大話：芯片知多少？

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春花秋月何時了？

芯片知多少

引子

2017 年 3 月，中興通訊因被指控違反規(guī)定，同意接受了 11.9 億美元的罰款

2018 年 4 月 16 日，米國商務部發(fā)布公告，未來 7 年內禁止中興通訊向美國企業(yè)購買敏感產品

隨即中興基本進入休克狀態(tài)，因為通信設備中最主要的元器件 芯片，基本依賴進口

最后，在美國深度干涉下，中興不得不重組董事會，開除部分指定高管，并賠償 4 億美金保證金

華為進入制裁名單后，勢頭正盛的榮耀品牌只能被賣掉易主，別無選擇

近幾年，美國對外的制裁名單不斷的拉長，受限的外國企業(yè)數(shù)量不斷增加

芯片—成為美國手中最有效地制裁大棒

芯片的作用很大，因此大棒的威力很大，因此被打的受傷很深

芯片到底個什么東東呢？

本文將一探究竟

前世今生

20 世紀的兩次世界大戰(zhàn)，把全世界拖入水深火熱中，各國打的不可開交時

美利堅如同伊甸園，巧妙的成為少有的沒有受戰(zhàn)爭洗禮的凈土

世界在打打鬧鬧，好生熱鬧，米國人也并非六根清凈

閑著沒事干的山姆大叔，戴上眼鏡開始搞科學研究

經過幾十年的蟄伏研究，到 40、50 年代，米國已經逐漸占據(jù)全球科技和高端產業(yè)的頂端了

第二次大戰(zhàn)以后，在大家忙著重建家園的檔口，山姆大叔家憑借戰(zhàn)爭期間匯聚的大量 頂尖人才、戰(zhàn)爭收益

通過完備的 科研體系 和 工業(yè)生產鏈條，孵化出一個又一個堪稱劃時代的產品

芯片便是其中之一，而且成為后世影響最大的產品

手指上的這個小家伙，如今支撐起全球上萬億美元電子設備市場，被米國作為大國博弈的 “鎖喉技”

這個指甲大小的面積上封裝數(shù)十億個晶體管

一個針尖上就能放下數(shù)千萬到上億個管子

果真，神一般的存在

半導體征程

從開頭往后捯

直接上圖，下面這張圖是世界上第一臺通用的電子管計算機，名曰：埃尼阿克

直接說吧，壯不壯觀？

列列數(shù)據(jù)，更不可思議

這貨重量達 30 多噸，占地面積 170 多平方米

由 18000 只電子管，成千上萬個二極管、電阻器等元器件組成，內部電路的焊接點多達 50 萬個

耗電量據(jù)說超過 180 千瓦小時，此貨一開，全鎮(zhèn)停電，這影響力夠大吧

更要命的平均每隔 15 分鐘燒壞一只電子管，每隔 15 分鐘就得停工檢修

工程師不是張翼德，于數(shù)萬器件中找那個壞的，也真不是探囊取物

往往一查幾天時間就過去了

頗有點 充電好幾天，工作一刻鐘 的意思

看來萬物不管日后多牛 X , 起步的時候都 LOW 的很

于是乎，就有人跳出來改進了

中間這位小哥，大名肖克力，號稱 “晶體管之父”，大約也就 30 來歲，加班加的直接干禿頂了

看來 996 不是如今互聯(lián)網(wǎng)的新詞，禿頂也是個泊來品

經過不懈的努力研究，肖大師發(fā)明了下面這個東東

三根腳像個小燈珠，但影響卻遠勝過燈泡

直到現(xiàn)在，此 “三腳先生” 依然是模、數(shù)電路課程中的主角

也得益于此肖先生，上面那個占地 170 平的龐然大物得以減肥成功

發(fā)明了這么個東東，只是把原材料備好了

真正烹小鮮的大師傅們還沒有開始登場

古人云：“治大國如烹小鮮”

