导读
芯片产业链的每一段，都耸立着几座高山，就是现在的巨头企业。这些高山是否能够翻越？如果你不知道它们是怎么来的，好像自古以来它们就戳在那里，那么你肯定会恐惧。但如果你知道它们的来龙去脉，那么你立刻就会有信心翻越了。
自从中美贸易战以来，大家都知道了，芯片是美国对中国施压最重要的手段。相比之下，关税之类的都是毛毛雨了。在形势的逼迫下，中国不得不向芯片的整个产业链发起冲击。大多数人都理解这是唯一的选择，但对于前景如何，仍然是心里没底。最近，我的两位朋友、IT专家陶卓彬和汪涛写了几篇深入分析的文章，对此给出了相当积极的回答。最重要的是，他们不是在喊口号，而是指出了很多技术性的原理。下面，我就来跟大家分享一下。芯片产业链的每一段，都耸立着几座高山，就是现在的巨头企业。这些高山是否能够翻越？如果你不知道它们是怎么来的，好像自古以来它们就戳在那里，那么你肯定会恐惧。但如果你知道它们的来龙去脉，那么你立刻就会有信心翻越了。例如，许多人都知道，中国最弱的一环叫做光刻机，而全世界的高端光刻机都垄断在一家企业手里，叫做ASML。
ASML
下面，有意思的问题来了：ASML是怎么达到垄断地位的？绝大多数厂商认为，这需要将光刻机的光源波长从193纳米，缩短到157纳米。他们投入了巨资研发，但进展缓慢。台积电却独辟蹊径。他们的研发副总经理林本坚博士指出：水的折射率大于1，所以只要把透镜和硅片之间的介质从空气换成水，也就是浸在水里光刻，就可以把193纳米的波长缩到比157纳米还要短！这个方法，就叫做浸润式光刻。
浸润式光刻
林本坚是世界顶尖的光刻专家，他的这个建议，是相当有希望的。
林本坚获得2018年未来科学大奖数学与计算机科学奖
但是尼康和佳能等巨头都不愿意干。如果中途更换跑道，那已经花费在157纳米光源上的巨额投资怎么办？用经济学术语说，这就叫做“路径依赖”。于是乎，只有一家小厂商愿意尝试林本坚的方法。这家小厂商来自荷兰，叫做先进半导体材料光刻公司（Advanced Semiconductor Material Lithography），简称ASML。是的，ASML就是这样走到历史前台的。2004年，台积电和ASML联合开发出了第一台浸润式光刻机，这给双方都带来了巨大的收益。ASML对尼康、佳能进行了降维打击，只用了5年，就把它们打成了边缘厂商。台积电拿下了2004年全球一半的芯片代工订单，一跃成为了世界第一大代工厂。
台积电在关键制程技术的演进
此后，ASML把台积电、英特尔、三星等巨头都拉来入股，建立起了自己独一无二的地位。在这个故事中最有趣的是，ASML从知道有浸润式光刻这个技术，到立项，到开发出产品，总共花了多少时间呢？第一场，硅锗材料之战。第二场，集成电路工艺之战。第三场，CPU架构之战。第四场，美国与日本芯片企业的生死之战。第五场，先进制程之战。第六场，新产品与新地域的新兴市场之战。
世界上第一支晶体管与晶体管的三位发明人（左：巴丁，中：肖克利，右：布拉顿）
在这些战争中，赢家包括德州仪器、仙童、英特尔、IBM、微软、台积电、ASML、苹果、三星、华为等等，输家包括贝尔实验室、仙童、IBM、AMD、日立、NEC、富士通、三菱、东芝、尼康、佳能、英特尔、微软等等。
创建仙童半导体的“八叛逆”。从左至右依次为：摩尔、罗伯茨、克莱纳、诺伊斯、格里尼克、布兰克、赫尔尼和拉斯特
有趣的是，仙童、IBM、英特尔、微软等既出现在赢家中，也出现在输家中。这充分表现出这个行业竞争之激烈，洗牌之快。这令人想起地质学中的造山运动（珠峰：你一生的故事 | 星球科学评论），以及陈胜、吴广的名言：王侯将相，宁有种乎！摩尔定律决定了，每过一两年，芯片企业的决策者就要面临艰巨的抉择。就像电影里的拆弹专家一样，要选择剪红线还是剪蓝线，选错了就会被炸上天。
图左为基尔比与他的锗基集成电路，图右为诺伊斯与他的硅基集成电路
前面讲的浸润式光刻的故事，就是一个典型的例子。荷兰作为一个蕞尔小国，能取得这么大的成功，有赖于他们几百年来鼓励创新的体制，以及在光刻仿真软件与光学镜头等软硬件方面的深厚积累。后面将会讲到，中国现在有很多强大的潜在优势。但科技体制与产业环境是我们的短板，如果我们不能克服这些短板，那么再多的优势都发挥不出来。甚至在政府干预这个看起来好像中国的看家本领的地方，我们也有不少可以向外国学习的。例如，一般宣传都说美国是自由市场体制，但其实美国政府对芯片业的干预并不少，而且很成功。
日本通产省工业技术院电气试验所骨干成员，左二为垂井康夫
