大话：芯片知多少？
春花秋月何时了？
芯片知多少
引子
2017 年 3 月，中兴通讯因被指控违反规定，同意接受了 11.9 亿美元的罚款
2018 年 4 月 16 日，米国商务部发布公告，未来 7 年内禁止中兴通讯向美国企业购买敏感产品
随即中兴基本进入休克状态，因为通信设备中最主要的元器件 芯片，基本依赖进口
最后，在美国深度干涉下，中兴不得不重组董事会，开除部分指定高管，并赔偿 4 亿美金保证金
华为进入制裁名单后，势头正盛的荣耀品牌只能被卖掉易主，别无选择
近几年，美国对外的制裁名单不断的拉长，受限的外国企业数量不断增加
芯片—成为美国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，因此被打的受伤很深
芯片到底个什么东东呢？
本文将一探究竟
前世今生
20 世纪的两次世界大战，把全世界拖入水深火热中，各国打的不可开交时
美利坚如同伊甸园，巧妙的成为少有的没有受战争洗礼的净土
世界在打打闹闹，好生热闹，米国人也并非六根清净
闲着没事干的山姆大叔，戴上眼镜开始搞科学研究
经过几十年的蛰伏研究，到 40、50 年代，米国已经逐渐占据全球科技和高端产业的顶端了
第二次大战以后，在大家忙着重建家园的档口，山姆大叔家凭借战争期间汇聚的大量 顶尖人才、战争收益
通过完备的 科研体系 和 工业生产链条，孵化出一个又一个堪称划时代的产品
芯片便是其中之一，而且成为后世影响最大的产品
手指上的这个小家伙，如今支撑起全球上万亿美元电子设备市场，被米国作为大国博弈的 “锁喉技”
这个指甲大小的面积上封装数十亿个晶体管
一个针尖上就能放下数千万到上亿个管子
果真，神一般的存在
半导体征程
从开头往后捯
直接上图，下面这张图是世界上第一台通用的电子管计算机，名曰：埃尼阿克
直接说吧，壮不壮观？
列列数据，更不可思议
这货重量达 30 多吨，占地面积 170 多平方米
由 18000+ 只电子管，成千上万个二极管、电阻器等元器件组成，内部电路的焊接点多达 50 万个
耗电量据说超过 180 千瓦小时，此货一开，全镇停电，这影响力够大吧
更要命的平均每隔 15 分钟烧坏一只电子管，每隔 15 分钟就得停工检修
工程师不是张翼德，于数万器件中找那个坏的，也真不是探囊取物
往往一查几天时间就过去了
颇有点 充电好几天，工作一刻钟 的意思
看来万物不管日后多牛 X , 起步的时候都 LOW 的很
于是乎，就有人跳出来改进了
中间这位小哥，大名肖克力，号称 “晶体管之父”，大约也就 30 来岁，加班加的直接干秃顶了
看来 996 不是如今互联网的新词，秃顶也是个泊来品
经过不懈的努力研究，肖大师发明了下面这个东东
三根脚像个小灯珠，但影响却远胜过灯泡
直到现在，此 “三脚先生” 依然是模、数电路课程中的主角
也得益于此肖先生，上面那个占地 170 平的庞然大物得以减肥成功
发明了这么个东东，只是把原材料备好了
真正烹小鲜的大师傅们还没有开始登场
古人云：“治大国如烹小鲜”
造芯片当然概莫能外，也是一步一步的往前走的
第一位大厨，大名：杰克-基尔比，江湖号称：集成威龙
这深沉的小眼神，专注的小神情，配得上这名号
据说基尔比刚开始参加工作时，没有年假，当其他老同事都去度假了，他只能留守公司
一天午睡醒来，实在没事可做，瞅了一眼实验台上的元器件，元器件们也瞅了一眼基尔比先生
算是相识了
然后，这个刚毕业的青年开始 “骚操作” 了， 突发奇想，把几个电子元器件用电烙铁焊到一块，会怎么样？
一个月后，当同事们度假回来了，青年的这波操作也算是成功了
在一块板上集成了好几颗锗晶体管，性能还算不错
这就是集成电路的启程之源
很滑稽，很好玩
突然想起初中学抛物线时，一哥们指着尿出的弧线，大喜，原来抛物线可以这样画出来
有点异曲同工