造芯片當然概莫能外，也是一步一步的往前走的

第一位大廚，大名：杰克-基爾比，江湖號稱：集成威龍

這深沉的小眼神，專注的小神情，配得上這名號

據(jù)說基爾比剛開始參加工作時，沒有年假，當其他老同事都去度假了，他只能留守公司

一天午睡醒來，實在沒事可做，瞅了一眼實驗臺上的元器件，元器件們也瞅了一眼基爾比先生

算是相識了

然后，這個剛畢業(yè)的青年開始 “騷操作” 了， 突發(fā)奇想，把幾個電子元器件用電烙鐵焊到一塊，會怎么樣？

一個月后，當同事們度假回來了，青年的這波操作也算是成功了

在一塊板上集成了好幾顆鍺晶體管，性能還算不錯

這就是集成電路的啟程之源

很滑稽，很好玩

突然想起初中學拋物線時，一哥們指著尿出的弧線，大喜，原來拋物線可以這樣畫出來

有點異曲同工

集成概念一出，第二位神廚隨即出現(xiàn)了，名曰：羅伯特·諾伊斯，江湖號稱：硅霸王

帥氣的外表下面，有一顆優(yōu)秀的心，后續(xù)他的一系列開掛的人生值得大家學習學習

后面再談

是他，發(fā)明了硅材料的集成 電路，是他，是他，就是他

這是一個開創(chuàng)一個時代的創(chuàng)舉

不知道 “硅谷” 的由來，與之有沒有關系，大概是有關系的

這時候上面那個禿頂青年發(fā)現(xiàn)外面的世界這么精彩，也耐不住寂寞了

不甘心 “一個人、一把椅子、一個實驗室”，開始往外看了

于是乎，肖先生成立了一個 “半導體中心”，號稱建立晶體管帝國，因此，真正的主角開始紛紛登場

這八個青年從各地慕名而來，都準備著為了芯片事業(yè)成為禿頂先生

大家在一塊摸打滾爬，經過一段時間的努力，估計蜜月都還沒過完呢

無奈肖先生能發(fā)明晶體管，但不擅長管理團隊，是個合格的工程師，但不是個合格的項目經理

八大仙人很快就背叛了肖先生的半導體中心，這令肖先生很是生氣，于是送了他們一個雅號 “八大叛徒”

八大仙人也很無辜，跟著你難以發(fā)揮自身的價值，只能借口：由于個人職業(yè)規(guī)劃的原因，離開了

后來這八個大仙團入到了一個攝影小公司，經過他們的神操作改造

硬是把這個以攝影為主業(yè)的小店面搞成了以生產芯片為主營業(yè)務的大公司

這個小攝影公司發(fā)展成為了半導體之祖，也就是 “仙童”

