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《芯片战争》世界最关键技术的争夺战 - 三余书屋 3ysw.ne

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作者: wcmszgdqm | 来源:发表于2024-04-10 07:04 被阅读0次
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芯片战争:世界最关键技术的争夺战

大家好,今天我要解读的书是《芯片战争》,其副标题是“世界最关键技术的争夺战”。首先让我们思考一个问题:如果没有芯片,世界将会如何?欢迎在评论区留下你的见解。

芯片,又称集成电路或半导体,一颗普通芯片的大小几乎与指甲盖相当。然而,不要低估这小小的指甲盖,因为它已经深入渗透到我们生活的各个角落。我们日常使用的手机,其小小的机身内就嵌入了十多颗芯片;而一辆汽车则需要数百颗芯片才能正常运转。家用电器如冰箱、电视、微波炉、洗衣机、吸尘器等也都广泛配备了芯片。正在蓬勃发展的人工智能更是离不开芯片。以ChatGPT为例,为了支持其强大的计算能力,开发者使用了25,000颗芯片。

在当今世界,芯片无所不在,甚至已成为国家安全的重要组成部分。美国、荷兰、加拿大、日本、韩国,当然还有中国,都将发展芯片产业和确保芯片安全提升至国家战略的最高层次。当前的国际冲突中,相当一部分源于芯片问题,围绕芯片展开的战争也成为媒体关注的焦点。

那么,这枚小小的指甲盖究竟是如何成长茁壮的呢?后发国家又能从中学到什么呢?今天我们要介绍的《芯片战争》的作者是克里斯·米勒,一位经济历史学家,也是美国外交政策研究所欧亚区主任。他以详实的描述勾勒出了芯片的技术史和竞争史。正如“治古能见今”所言,只有了解芯片的过去和现状,我们才能预见未来。

接下来,我将以1991年为分界,分上下两集来讲解这本书。今天我们来讲上集,总共包含三个部分:一、从无到有,芯片的崛起与国家战略;二、从军用到民用,芯片产业链的形成;三、内存争夺战,没有硝烟的每日冲突。好,让我们开始探讨第一部分,从无到有,芯片崛起与国家战略。这一切的起源要追溯至第二次世界大战。由于战争对处理庞大数据的需求,美国军方深感人力有限,效率太低,于是研发计算机的念头应运而生。美国的科研机构立即响应,在1945年,宾夕法尼亚大学研制出了世界上第一台计算机ENIAC。它每秒可进行5,000次运算,计算能力远超人类。ENIAC的基本组件是真空管,一种将金属丝密封在真空玻璃中的器件,形状和体积类似灯泡,通过0和1的二进制运算,理论上可以进行任何类型的计算。不过,真空管也存在明显的缺点,如又大又重且耗电。ENIAC由18,000个真空管构成,重达30吨,占地170平米,每小时耗电174千瓦,相当于24万台家用空调同时运转。

如何将计算机变得更轻便、减少能耗呢?贝尔实验室的科学家威廉·肖克利提出了一个材料——硅。这个原本不起眼的材料开始改变世界。硅本身是绝佳的绝缘体,人体不导电,但添加微量或硼等元素能够导电,因此被俗称为半导体。利用半导体这一特性,科学家们能够控制电流,实现二进制计算。基于这一原理,威廉·肖克利和同事们研制了晶体管。晶体管的体积和重量远小于真空管,很快取代了真空管,成为计算机的基础配件。凭借这项贡献,威廉·肖克利团队在1956年获得了诺贝尔物理学奖。但是,科学家们并未满足。一台计算机需要数千个晶体管,将它们连接起来需要大量电路,这既占空间又极为繁琐。是否存在优化的空间呢?是的,来自德州仪器的工程师杰克·吉尔比在1958年将多个晶体管置于同一片硅板上,大大减少了电路的数量。吉尔比称之为集成电路,后来被通俗称为芯片。42年后,吉尔比因这一成就获得了2000年的诺贝尔物理学奖。这个奖项或许来得有些晚,但更加凸显了这一成就的重要性。