集成概念一出，第二位神厨随即出现了，名曰：罗伯特·诺伊斯，江湖号称：硅霸王
帅气的外表下面，有一颗优秀的心，后续他的一系列开挂的人生值得大家学习学习
后面再谈
是他，发明了硅材料的集成 电路，是他，是他，就是他
这是一个开创一个时代的创举
不知道 “硅谷” 的由来，与之有没有关系，大概是有关系的
这时候上面那个秃顶青年发现外面的世界这么精彩，也耐不住寂寞了
不甘心 “一个人、一把椅子、一个实验室”，开始往外看了
于是乎，肖先生成立了一个 “半导体中心”，号称建立晶体管帝国，因此，真正的主角开始纷纷登场
这八个青年从各地慕名而来，都准备着为了芯片事业成为秃顶先生
大家在一块摸打滚爬，经过一段时间的努力，估计蜜月都还没过完呢
无奈肖先生能发明晶体管，但不擅长管理团队，是个合格的工程师，但不是个合格的项目经理
八大仙人很快就背叛了肖先生的半导体中心，这令肖先生很是生气，于是送了他们一个雅号 “八大叛徒”
八大仙人也很无辜，跟着你难以发挥自身的价值，只能借口：由于个人职业规划的原因，离开了
后来这八个大仙团入到了一个摄影小公司，经过他们的神操作改造
硬是把这个以摄影为主业的小店面搞成了以生产芯片为主营业务的大公司
这个小摄影公司发展成为了半导体之祖，也就是 “仙童”
据说硅谷就是在它的基础上发展起来的
从八大仙的角度来讲，平台还真是很重要
如果继续在中心，只能天天找别扭，估计干不出什么像样的事
找了个朝阳的小平台，就好像汽车上安装了个火箭的发动机，飞速搞起来了
后来，大仙们的能量不断发酵，一个仙童已经 无法容纳下这么大的能量了
于是乎，八大仙开始分封到各地，逐渐成为独挡一面的诸侯
帅气的诺伊斯 和 摩尔， 成立了大名顶顶的英特尔
杰里-桑德斯成为了AMD
鲍勃-韦勒和查尔斯进入了体制内，进入国家队——国家半导体公司
上面这个 摩尔， 就是发明半导体界第一定律的那个 摩尔
看来谁都不可能随随便便成功，有硬货是成功的必要条件
至此，半导体界的格局基本形成了，母体-仙童完成了孵化升级
后来的另一个大神，乔布斯评价：仙童半导体公司就像个成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。
这么多牛 X 的人物其实一直在围绕着这个小东西作文章，而且付出了毕生的心血
真是物贵不在其大，而在其精啊
有点像一位大师说过的：大学不在于造大楼，而在于造大师
包子有肉还真不在褶上
无处不在的芯片
手指上的那个小东西，经过一代又一代的发展迭代
不断往信息技术产业渗透，到目前为止，这小东西 独自支撑起 "高、精、尖" 科技的大半个江山
它的身影可以在各行各业可见，关键的是还不可替代
在上面的这些行业里，只要这小家伙一罢 工，基本整个行业就得停工
这和人的价值是一样一样的，当你成长为不可替代的存在时，你的价值才真正的开始体现出来
手机基本人手一部了，甚至多部，在这个家伙里面承载着数十颗芯片
基带信息处理的芯片、射频链路的芯片、电源控制芯片、图像处理芯片等等等等
一切的应用 APP 都离不了芯片的处理，只要手机开机就必须得有芯片的运行
否则，手机连一个电话都打不出去
这个捆绑够紧密的吧
前面那个占地 170 平方的大家伙如今已经成功瘦身为小巧玲珑的本本
在这个本子里有比手机更多、更精密的芯片模块
每天与我们打交道的计算机可以说是世界上少有的精密设备了
一个 CPU 的制造就要经过数百道精密工序，那真不是有力气就能够造出来的
最主要的部件还是 芯片
数控机床是现代工业的基础，很难想象没有数控机床的工厂是怎么样完成生产的
这每台大家伙里，最最重要的其实就是里面的那几颗控制芯片
在那几颗芯片的指令下，机床才能够顺利地准确切割和精确组装
芯片在汽车行业的作用就更加突显了
今年以来，受限芯片生产企业的出货量变少，汽车行业的产量被极大缩水
有的汽车居然开始涨价了，这真是个黑天鹅事件
有的车企甚至因为缺芯而停产了，涨价也买不到