據(jù)說硅谷就是在它的基礎上發(fā)展起來的

從八大仙的角度來講，平臺還真是很重要

如果繼續(xù)在中心，只能天天找別扭，估計干不出什么像樣的事

找了個朝陽的小平臺，就好像汽車上安裝了個火箭的發(fā)動機，飛速搞起來了

后來，大仙們的能量不斷發(fā)酵，一個仙童已經 無法容納下這么大的能量了

于是乎，八大仙開始分封到各地，逐漸成為獨擋一面的諸侯

• 帥氣的諾伊斯 和 摩爾， 成立了大名頂頂?shù)挠⑻貭?/strong>

• 杰里-桑德斯成為了AMD

• 鮑勃-韋勒和查爾斯進入了體制內，進入國家隊——國家半導體公司

上面這個 摩爾， 就是發(fā)明半導體界第一定律的那個 摩爾

看來誰都不可能隨隨便便成功，有硬貨是成功的必要條件

至此，半導體界的格局基本形成了，母體-仙童完成了孵化升級

后來的另一個大神，喬布斯評價：仙童半導體公司就像個成熟了的蒲公英，你一吹它，這種創(chuàng)業(yè)精神的種子就隨風四處飄揚了。

這么多牛 X 的人物其實一直在圍繞著這個小東西作文章，而且付出了畢生的心血

真是物貴不在其大，而在其精啊

有點像一位大師說過的：大學不在于造大樓，而在于造大師

包子有肉還真不在褶上

無處不在的芯片

手指上的那個小東西，經過一代又一代的發(fā)展迭代

不斷往信息技術產業(yè)滲透，到目前為止，這小東西獨自支撐起 "高、精、尖" 科技的大半個江山

它的身影可以在各行各業(yè)可見，關鍵的是還不可替代

在上面的這些行業(yè)里，只要這小家伙一罷工，基本整個行業(yè)就得停工

這和人的價值是一樣一樣的，當你成長為不可替代的存在時，你的價值才真正的開始體現(xiàn)出來

手機基本人手一部了，甚至多部，在這個家伙里面承載著數(shù)十顆芯片

基帶信息處理的芯片、射頻鏈路的芯片、電源控制芯片、圖像處理芯片等等等等

一切的應用 APP 都離不了芯片的處理，只要手機開機就必須得有芯片的運行

否則，手機連一個電話都打不出去

這個捆綁夠緊密的吧

前面那個占地 170 平方的大家伙如今已經成功瘦身為小巧玲瓏的本本

在這個本子里有比手機更多、更精密的芯片模塊

每天與我們打交道的計算機可以說是世界上少有的精密設備了

一個 CPU 的制造就要經過數(shù)百道精密工序，那真不是有力氣就能夠造出來的

最主要的部件還是 芯片

數(shù)控機床是現(xiàn)代工業(yè)的基礎，很難想象沒有數(shù)控機床的工廠是怎么樣完成生產的

這每臺大家伙里，最最重要的其實就是里面的那幾顆控制芯片

在那幾顆芯片的指令下，機床才能夠順利地準確切割和精確組裝

芯片在汽車行業(yè)的作用就更加突顯了

今年以來，受限芯片生產企業(yè)的出貨量變少，汽車行業(yè)的產量被極大縮水

有的汽車居然開始漲價了，這真是個黑天鵝事件

有的車企甚至因為缺芯而停產了，漲價也買不到

看來發(fā)動機再好也沒用，沒有這小東西，發(fā)動機也得乖乖的熄火

沒有那顆小東西，相關的行業(yè)就得停產

這句最土的話，卻概括了它最大的價值

芯片，已經走進人們生活的方方面面，從工業(yè)生產、交通、生活，無處不在，而又無所不能

電視機上也有那么數(shù)顆芯片，控制著高精畫面和高保真語音

沒有芯片的支持，電視就只能黑屏

冰箱的溫控和自適應調溫，電源控制模塊也是在芯片的指令下工作的

上面這位也是一樣的，越來越智能的背后，都是芯片在幫人們思考和決策

哪有歲月靜好，只不過有人在替你負重前行

把衣服往里面一扔就完事了，其實在背后是芯片在幫你決策什么衣物洗的程度、洗的時間、洗衣液的數(shù)量等

就連吃飯的家伙也是受芯片支配的，你選擇不同的功能時

是芯片讀懂了你的意思，然后以指令的方式指導著電磁爐按照你的意思工作

沒有芯片，恐怕你是無法和電磁爐直接對話的

它也就不可能按照你的意思提供適應的溫度

每個成形的設備里面都有幾顆、十幾顆、幾十上百顆這樣的東西

