《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》第八部分：結論

《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》是美國經濟史學家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導體產業全球分工為主線，追溯從冷戰至今的芯片技術發展歷程，闡釋芯片在現代軍事、經濟和地緣政治中的戰略地位。全書涵蓋美國通過技術博弈確立主導地位、臺灣半導體產業崛起、華為5G技術受限等案例，分析全球芯片短缺與供應鏈危機背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補貼政策、EUV光刻機研發困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術領域的核心博弈。

結論

1958年，在達拉斯悶熱的夏天，杰克·基爾比向他的同事們展示了電路的所有零件（晶體管、電阻和電容）都可以用半導體材料制成。四天后，杰伊·萊思羅普第一次進入TI的停車場。他已經申請了通過光刻技術制造晶體管的專利，但還沒有獲得能使他購買一輛新旅行車的美國軍隊獎。幾個月前，張忠謀辭去了馬薩諸塞州一家電子公司的工作，搬到了TI，以其近乎神奇地消除公司半導體制造過程缺陷的能力而聞名。同年，帕特·哈格蒂被任命為TI總裁，董事會認為，為軍事系統制造電子產品的愿景，比TI此前生產石油勘探儀器更好。哈格蒂已經組建了一支像韋爾登·沃德這樣的天才工程師團隊，他們正在制造“智能”武器和精確傳感器所需的電子器件。

得克薩斯州與中國臺灣遙遙相對，但基爾比發明了他的集成電路并不是巧合。美國國防資金流入電子公司，美國軍方依靠技術來保持其優勢。隨著蘇聯建立起大規模的軍隊，美國不能指望部署更大規模的軍隊或更多的坦克。但是，美國可以制造更多的晶體管、更精確的傳感器和更有效的通信設備，所有這些最終將使美國的武器能力大大提高。

張忠謀在得克薩斯州而不是在天津尋找工作也不是巧合。在冷戰的混亂和席卷世界的非殖民化破壞中，許多國家最優秀和最聰明的人試圖前往美國。約翰·巴丁和沃爾特·布喇頓發明了第一個晶體管，但正是他們在貝爾實驗室的同事穆罕默德·阿塔拉（Mohamed Atalla）和姜大元（Dawon Kahng），幫助設計了一種可以大規模生產的晶體管結構。與羅伯特·諾伊斯共同創立仙童的“八叛逆”工程師中有兩個出生在美國境外。幾年后，一位曾經叫安德拉斯·格魯夫的匈牙利移民幫助仙童優化了芯片制造工藝，并踏上了成為首席執行官的道路。

當世界上大多數人從未聽說過硅芯片，并且更沒有人了解硅芯片工作原理的時候，美國的半導體生產中心正在把世界上最杰出的人才吸引到得克薩斯州、馬薩諸塞州，尤其是加利福尼亞州。這些工程師和物理學家被這樣一種信念驅使——微型晶體管可以真正改變未來。事實證明，一切遠遠超出了他們最瘋狂的夢想。戈登·摩爾和加州理工學院教授卡弗·米德等有遠見的人，預見了未來幾十年，但摩爾在1965年對“家庭電腦”和“個人便攜式通信設備”的預測，幾乎沒有涉及描述芯片在當今生活中的中心地位。 硅谷的創始人發現，半導體行業每天生產的晶體管將超過人體內的細胞數量 ，這是不可思議的。

隨著產業規模的擴大和晶體管尺寸的縮小，全球廣闊市場的需求比以往任何時候都更加大。如今，即使是五角大樓7000億美元的預算也不足以在美國領土上制造用于國防目的的尖端芯片。美國國防部專門為價值10億美元的潛艇和價值100億美元的航空母艦建立了造船廠，但其中的許多芯片都是從商業供應商那里購買的，通常是中國臺灣地區的供應商。即使是設計一款尖端芯片（可能超過1億美元），對于五角大樓來說，其成本也變得過于昂貴。制造最先進邏輯芯片的工藝設備成本是航空母艦的兩倍，而且還需要數年時間才能達到尖端水平。