通过时间的考验,从真空管到晶体管再到芯片,计算机的体积和重量显著减少,而计算能力则呈几何级增长。这是人类科技进步的明证,正是对芯片广阔前景的信心。8位年轻的美国半导体工程师创建了仙童公司,专注于芯片的研发和生产。仙童公司总部设于旧金山湾区,这个地区后来吸引了大量科技创新企业,成为了著名的硅谷。如果你认为这是一个因科技创新而快速发展的神话故事,那就错了。恰恰相反,仙童公司在初创阶段遇到了巨大的困难,找不到买家。研发芯片的初衷是为了提升计算机性能,但是提升计算机性能又是为了满足美国军方处理数据的需求。然而,二战已经结束,军方不再需要处理如此庞大的数据,因此对投资芯片失去了兴趣。这8位工程师充满激情的创业,但却未考虑到这一点。仙童公司很快面临了经营上的困境,在关键时刻,美国的国家战略挽救了仙童,也拯救了芯片产业。

有两个值得重点关注的事件:阿波罗登月计划和越南战争。在20世纪五六十年代,美苏之间的竞争日益激烈。起初苏联明显占据上风,1957年发射了第一颗人造卫星,而1961年他们首次将人类送入太空,这让美国深感震惊。为了迎头赶超苏联,美国政府制定了国家战略——阿波罗登月计划,由国家航空航天局(NASA)负责。登月器对计算机的要求极为苛刻,需要在巨大的计算任务下保持小巧轻便。仙童公司看到了机会,向NASA表示他们的芯片不仅计算能力强大,而且更小巧省电。NASA被说服了。

1969年,阿波罗11号成功登陆月球,内部搭载了数万块芯片。宇航员还携带了一台仅32公斤重、大小与纸盒相当的计算机。阿波罗计划使仙童公司声名鹊起,公司销售额从几十万美元飙升至上亿美元,NASA成为主要客户。而越南战争的爆发也让美国军方重新瞄准了芯片。在20世纪60年代中期,美国卷入了泥潭般的越南战争。随着战争升级,美军对北越实施大规模轰炸。在1965年到1968年间,美军向越南投掷了80万吨炸弹,超过太平洋战争中的总和,但效果不佳。美军的平均误差为128米,无法实现精准打击,导弹的命中率也不高,麻雀导弹仅为9.2%。

德州仪器的工程师吉尔比所在的公司目睹了这一切,并建议尝试使用他们的芯片。在获得军方的同意后,德州仪器的工程师成功研发出了世界上第一枚激光制导炸弹,即M117型号。为了测试这种炸弹的效果,美军选择了一座轻化大桥作为试验目标。这座大桥是北岳后勤的关键枢纽,并且结构极为坚固。在此之前,美军已经向该大桥投掷了638枚炸弹,但大桥依然屹立不倒,仿佛在嘲笑美军的无能。然而,在1972年,美军使用新研发的24枚M117炸弹对清华大桥进行了轰炸,所有炸弹均准确命中目标,大桥随之轰然倒塌。此前,美军已经花费了10亿美元试图摧毁这座大桥,而这24枚M117炸弹仅耗费了2370万美元,其性价比之高显而易见。

美国国防部随后开始大规模采购德州仪器的芯片,德州仪器的芯片从此被广泛应用于各类炸弹、导弹、战机、军舰以及军用卫星上。尽管仙童公司失去了军方这一主要资金来源,在与德州仪器的竞争中处于劣势,但实际上,仙童的创始人之一罗伯特·洛伊斯故意拒绝了大部分军方订单。他坚信芯片产业的发展不能完全依赖于NASA和国防部等官方机构。

首先,官方的资金投入存在限制,难以满足企业高速发展的需求。其次,官方机构的官僚主义作风对企业的健康成长不利。仙童公司需要将目光投向民用市场,生产经济实惠的芯片以赚取利润并用于科研,从而生产更高质量的芯片,形成良性循环。如何实现这一目标呢?这将在第二部分“从军用到民用”中详细讲述。