在有條不紊地極速的處理著一系列的 “0-1”，然后從這些數(shù)據(jù)流中讀懂人們的意圖

再把人們的意思轉換成指令，來和設備交流

正是它的無處不在，又不可替代，成就了它獨一無二的價值

差距何在

談到差距，先從芯片的生產說起

那一顆毫無重量的重量級芯片居然脫胎于一堆散沙

想不到吧

看似不起眼的東東，在經過精心打磨后也能價值非凡的

先通過特殊手段把沙子提純，也就是去糟取精的過程

取精到什么程度呢？

硅的含量得99.9999。。。%以上

反正是越純越好，就這一步基本就沒有幾家能做了，PK 掉大部分公司

然后再用提純后的硅去作晶圓，然后就是下面的這一系列操作了

專業(yè)性太強，這里不大話了，只要知道這個過程很雕，世界上沒幾個公司能干就 OK 了

反正目前在制造芯片上，我大中華還差一些意思

被 “卡脖子”制裁的就是在這個環(huán)節(jié)上，因為我們搞不了，這就是我們的七寸

被別人拿捏的死死的

當然大中華的芯片設計能力還是不錯的

有點紙上談兵的感覺呢

經過上面的這一系列的處理過程，路才算走了一半，也就是剛打完了地基

然后，就是在這個地基上蓋房子了，芯片內部的三維模樣，像不像個建設中的宮殿？

每一個梁子，每一道溝都是經過精心設計并論證了的

這只是一個簡要的示意圖，真實的芯片內部結構遠比這個復雜

想象在指甲大小的薄片上，蓋成千上萬座故宮會是什么樣子，其復雜程度可想而知了吧

后面還需要一系列的神操作，才能成為下面的這個樣子，只有成這個樣子了，通電才能處理數(shù)據(jù)

把上面的這家伙再和其他的元器件連起來就形成下面的電路板子了

也就是我們拆開設備后能看到的樣子

芯片就是站 C 位的最亮的那顆星

板子上幾乎所有的模塊都與這顆最亮的星鏈接著，形成一條條高速公路

看著和每個芯片鏈接的高速網(wǎng)絡系統(tǒng)

是不是有種 “條條大路通羅馬” 的感覺

芯片就是這個羅馬城堡，是整個系統(tǒng)的中樞神經，功能上類似于每個人的大腦

再回到對 “羅馬” 的制造過程

對 C 位主角的制造過程精密而復雜，多達幾百道工序，其中最重要的一道工序就是下面這個工具-光刻機完成的

芯片一般人造不了，制造芯片的工具，一般人更造不了

ASML 這個荷蘭公司以造這玩意為生，每年不多造、也造不出來，太復雜了，一年十幾臺完事

想買的人排了老長的隊伍了，關鍵是有些連排隊的資格都沒有，因為被限制了

中芯國際訂購了一臺價值 1.2 億美元 的極紫外光刻機

這幾乎相當于這家中國大陸最大的芯片加工企業(yè) 2017 年的全年利潤了

而且這還只是買了個人家不用了的，更先進的，我們是買不到的

在米國的安排下，我們是連排隊打飯的資格都沒有的

可以認為，就是像光刻機類似的生產工具，嚴重制約了我們的芯片產業(yè)

進而制約著我國高新興、高精尖的信息產業(yè)的發(fā)展

外國拿這些工具性的東東，死死的卡位，我們就死死的動彈不了

經濟領域受到極大的影響

毫不夸張的講，在高科技信息產業(yè)領域，我們是處于極為被動的位置

再往深處想一想，像航天、網(wǎng)絡完全、軍事這樣的領域

一旦也被外國類似的操作卡位了，我們的危險系數(shù)會變得多大？

細思極恐

所以，在高科技這條路上，我們任重而道遠

總書記多次提到，一定要重視自主研發(fā)，創(chuàng)新不問出身

因為核心技術是買不來的，更是化緣化不來的，只能由自己切實的搞研發(fā)去掌握

能引起總書記重視的問題，不可謂不大了吧

這就是芯片問題的本質和我們的處境，以及我國研發(fā)核心技術的志向

前方的路

大中華正處于 “缺心少魂” 的被動處境中，也就是硬件、軟件均處于弱勢 的狀態(tài)

• 硬件缺心：缺少芯片的生產制造能力

• 軟件少魂：缺少通用及專用操作系統(tǒng)

中國生產全世界 80% 以上的手機，90% 以上的電腦

能量不可謂不大，但也僅僅是 “代工”，利潤薄的幾乎透明， 仍然是幾億件襯衫的利潤換一架飛機的狀態(tài)