產生計算能力的驚人復雜性表明，硅谷的故事不僅僅是一個關于科學或工程的故事。技術只有在找到市場時才會進步。半導體的歷史也是一個關于銷售、營銷、供應鏈管理和成本降低的故事。沒有創業者，硅谷就不會存在。羅伯特·諾伊斯是麻省理工學院培養的物理學家，但他作為一名商人取得了成功，他當年意識到一種尚未存在的產品有著巨大的市場。正如戈登·摩爾在1965年發表的一篇著名文章中所說，仙童“將更多部件塞進集成電路”的能力不僅取決于該公司的物理學家和化學家，還取決于像查理·斯波克這樣的精力充沛的制造業老板，他追求沒有工會的晶圓廠，并向大多數員工提供股票期權，使生產效率持續提高。如今，晶體管的價格遠低于1958年價格的百萬分之一，這要歸功于如今已被遺忘的仙童員工在離職調查中所表達的精神：“我……要……發……財。”

我們要反省一下，說芯片造就了現代世界太簡單了，因為我們的社會和政治已經決定了芯片的研究、設計、制造、封裝和使用方式。例如，五角大樓的研發部門DARPA，通過資助現在最先進的邏輯芯片中使用的被稱為FinFET的3D晶體管結構的關鍵研究，真正塑造了半導體。未來，無論中國能否實現其半導體主導地位的目標，中國的大量投入都將深刻重塑半導體供應鏈。

當然，我們不能保證芯片會像過去一樣重要。我們對計算能力的需求不太可能減少，但我們可能會耗盡芯片的供應。戈登·摩爾著名的定律只是一個預測，不是物理事實。從英偉達首席執行官黃仁勛到斯坦福大學前校長兼字母表公司（Alphabet）董事長約翰·亨尼西（John Hennessy），業內知名人士都曾宣布摩爾定律已經死亡。

在某種程度上，物理極限將使晶體管無法進一步縮小。即使在那之前，制造晶體管的成本也可能太高。如今，成本下降的速度已經明顯放緩。制造使用更小晶體管的芯片所需的工具極其昂貴，沒有比EUV光刻機更昂貴的了，每臺光刻機的成本超過1億美元。

摩爾定律的終結對半導體行業和整個世界都是毀滅性的。我們之所以每年生產越來越多的晶體管，只是因為這樣做在經濟上可行。但這并不是摩爾定律第一次被宣布瀕臨死亡。1988年，IBM備受尊敬的專家且后來擔任美國國家科學基金會（National Science Foundation）主席的埃里希·布洛赫（Erich Bloch）曾宣布，當晶體管縮小到四分之一微米時，摩爾定律將停止，但這是該行業在那十年后就已克服的障礙。 摩爾在2003年的一次演講中也擔心，“在未來十年左右半導體行業會遇到障礙”，但所有這些潛在障礙都已經被克服了。當時，摩爾認為3D晶體管結構是一個“激進的想法” ，但不到20年，我們已經生產了數萬億只的3DFinFET晶體管。加州理工學院教授卡弗·米德發明了“摩爾定律”一詞。半個世紀前，他預測芯片最終可能每平方厘米包含1億個晶體管，當年這一預測震驚了世界半導體科學家。如今，最先進的晶圓廠可以在芯片上制造出比當年米德預計的還要多得多的晶體管。

換句話說，摩爾定律的生命力甚至讓它的命名者和創造者都感到驚訝。這也可能讓當下的悲觀主義者大吃一驚。著名半導體設計師吉姆·凱勒曾在蘋果、特斯拉、AMD和英特爾的芯片上做出了革命性的工作，他表示，他看到了一條清晰的道路，可以將芯片上晶體管的密度提高50倍。 首先，他認為，現在的鰭式晶體管可以做得更薄，可以提高三倍，這樣可堆疊鰭數也提高到三倍。下一步，鰭式晶體管將被新的稱為GAA（Gate-All-Around的簡寫，即“全環繞柵極晶體管”）

