个半导体产业” / 155 -
美苏两国的半导体系统却是天壤之别。硅谷的新创企业创办人会跳槽，并在厂房里累积实务经验；萧金则是从莫斯科的部长办公桌发号施令。 (查看原文) —— 引自第129页 -
苏联人在职涯发展上追求的是在官僚体系内晋升，而不是设计新产品或寻找新市场。 (查看原文) —— 引自第129页 -
仙童的一些同事对斯波克表示担心。但诺伊斯投资的无线电工厂证明了这是一个好机会。斯波克的一位同事回忆道：“中国工人，在那里工作的女孩，超越了以往一切认知。”一位高管报告称，仙童高管认为香港地区的装配工人似乎比美国人快一倍，而且更“愿意忍受单调的工作”。 仙童在香港恒业街的一家凉鞋厂租了一个地方，恒业街紧挨着旧机场，就在九龙湾岸边。不久，一个几层楼高的巨大的仙童招牌挂上了大楼，其灯光照亮了环绕香港港口航行的帆船。仙童继续在加利福尼亚州生产硅片，但开始将半导体运往香港进行最终装配。1963年，香港工厂在投产第一年，组装了1。2亿只产品，质量非常好。因为香港劳动力成本低，所以仙童可以雇用训练有素的工程师来运营香港装配线，而这在加利福尼亚州是非常昂贵的。8 仙童是第一家在亚洲进行海外组装的半导体公司，TI、摩托罗拉（Motorola）和其他公司迅速跟进。十年内，几乎所有美国芯片制造商都在国外拥有组装工厂。斯波克开始放眼香港以外的地方。中国香港每小时25美分的工资仅为美国工资的十分之一，但这个水平在亚洲名列前茅。20世纪60年代中期，中国台湾的工人每小时工资19美分，马来西亚的工人15美分，新加坡的工人11美分，而韩国的工人只有10美分。9 斯波克的下一站是新加坡，这是一个以华裔为主的城市国家。正如一位仙童的老员工所记得的那样，新加坡领导人李光耀（Lee KuanYw）“几乎禁止”工会。1°随后不久，仙童在马来西亚槟城开设了一家工厂。半导体行业在几十年前就已经全球化了，这为我们今天所知的以亚洲为中心的供应链奠定了基础。 像斯波克这样的经理人没有全球化的计划。如果在美国缅因州或加利福尼亚州建造工厂的成本相同，那么他会很高兴。但亚洲有数以百万计的农民在寻找工作，这导致了低工资并促使他们在一段时间内保持低工资水平。斯波克把他们视为资本家的梦想。“我们在... (查看原文) —— 引自章节：10 “晶体管女孩” / 056 -
既然别人能搞出高端芯片，那我们只要领导重视、政府支持、不计成本地投钱，就也能把芯片搞出来，是吗？不是。世间很多事情的确是“可堆积的”，比如修个桥、铺个路，只要人多势众，总能做成；但有些事情是“不可堆积的”，比如中国足球。不可堆积的东西往往要求高水平人才的奇思妙想，要求复杂的环境，要求可遇不可求的机遇。 (查看原文) —— 引自章节：推荐序 / 9 -
然而政府有个闲不住的手。如果你掌握强大力量又希望得到一个什么结果，你会忍不住出手。芯片是个政府容易出昏着儿的领域。 米勒在书里说，从一开始，美国的分析师就知道中国一些产业政策纯粹就是“浪费钱”。 当初特朗普叫得欢，但美国真正害怕的是华为。华为是一家民营公司，非常理解国际市场，赚的是外国人的钱，其研发经费与美国最顶尖的公司在一个量级，是一家配得上做英特尔和三星的竞争对手的中国公司。美国打芯片战的首要攻击目标是华为，而不是“大基金”。 政府主导创新最好的结果可能是扶植起来几家没有竞争力的本土公司，最差的结果是制造一大堆债务。 (查看原文) —— 引自章节：推荐序 / 9 -
《芯片和科学法案》包括一项条款，规定任何接受《芯片和科学法案》资金的公司都不得投资中国，技术落后的芯片厂除外。大多数主要的全球芯片制造商，不仅包括三星或台积电等亚洲公司，还包括美光（Micron）和英特尔等美国巨头，这些公司都在中国有芯片厂或封装设施。美国政府向这些公司施压，要求它们在中国和美国之间做出选择。 (查看原文) —— 引自章节：中文版序 / 19
作者: [美]克里斯·米勒
副标题: 世界最关键技术的争夺战
原作名: CHIP WAR: The Fight for the World’s Most Critical Technology
isbn: 7213109952
书名: 芯片战争
页数: 388
出品方: 之江文化
译者: 蔡树军
定价: 88.00
出版社: 浙江人民出版社
出版年: 2023-5
装帧: 平装