《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)》是美國(guó)經(jīng)濟(jì)史學(xué)家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全球分工為主線，追溯從冷戰(zhàn)至今的芯片技術(shù)發(fā)展歷程，闡釋芯片在現(xiàn)代軍事、經(jīng)濟(jì)和地緣政治中的戰(zhàn)略地位。全書涵蓋美國(guó)通過(guò)技術(shù)博弈確立主導(dǎo)地位、臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起、華為5G技術(shù)受限等案例，分析全球芯片短缺與供應(yīng)鏈危機(jī)背后的國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)。書中提及美國(guó)《芯片法案》補(bǔ)貼政策、EUV光刻機(jī)研發(fā)困境等議題，揭示大國(guó)在人工智能與軍事技術(shù)領(lǐng)域的核心博弈。

迫擊炮和規(guī)模生產(chǎn)

1958年9月1日，杰伊·萊思羅普駛?cè)隩I的停車場(chǎng)，開始他第一天的工作。 此時(shí)，杰克·基爾比在TI的實(shí)驗(yàn)室里度過(guò)的對(duì)未來(lái)有重大影響的夏日假期快要結(jié)束了。萊思羅普從麻省理工學(xué)院畢業(yè)后，與羅伯特·諾伊斯共事過(guò)。他曾在美國(guó)政府實(shí)驗(yàn)室工作，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)一種近炸引信，使81毫米迫擊炮彈能夠在目標(biāo)上方自動(dòng)引爆。和仙童的工程師一樣，他也在努力研制臺(tái)面晶體管，但事實(shí)證明，這種晶體管很難小型化。

現(xiàn)有的制造工藝包括在半導(dǎo)體材料的某些部位放置特殊形狀的蠟球，然后使用專用化學(xué)品腐蝕未覆蓋的部分。制造更小的晶體管需要更小的蠟球，但控制這些蠟球的形狀很困難。

在通過(guò)顯微鏡觀察其中一個(gè)晶體管時(shí)，萊思羅普和他的助手——化學(xué)家詹姆斯·納爾（James Nall）有了一個(gè)想法：顯微鏡鏡頭可以拍攝一些小東西，讓它們看起來(lái)更大。如果把顯微鏡顛倒過(guò)來(lái)，這些小東西看起來(lái)就更小。他們能用鏡頭把一個(gè)大圖案“印”到鍺上，從而在鍺塊上制作微型臺(tái)面嗎？相機(jī)公司柯達(dá)（Kodak）出售了一種叫作光致抗蝕劑的化學(xué)物質(zhì)（俗稱“光刻膠”），這種物質(zhì)在受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。

萊思羅普用柯達(dá)的光刻膠涂在一塊鍺上。接下來(lái)，他將顯微鏡顛倒過(guò)來(lái)，用一個(gè)矩形圖案覆蓋目鏡，這樣光線就只能穿過(guò)一個(gè)矩形區(qū)域。

光線通過(guò)目鏡照射矩形圖案，當(dāng)光線通過(guò)物鏡聚焦到光刻膠涂層的鍺上時(shí)，倒置的顯微鏡縮小了矩形圖案的尺寸，形成了完美的微縮版。

當(dāng)光線照射到光刻膠層時(shí)，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，使其顯影時(shí)能被溶解，留下一個(gè)比任何一團(tuán)手工蠟都要小得多的矩形小孔，其形狀也更精確。很快，萊思羅普發(fā)現(xiàn)他也可以通過(guò)添加一層超薄的鋁，將鍺與外部電源連接起來(lái)，從而印出“電線”。

萊思羅普稱這一過(guò)程為光刻。他生產(chǎn)的晶體管比以前小得多，直徑只有0.1英寸，高度只有0.0005英寸。光刻技術(shù)使人們可以構(gòu)想大規(guī)模生產(chǎn)微型晶體管。1957年，萊思羅普申請(qǐng)了這項(xiàng)技術(shù)的專利。隨著軍樂(lè)隊(duì)的演奏，軍方為他的工作頒發(fā)了一枚獎(jiǎng)?wù)拢⒔o了他25000美元的獎(jiǎng)金，他用這筆獎(jiǎng)金給家人買了一輛納什·蘭布勒旅行車。

哈格蒂和基爾比立即意識(shí)到，萊思羅普的光刻工藝比美國(guó)陸軍給他的25000美元獎(jiǎng)金要值錢得多。“民兵II號(hào)”導(dǎo)彈計(jì)劃需要數(shù)千塊集成電路，阿波羅太空船需要數(shù)萬(wàn)塊集成電路。而光和光刻膠可以解決大規(guī)模生產(chǎn)問(wèn)題，以手工焊接導(dǎo)線無(wú)法解決的方式實(shí)現(xiàn)芯片制造的機(jī)械化和小型化。