洛伊斯的决定无疑存在巨大风险,因为国家采购力量显而易见。到了20世纪60年代中期,美国国防部已成为芯片行业最大的购买者,占据市场份额的72%以上。不过,洛伊斯毫不动摇,坚持推动仙童向民用市场的转变。他的信心源于两个方面:一是摩尔定律的作用,二是民用计算机的崛起。摩尔定律是由仙童公司的另一位创始人戈登·摩尔提出的,规律是芯片上的晶体管数量每18个月翻一番。这不仅提升了芯片的计算能力,还意味着成本将持续下降,对于芯片进入民用市场非常有利。

摩尔定律的有效性在民用计算机的崛起中得到验证,这涉及到老牌科技企业IBM。自真空管时代以来,IBM一直在努力将计算机推向民用,但由于芯片价格昂贵,IBM的民用计算机难以打开市场。诺伊斯抓住机会,承诺以优惠价格向IBM供应芯片,他将相同芯片的单价从20美元降至2美元,虽然成本高昂,但效果惊人。

搭载仙童芯片的IBM计算机以低成本在民用市场大获成功。金融机构交易系统、航空公司票务系统、贸易公司收银系统纷纷采用IBM产品。其他计算机公司也纷纷向仙童伸出橄榄枝,一时之间,仙童芯片占据了民用计算机市场80%的份额,年营业额近2亿美元。仙童公司的成功,迫使德州仪器不得不加大对民用市场的投入。

同时,老牌企业如摩托罗拉和西部电气的雄心也被激发,他们也希望在芯片产业中分得一杯羹。这种激励推动了芯片产业的蓬勃发展,因为强劲的消费需求迫使生产端必须跟上。然而,就在此时,美国高昂的人力成本的劣势开始显现,芯片生产逐渐转移到美国以外的地区。最初,芯片制造商选择在美国偏远地区设厂,雇佣工资较低的女性工人,但只要生产还在美国境内,人力成本就始终居高不下。美国还有深厚的工会传统,工人在工会组织的支持下,经常要求提高工资和福利待遇,否则就以罢工相威胁,这给芯片制造商带来了头疼的问题,迫使他们寻找其他解决方案。

在这一过程中,仙童公司再次走在了前列。仙童公司的调查发现,在中国香港,工人每小时的工资仅为25美分,是美国工人的十分之一,而且生产效率比美国工人高。这一发现让仙童公司管理层感到非常振奋。因此,1963年,仙童公司在中国香港九龙湾设立了第一家芯片组装厂,并在当年就生产了1.2亿枚芯片。随后,仙童公司扩展到新加坡、马来西亚、日本、韩国和中国台湾等地。德州仪器、摩托罗拉、西部电气等其他美国芯片制造商也纷纷效仿,使得芯片厂在亚洲东部地区迅速涌现。

这一系列措施使美国认识到了廉价劳动力的重要性。一位仙童公司的高管坦言,在硅谷他们面临工会问题,但在东方却从未遇到。尽管美国公司在全球设厂为数百万人提供了就业机会,并推动了当地的经济增长,但这也加速了这些地区融入芯片产业链的步伐。其中一个最显著的受益者是日本。1946年,日本企业家盛田昭夫创立了索尼。到了1953年,他在美国考察时,对美国人强大的消费能力印象深刻。尽管日本并未在计算机领域有所建树,但盛田昭夫抓住了新发明的晶体管的机遇,因此,索尼晶体管收音机应运而生,并取得了巨大成功。

日本企业家们还利用芯片技术推出了手持计算器等消费品,为20世纪70年代日本芯片产业的形成奠定了基础。然而,日本企业并不满足于仅仅从事芯片组装,他们渴望获得更多利润。尽管日本在科研实力上不及美国,但通过购买芯片技术使用权,他们成功地转变为芯片的使用者。这一举措推动了从收音机到计算机、电视、电话、冰箱、空调、汽车等各类消费品的生产,使得索尼、夏普、日立、东芝、富士通等公司在20世纪80年代几乎垄断了美国市场。