的管式晶體管取代。這種線狀晶體管可以從頂部、側面和底部施加電場，從而更好地控制“開關”，以應對晶體管縮小帶來的挑戰。凱勒認為，這些微小的線狀晶體管的密度可增加一倍。他預測將這些線狀晶體管疊在一起可以使密度進一步增加八倍。這些技術突破，合起來將推動芯片上的晶體管數量增加大約50倍。凱勒說：“我們沒有耗盡原子，我們知道如何打印單層原子。”

盡管所有關于摩爾定律的討論都結束了，但流入芯片行業的資金比以往任何時候都多。在過去的幾年里，為人工智能算法設計優化芯片的初創公司籌集了數十億美元，每個公司都希望自己能成為下一個英偉達。大型科技公司谷歌、亞馬遜、微軟、蘋果、臉書、阿里巴巴和其他公司現在都在投入大量資金設計自己的芯片。顯然，創新沒有缺位。

支持摩爾定律即將結束這一論斷的最佳論據是，所有這些針對特定用途，甚至是針對單個公司的活動，正在取代英特爾過去半個世紀不斷推出的強大微處理器所帶來的“通用”計算。尼爾·湯普森（Neil Thompson）和斯文賈·斯潘努斯（Svenja Spanuth）甚至認為，我們正在看到“計算機作為通用技術的衰落”。他們認為，未來的計算將分為“使用強大的定制芯片的‘快車道’應用和使用通用芯片的‘慢車道’應用，而通用芯片的進步會趨緩”。

不可否認的是，微處理器作為現代計算的主力，正在被為特定目的而制造的專用芯片部分取代。不太清楚的是，這是否是一個問題。英偉達的GPU不像英特爾微處理器那樣通用，從某種意義上說，它們是專為處理圖形設計的，而且越來越多地是為人工智能設計的。但英偉達和其他提供針對人工智能優化芯片的公司，使得人工智能的實現成本更低，因此更容易被使用。如今，人工智能已經變得比十年前人們想象的更加“通用”，這主要歸功于更新的、更強大的芯片。

亞馬遜和谷歌等大型科技公司設計芯片的最新趨勢，標志著與近幾十年相比的另一個變化。亞馬遜和谷歌都進入了芯片設計業務，以提高運行其公共云的服務器的效率。任何人都可以付費訪問谷歌云上的谷歌TPU芯片。悲觀者可能認為這是計算在分為“慢車道”和“快車道”。然而，令人驚訝的是，任何人都可以通過購買英偉達芯片或租用人工智能優化云很容易地接入快速車道。

此外，把不同類型的芯片集成在一起比以往任何時候都容易。 以前的設備通常只有一個處理器芯片。但是，現在的設備可能有多個處理器，其中一些專注于一般操作，而另一些經過優化以管理相機等特定功能。這是可能的，因為新的封裝技術使芯片更容易高效地連接，使人們能夠在處理要求或成本考慮發生變化時輕松地將某些芯片替換到設備中。大型芯片制造商現在比以往任何時候都更加重視芯片運行的系統。因此，重要的問題不是我們是否最終達到了戈登·摩爾最初定義的摩爾定律的極限，而是我們是否已經達到一個芯片所能產生的計算能力的峰值。現在，數以萬計的工程師和巨額資金都在打賭沒有達到峰值。

回到1958年12月，寒冷的華盛頓特區舉行了一次電子會議——就在同一年，張忠謀、帕特·哈格蒂、韋爾登·沃德、杰伊·萊思羅普和杰克·基爾比都在TI工作。張忠謀、戈登·摩爾和羅伯特·諾伊斯參加了會議，然后他們出去喝啤酒。夜深后，年輕而興奮的他們迎著雪花，哼著歌兒，慢悠悠地回到酒店。 在街上經過他們的人肯定都不會想到這是未來的三位科技巨頭。他們不僅在海量的硅片上留下了持久的印記，而且在我們所有人的生活中留下了持久的印記。他們發明的芯片和他們建造的工業提供了看不見的電路，這些電路構成了我們的歷史，并將塑造我們的未來。