在TI實(shí)施萊思羅普的光刻工藝需要新材料和新工藝。柯達(dá)的光刻膠純度不足以保證大規(guī)模生產(chǎn)，因此TI自己購(gòu)買了離心機(jī)，并對(duì)柯達(dá)提供的化學(xué)品進(jìn)行再加工。萊思羅普乘坐火車在美國(guó)各地尋找“掩模”，這種掩模用于將精確的圖案投射到覆蓋光刻膠的半導(dǎo)體晶圓上。他最終得出結(jié)論，現(xiàn)有掩模公司的產(chǎn)品都沒(méi)有足夠的精度，因此TI決定自己制造掩模。基爾比的集成電路所需的硅片必須是超純的，超出任何公司的銷售品質(zhì)范圍。因此，TI也開始自己生產(chǎn)硅片。

當(dāng)一切都標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，大規(guī)模生產(chǎn)才有效。通用汽車公司能夠?qū)⒃S多標(biāo)準(zhǔn)的汽車零件用于所有從裝配線上下線的雪佛蘭。在半導(dǎo)體方面，像TI這樣的公司，缺少可檢測(cè)出制造集成電路的原料是否符合標(biāo)準(zhǔn)的工具。化學(xué)品中含有當(dāng)時(shí)無(wú)法檢測(cè)到的雜質(zhì)，溫度和壓力的細(xì)微變化可能會(huì)引起意外的化學(xué)反應(yīng)，投射光線的掩模可能被灰塵顆粒污染，一點(diǎn)點(diǎn)雜質(zhì)就可能使整批產(chǎn)品報(bào)廢。唯一的改進(jìn)方法是反復(fù)試驗(yàn)，TI組織了數(shù)千次實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估不同溫度與化學(xué)物質(zhì)組合對(duì)生產(chǎn)工藝的影響。基爾比每周六都在TI的走廊上踱步，檢查工程師的試驗(yàn)。

TI產(chǎn)品工程師瑪麗·安妮·波特（Mary Anne Potter）花了幾個(gè)月時(shí)間進(jìn)行全天候試驗(yàn)。 波特是第一位獲得得克薩斯理工大學(xué)物理學(xué)學(xué)位的女性，她受雇于TI，以擴(kuò)大“民兵”導(dǎo)彈的芯片生產(chǎn)規(guī)模。她經(jīng)常上夜班，從晚上11點(diǎn)工作到第二天上午8點(diǎn)，以確保試驗(yàn)按計(jì)劃進(jìn)行。

收集數(shù)據(jù)需要數(shù)天的試驗(yàn)。然后，她用滑動(dòng)尺計(jì)算指數(shù)和平方根，將結(jié)果繪制在圖表上，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，這一切都依靠手工操作。依靠人類“計(jì)算機(jī)”處理數(shù)字，是一個(gè)緩慢、費(fèi)力、痛苦的過(guò)程。

但試錯(cuò)是TI當(dāng)時(shí)唯一的選擇。

1958年，張忠謀與萊思羅普同期來(lái)到TI，負(fù)責(zé)晶體管的生產(chǎn)線。 自從離開上海，張忠謀先是去了香港，然后又去了波士頓。他被哈佛大學(xué)錄取，成為當(dāng)時(shí)大學(xué)一年級(jí)里唯一的中國(guó)學(xué)生。在學(xué)習(xí)莎士比亞文學(xué)一年后，張忠謀開始擔(dān)心自己的職業(yè)前景。“這兒有華裔美國(guó)人洗衣店，有華裔美國(guó)餐館，”他回憶道，“20世紀(jì)50年代初，一個(gè)華裔美國(guó)人能從事的唯一真正嚴(yán)肅的中產(chǎn)階級(jí)職業(yè)是技術(shù)性的。”張忠謀認(rèn)定機(jī)械工程似乎比英國(guó)文學(xué)更可靠，所以他轉(zhuǎn)到了麻省理工學(xué)院。

畢業(yè)后，張忠謀被喜萬(wàn)年（Sylvania）聘用。喜萬(wàn)年是一家大型電子公司，在波士頓以外的地方設(shè)有工廠。他的任務(wù)是提高喜萬(wàn)年的制造成品率。張忠謀白天熟悉喜萬(wàn)年的生產(chǎn)工藝，晚上學(xué)習(xí)肖克利的《半導(dǎo)體中的電子和空穴》（Electrons and Holes in Semiconductors），這本書是早期半導(dǎo)體電子學(xué)的“圣經(jīng)”。在喜萬(wàn)年工作三年后，張忠謀收到了TI的工作邀請(qǐng)，于是搬到了得克薩斯州的達(dá)拉斯。他回憶道，這里是“牛仔之鄉(xiāng)”，是一片以“95美分牛排”為標(biāo)簽的土地。他負(fù)責(zé)經(jīng)營(yíng)一條用于IBM電腦的晶體管生產(chǎn)線，當(dāng)時(shí)這種晶體管太不可靠了，TI的成品率幾乎為零。幾乎所有產(chǎn)品都有缺陷，會(huì)導(dǎo)致電路短路或故障，因而不得不被扔掉。