1981年,IBM推出了世界上第一台个人计算机IBM 5150,标志着家用电脑时代的正式开启。但是,IBM在研发中错误地将主要精力放在了CPU上,而忽视了内存技术的发展。相对于CPU,内存技术门槛较低,周期较短。CPU与内存的关系是,CPU负责处理繁重的数据任务,而内存则存储经常使用的数据和程序,为CPU提供快速调取的便利。因此,内存技术的研发显得尤为重要。1982年,日本东芝组建了一个庞大的1500人团队,投资340亿日元,用13年时间攻克了内存技术难关,并实现了量产。随之,东芝主导了美国内存市场,而索尼、日立、三菱、n a C等公司也相继进入内存领域,成为日本企业的一统天下。尽管内存技术在技术含量上不及CPU,但由于销售量大且利润高,因此成为日本企业最为关注的领域。

值得注意的是,尽管家用电脑市场是由美国企业开拓的,但最终获益最多的却是日本企业。在日本企业崛起的压力下,以内存为主业的美国芯片公司纷纷溃败。许多企业的净利润下滑了2/3,要么破产,要么被迫被收购。英特尔作为掌握CPU技术的公司,相对来说处境较好,但也面临经营上的压力,不得不进行一连串的裁员。在这危机时刻,IBM投资2.5亿美元购入了英特尔12%的股份,试图拯救英特尔,但硅谷公司开始将问题政治化,指责日本企业窃取技术,而日本政府也在此过程中扮演了不光彩的角色。

尽管存在这些指控,但本书作者认为说日本企业窃取技术是毫无根据的,尽管确实存在着日本政府在背后的支持。例如,日本政府主导成立了一个芯片研究团体,资金一半由企业分担,一半由政府提供。此外,通过银行发放的低息贷款使日本企业的贷款利率仅为6%,而当时美国企业的利率则高达21.5%。

在这种支持下,日本企业加大了对芯片产业的投资,使得到了20世纪80年代中期,日本在芯片领域的资本支出占全球的46%,远超美国的35%。但是,美日之间的芯片战争在1986年达成协议后,并没有如美国所期望的那样带来积极的效果。日本同意减少内存的出口数量,降低本国关税,而美国政府则采取措施欢迎美国芯片进入日本市场。但随着供应减少,内存价格上涨,导致电脑成本增加。最终受害的是美国的电脑制造商,而日本企业则趁机赚取了利润,巩固了在内存市场的垄断地位。这个过程证明了企业要靠自身努力才能扭转困境。

在芯片产业的压力下,美光和英特尔等公司作出了卓越的贡献。美光公司于1978年在爱达荷州成立,通过技术改进、生产流程简化和效率提高,成功地站稳了内存市场。到了20世纪80年代末,美光成为唯一一家能够与日本企业竞争的美国内存制造商,而英特尔则选择了另一种路径,放弃了内存业务,专注于研发CPU。尽管这是一次艰难的抉择,但正是由于这一步,英特尔得以专注于CPU,确保了核心竞争力。

与此同时,格鲁夫进行了深刻的企业变革,他通过裁员25%的员工,关闭多家工厂以降低成本。对于幸存下来的工厂经理们,格鲁夫的明确指示是严格按照日本企业的生产流程执行,无需创新。这一决策对于一向注重创新和自由的英特尔来说,带来了颠覆性的影响。尽管格鲁夫因此被指责为公司内的独断专行者,但他坚定地推动这场变革。他曾言,只有偏执狂才能在竞争激烈的市场中生存。

格鲁夫所采取的一系列改革措施提高了英特尔的生产效率,使其能够跟上家用电脑市场高速扩张的步伐。当时,除了苹果电脑,几乎所有家用电脑都采用了英特尔的中央处理器CPU。格鲁夫的变革也体现在研发方面,他根据晶体管数量每18个月翻一番的摩尔定律,要求英特尔的CPU每隔一段时间进行升级,以保持技术领先地位。从80, 186,80, 286,到80, 386,80, 486,整个20世纪80年代,英特尔的CPU保持了惊人的迭代速度。与此同时,日本企业也渴望进入CPU市场。不过无论如何努力追赶,却始终无法超越英特尔,只能仰望星空并叹息。凭借美光和英特尔的不懈努力,美国芯片业在这场没有硝烟的战争中终于稳住了局势。但随着时间的推移,进入20世纪90年代,芯片行业将迎来哪些变革?芯片战争将以何种方式进行?这些问题将在下一篇中揭晓。

以上就是本书的全部内容,谢谢大家,我们下期见。
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