從計算機角度來講，主流設備還是以英特爾的 ARM 結構為主的硬件框架 以微軟為主的 Windows系統(tǒng)搭配的 Wintel 架構

雖然幾乎全世界的電腦都由中國生產，但是在這兩個核心技術面，大中華沒有絲毫發(fā)言權

不掌握核心技術，只能是處于利潤的最低端

一部手機中最關鍵的核心部件也基本是進口來的，我們作為組裝的角色

5G 通信系統(tǒng)，中國在世界上的話語權越來越大，不管是民用通信、還是工業(yè)互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)絡，都取得了突破性進展

但是核心部件的缺失和軟件系統(tǒng) 的不成熟，仍然導致我們無法建立起產業(yè)生態(tài)

因為，中間這顆東西仍然是處于和西方隔幾代的差距

總結起來，根本問題在于：

1. 基礎理論研究較西方更落后，以前我們更擅長于照貓畫虎的引用過來，作山寨，學標不學本不可持續(xù)

2. 缺乏持續(xù)的用力。類似于芯片是投資多、周期長、風險大的產業(yè)，看不到及時的回報，就喪失了繼續(xù)投入的動力

3. 關鍵性創(chuàng)新人才的缺失。沒有形成完備的創(chuàng)新體系，沒有大量的創(chuàng)新型人才。因此，只作從 1 到 2 的修補工作，少有作從 0 ?到 1 的開創(chuàng)工作

4. 開源不夠，思路閉塞。開源才能煥發(fā)大眾的創(chuàng)新，只有大家都參與 才能更有創(chuàng)新生機。但是在國內幾乎不成立，有了好東西是不會分享的，生怕別人學了去

在這種被動情況下，我們走了很遠一段路了，也曾不斷的探索破繭之路

曾經試圖 “以市場換技術”，但往往的結果是市場被別人占去了，真正的核心技術沒有引進來

曾經試圖 “以租代造、以買代造”，但結果是命門掌握到別人的手里去了

“引進，消化，吸收，創(chuàng)新” 這條路本沒有問題，但核心技術不能完全靠引進

所以，總書記講：核心技術靠化緣是要不來的

我們只有踏下心去，堅定坐冷板凳的決心，持續(xù)的投入研發(fā)

或者也就這條路了

當今時代下，任何一個產品或者模式的成功不再是我們追求的目標，我們想要的是一個生態(tài)

一個這樣的生態(tài)：自主研發(fā)的底層硬件和軟件系統(tǒng)搭配，在這個基礎之上搭載各類功能應用，以應用反過來促進底層基礎設施的演進

一個良性循環(huán)的產業(yè)生態(tài)固然重要，但是羅馬并非一日建成的

在核心零件的研發(fā)上，近年大陸出現(xiàn)了眾多的獨角獸，規(guī)劃以 “彎道超車” 的模式搞的 AI 芯片就是典型

試圖通過搭載人工智能、神經網(wǎng)絡算法，從根本上改變原有芯片的模式，走出一條自己的產品之路

也取得了不少的成績，但是也注定是一條荊棘叢生的路

革命尚未成功，同志仍需努力吧

小結

回顧臺灣、韓國、日本的芯片發(fā)展之路，每一個走的都是篳路藍縷

但從其殺出的一條條血路的經驗中，背后無不有著國家的意志

相比，我們更有兩種優(yōu)勢：

1. 制度優(yōu)勢，能集中力量辦大事

2. 市場優(yōu)勢，任何先進技術丟掉了市場也就成了無水之源了

所以，對于芯片產業(yè)的發(fā)展，目前差距較遠，但是行將必至

別人幾十年積累下來的核心技術，我們不奢望三、兩年追趕上，但會、而且應該一直在追趕的路上

外國的高壓制裁下，我們的產業(yè)鏈會崩嗎？

我覺得不會，他們的目的是企圖把高精尖的技術主導權抓在自己手里，不會把整個產業(yè)鏈都扼殺掉

否則，丟了市場，技術便無用武之地了，不也就沒有什么意義了嗎？

-END-

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