作為一名橋牌高手，像玩他最喜歡的紙牌游戲一樣，張忠謀有條不紊地從事制造業(yè)工作。到達(dá)TI后，他開始系統(tǒng)地調(diào)整不同化學(xué)物質(zhì)組合的溫度和壓力，以確定哪種組合最有效，他的直覺讓同事們感到驚訝和害怕。一位同事回憶道：“你和他一起工作時(shí)必須小心。他坐在那里，吸著煙斗，透過(guò)煙霧看著你。”為他工作過(guò)的得克薩斯州人認(rèn)為他“像一個(gè)佛陀”。在煙霧的背后，是一個(gè)無(wú)與倫比的大腦。一位同事回憶道：“他對(duì)固體物理學(xué)有足夠的了解，足以支配任何人。”他以“強(qiáng)硬的老板”標(biāo)簽著稱。一名下屬回憶道：“張忠謀對(duì)待員工非常苛刻，如果你沒(méi)有被張忠謀折磨過(guò)，你就沒(méi)有在TI工作過(guò)。” 不過(guò)，張忠謀的方法產(chǎn)生了效果。幾個(gè)月內(nèi)，他的晶體管生產(chǎn)線的成品率躍升至25%。 美國(guó)最大的科技公司IBM的高管來(lái)到達(dá)拉斯研究他的方法。 很快，他被任命為TI整個(gè)集成電路業(yè)務(wù)的負(fù)責(zé)人。

和張忠謀一樣，諾伊斯和摩爾認(rèn)為芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展沒(méi)有止境，只要他們能搞清楚如何大規(guī)模生產(chǎn)。諾伊斯意識(shí)到，他的麻省理工學(xué)院同學(xué)萊思羅普發(fā)現(xiàn)了一種可以改變晶體管制造業(yè)的技術(shù)。他在研究生院時(shí)曾和他一起爬過(guò)新罕布什爾州的山。諾伊斯迅速采取行動(dòng)，聘請(qǐng)了萊思羅普的實(shí)驗(yàn)室合作伙伴——化學(xué)家詹姆斯·納爾來(lái)仙童開發(fā)光刻技術(shù)。諾伊斯解釋道：“除非我們能做到，否則我們的公司就會(huì)完蛋。”

仙童的制造工藝由像安迪·格魯夫一樣的生產(chǎn)工程師來(lái)改進(jìn)。格魯夫于1956年逃離匈牙利政府，以難民的身份先抵達(dá)紐約，后在加州大學(xué)伯克利分校攻讀博士學(xué)位。1962年，他寫信給仙童要求面試，但被告知稍后再試一次。拒絕信解釋道：“我們希望我們的年輕人在完成其他所有面試后再來(lái)我們這里面試。”格魯夫回憶，仙童的拒絕信“令人厭惡”，這是硅谷自大的早期跡象。但隨著市場(chǎng)對(duì)仙童產(chǎn)品的需求增加，該公司突然迫切需要化學(xué)工程師。一位公司高管打電話給加州大

學(xué)伯克利分校，要求提供化學(xué)系最好的學(xué)生名單。格魯夫名列榜首，被召喚到帕洛阿爾托與摩爾會(huì)面。格魯夫回憶道：“那是一見鐘情。”他于1963年被聘用，并將與諾伊斯和摩爾一起打造芯片產(chǎn)業(yè)，度過(guò)余生。

發(fā)明晶體管的諾貝爾獎(jiǎng)授予了肖克利、巴丁和布喇頓。基爾比后來(lái)因發(fā)明了第一個(gè)集成電路而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。如果諾伊斯沒(méi)有在62歲時(shí)去世，那么他會(huì)與基爾比分享這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。這些發(fā)明是至關(guān)重要的，但光靠科學(xué)還不足以建立芯片產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體的傳播既得益于學(xué)術(shù)物理，也得益于巧妙的制造技術(shù)。麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)等學(xué)校在發(fā)展半導(dǎo)體知識(shí)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，但芯片產(chǎn)業(yè)之所以起飛，是因?yàn)檫@些院校的畢業(yè)生花了多年時(shí)間優(yōu)化生產(chǎn)流程，使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。正是工程和直覺，以及科學(xué)理論，使貝爾實(shí)驗(yàn)室的專利變成了一個(gè)改變世界的行業(yè)。

肖克利被公認(rèn)為是他那一代最偉大的理論物理學(xué)家之一，他最終放棄了成為富翁和讓自己的名字登上《華爾街日?qǐng)?bào)》的努力。他對(duì)晶體管理論的貢獻(xiàn)很重要。但正是那叛逆的八名年輕工程師拋棄了肖克利半導(dǎo)體公司，以及后來(lái)在TI的一個(gè)類似團(tuán)體，將肖克利的晶體管變成了一種有用的產(chǎn)品——芯片，并將其出售給美國(guó)軍方，同時(shí)學(xué)會(huì)了如何大規(guī)模生產(chǎn)。憑借這些能力，仙童和TI進(jìn)入了20世紀(jì)60年代中期，開始面臨一個(gè)新的挑戰(zhàn)：如何將芯片轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娛袌?chǎng)產(chǎn)品。