看来发动机再好也没用，没有这小东西，发动机也得乖乖的熄火
没有那颗小东西，相关的行业就得停产
这句最土的话，却概括了它最大的价值
芯片，已经走进人们生活的方方面面，从工业生产、交通、生活，无处不在，而又无所不能
电视机上也有那么数颗芯片，控制着高精画面和高保真语音
没有芯片的支持，电视就只能黑屏
冰箱的温控和自适应调温，电源控制模块也是在芯片的指令下工作的
上面这位也是一样的，越来越智能的背后，都是芯片在帮人们思考和决策
哪有岁月静好，只不过有人在替你负重前行
把衣服往里面一扔就完事了，其实在背后是芯片在帮你决策什么衣物洗的程度、洗的时间、洗衣液的数量等
就连吃饭的家伙也是受芯片支配的，你选择不同的功能时
是芯片读懂了你的意思，然后以指令的方式指导着电磁炉按照你的意思工作
没有芯片，恐怕你是无法和电磁炉直接对话的
它也就不可能按照你的意思提供适应的温度
每个成形的设备里面都有几颗、十几颗、几十上百颗这样的东西
在有条不紊地极速的处理着一系列的 “0-1”，然后从这些数据流中读懂人们的意图
再把人们的意思转换成指令，来和设备交流
正是它的无处不在，又不可替代，成就了它独一无二的价值
差距何在
谈到差距，先从芯片的生产说起
那一颗毫无重量的重量级芯片居然脱胎于一堆散沙
想不到吧
看似不起眼的东东，在经过精心打磨后也能价值非凡的
先通过特殊手段把沙子提纯，也就是去糟取精的过程
取精到什么程度呢？
硅的含量得99.9999。。。%以上
反正是越纯越好，就这一步基本就没有几家能做了，PK 掉大部分公司
然后再用提纯后的硅去作晶圆，然后就是下面的这一系列操作了
专业性太强，这里不大话了，只要知道这个过程很雕，世界上没几个公司能干就 OK 了
反正目前在制造芯片上，我大中华还差一些意思
被 “卡脖子”制裁的就是在这个环节上，因为我们搞不了，这就是我们的七寸
被别人拿捏的死死的
当然大中华的芯片设计能力还是不错的
有点纸上谈兵的感觉呢
经过上面的这一系列的处理过程，路才算走了一半，也就是刚打完了地基
然后，就是在这个地基上盖房子了，芯片内部的三维模样，像不像个建设中的宫殿？
每一个梁子，每一道沟都是经过精心设计并论证了的
这只是一个简要的示意图，真实的芯片内部结构远比这个复杂
想象在指甲大小的薄片上，盖成千上万座故宫会是什么样子，其复杂程度可想而知了吧
后面还需要一系列的神操作，才能成为下面的这个样子，只有成这个样子了，通电才能处理数据
把上面的这家伙再和其他的元器件连起来就形成下面的电路板子了
也就是我们拆开设备后能看到的样子
芯片就是站 C 位的最亮的那颗星
板子上几乎所有的模块都与这颗最亮的星链接着，形成一条条高速公路
看着和每个芯片链接的高速网络系统
是不是有种 “条条大路通罗马” 的感觉
芯片就是这个罗马城堡，是整个系统的中枢神经，功能上类似于每个人的大脑
再回到对 “罗马” 的制造过程
对 C 位主角的制造过程精密而复杂，多达几百道工序，其中最重要的一道工序就是下面这个工具-光刻机完成的
芯片一般人造不了，制造芯片的工具，一般人更造不了
ASML 这个荷兰公司以造这玩意为生，每年不多造、也造不出来，太复杂了，一年十几台 完事
想买的人排了老长的队伍了，关键是有些连排队的资格都没有，因为被限制了
中芯国际订购了一台价值 1.2 亿美元 的极紫外光刻机
这几乎相当于这家中国大陆最大的芯片加工企业 2017 年的全年利润了
而且这还只是买了个人家不用了的，更先进的，我们是买不到的
在米国的安排下，我们是连排队打饭的资格都没有的
可以认为，就是像光刻机类似的生产工具，严重制约了我们的芯片产业
进而制约着我国高新兴、高精尖的信息产业的发展
外国拿这些工具性的东东，死死的卡位，我们就死死的动弹不了
经济领域受到极大的影响
毫不夸张的讲，在高科技信息产业领域，我们是处于极为被动的位置
再往深处想一想，像航天、网络完全、军事这样的领域
一旦也被外国类似的操作卡位了，我们的危险系数会变得多大？
细思极恐
所以，在高科技这条路上，我们任重而道远
总书记多次提到，一定要重视自主研发，创新不问出身
因为核心技术是买不来的，更是化缘化不来的，只能由自己切实的搞研发去掌握
能引起总书记重视的问题，不可谓不大了吧
这就是芯片问题的本质和我们的处境，以及我国研发核心技术的志向
前方的路
大中华正处于 “缺心少魂” 的被动处境中，也就是硬件、软件均处于弱势 的状态
硬件缺心：缺少芯片的生产制造能力
软件少魂：缺少通用及专用操作系统
中国生产全世界 80% 以上的手机，90% 以上的电脑
能量不可谓不大，但也仅仅是 “代工”，利润薄的几乎透明， 仍然是几亿件衬衫的利润换一架飞机的状态
从计算机角度来讲，主流设备还是以英特尔的 ARM 结构为主的硬件框架 + 以微软为主的 Windows系统搭配的 Wintel 架构
虽然几乎全世界的电脑都由中国生产，但是在这两个核心技术面，大中华没有丝毫发言权
不掌握核心技术，只能是处于利润的最低端
一部手机中最关键的核心部件也基本是进口来的，我们作为组装的角色
5G 通信系统，中国在世界上的话语权越来越大，不管是民用通信、还是工业互联的物联网络，都取得了突破性进展
但是核心部件的缺失和软件系统 的不成熟，仍然导致我们无法建立起产业生态
因为，中间这颗东西仍然是处于和西方隔几代的差距
总结起来，根本问题在于：
基础理论研究较西方更落后，以前我们更擅长于照猫画虎的引用过来，作山寨，学标不学本不可持续
缺乏持续的用力。类似于芯片是投资多、周期长、风险大的产业，看不到及时的回报，就丧失了继续投入的动力
关键性创新人才的缺失。没有形成完备的创新体系，没有大量的创新型人才。因此，只作从 1 到 2 的修补工作，少有作从 0 到 1 的开创工作
开源不够，思路闭塞。开源才能焕发大众的创新，只有大家都参与 才能更有创新生机。但是在国内几乎不成立，有了好东西是不会分享的，生怕别人学了去
在这种被动情况下，我们走了很远一段路了，也曾不断的探索破茧之路
曾经试图 “以市场换技术”，但往往的结果是市场被别人占去了，真正的核心技术没有引进来
曾经试图 “以租代造、以买代造”，但结果是命门掌握到别人的手里去了
“引进，消化，吸收，创新” 这条路本没有问题，但核心技术不能完全靠引进
所以，总书记讲：核心技术靠化缘是要不来的
我们只有踏下心去，坚定坐冷板凳的决心，持续的投入研发
或者也就这条路了
当今时代下，任何一个产品或者模式的成功不再是我们追求的目标，我们想要的是一个生态
一个这样的生态：自主研发的底层硬件和软件系统搭配，在这个基础之上搭载各类功能应用，以应用反过来促进底层基础设施的演进
一个良性循环的产业生态固然重要，但是罗马并非一日建成的
在核心零件的研发上，近年大陆出现了众多的独角兽，规划以 “弯道超车” 的模式搞的 AI 芯片就是典型
试图通过搭载人工智能、神经网络算法，从根本上改变原有芯片的模式，走出一条自己的产品之路
也取得了不少的成绩，但是也注定是一条荆棘丛生的路
革命尚未成功，同志仍需努力吧
小结
回顾台湾、韩国、日本的芯片发展之路，每一个走的都是筚路蓝缕
但从其杀出的一条条血路的经验中，背后无不有着国家的意志
相比，我们更有两种优势：
制度优势，能集中力量办大事
市场优势，任何先进技术丢掉了市场也就成了无水之源了
所以，对于芯片产业的发展，目前差距较远，但是行将必至
别人几十年积累下来的核心技术，我们不奢望三、两年追赶上，但会、而且应该一直在追赶的路上
外国的高压制裁下，我们的产业链会崩吗？
我觉得不会，他们的目的是企图把高精尖的技术主导权抓在自己手里，不会把整个产业链都扼杀掉
否则，丢了市场，技术便无用武之地了，不也就没有什么意义了吗？
本期聊到这