美国产业界估计，到九十年代初期，美国的国际市场份额可能会从70%跌到30%以下。在此背景下，美国政府和企业开始行动。
1987年，美国众议员Helen Delich Bentley（中间女士）等人在国会山台阶上砸东芝收音机
1986年，占美国半导体产业80%的14家企业成立了美国半导体制造技术联盟（Semiconductor Manufacturing Technology，简称Sematech）。
Sematech之父Charlie Sporck
美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，简称DARPA）给它每年一亿美元，占它总预算的一半，还深度参与了它的组织管理（30年前美国半导体产业那次传奇的复兴）。
顾小徐文章对美国政府在Sematech中作用的总结
到九十年代中期，日本的挑战已经完全被打下去了。这其中，美国产业政策发挥的作用是值得我们研究学习的。日本芯片企业挑战美国失败，刚才说的美国产业政策是原因之一，更大的原因是日本的综合国力跟美国相差太远。当时美国对日本施压的手段包括：宣布日本的半导体倾销，威胁美国的国家安全；要求日本开放市场；对日本产品征收100%关税；否决富士通收购仙童公司；以窃取IBM的技术为由，逮捕了日立6名高管；指控东芝向苏联出口精密机床等等。是不是很眼熟啊？美国的这些操作可以奏效，前提是日本不是个主权独立国家，国土上有美国驻军，市场也依赖美国，所以没法跟美国斗。了解了这些历史和经验，我们就可以回答基本问题了：为什么我们能赢？ 从历史可以知道，美国这次对中国的打压，跟八九十年代对日本的打压是一脉相承的。美国现在跟中国谈判的首席贸易代表莱特希泽（Robert Lighthizer），就是八十年代跟日本贸易战时的副代表。美国的心思显然是：一二三四，再来一次！
莱特希泽与刘鹤
但时代已经变了。现在的中国远远强于当年的日本，有不少潜在的巨大优势。只要我们打破限制，把这些优势发挥出来，就完全可以战胜美国。例如2018年，中国手机、计算机和彩电这些消耗芯片的大户，产量分别为18亿、3亿、2亿，占全世界的90%、90%和70%以上（中美科技大决战(下)——战略决战（二）芯片制造之淮海战役 | 汪涛）。据世界半导体贸易统计协会（WSTS）统计，2018年全球芯片总销量为10045亿颗。其中中国进口4175.67亿，中国自产自销1852.6亿，合计为6028.27亿，占全球的60%。很多人一说起中国对抗发达国家，就害怕得不得了，感到弱小、孤单又无助。实际上有一个基本面，就是人口的对比（中美科技大决战 (五) ——战略决战（三）（四）芯片设备材料软件之平津战役和渡江战役）。中国的人口14亿，比欧洲（7.4亿）、北美（美国3.3亿，加拿大0.37亿）、日（1.3亿）韩（0.5亿）、澳大利亚（0.25亿）、以色列（0.08亿）等所有发达国家的人口加起来还要多。所以，只要中国人民的素质提上来，在任何竞争中都会占据压倒性优势。
弱小、可怜又无助
有个笑话是，长官命令一个士兵包围一群敌人。但在中国对其他发达国家的竞争中，确实是中国一家包围他们所有人！中国繁荣的市场，激励着企业不断创新。例如，中国的手机大品牌是世界最多的，它们每年发布最多的新款，率先实现大量的新功能。中国现在的创新，大多还在应用层面。不过从历史看来，中国现在与美国的二战之前非常相似，可能在某个历史机遇时就一飞冲天。有一家企业叫做光威复材，现在中国的航天、军舰、导弹以及歼-10、歼-20、运-20飞机等军用领域，70%的碳纤维都是这家公司生产的。这么高科技的企业，它的创始人想必是名校博士吧？完全不是！它的创始人只有初中学历，是一位村支书，叫做陈光威（1942 - 2017）。
陈光威
光威集团最初只是一个濒临破产的乡镇企业——威海石化科研器材厂。1987年，陈光威接手后开始生产碳纤维钓鱼竿，把这个产品做到了全球70%的份额。1998年，陈光威建设了国内首条宽幅碳纤维预浸料生产线。2002年，上马碳纤维研发项目。2004年，T300级产品研发成功。2008年，碳纤维关键装备实现国产化。2009年，设立国家工程实验室。2012年，主持起草了碳纤维和碳纤维预浸料的国家标准。然后在2013年，日本对中国封锁高模量的碳纤维，光威这个备胎很快就顶上来了。
2019年6月28日汪涛在威海参加“2019高性能纤维及复合材料产业创新发展会议”上获得的资料1
2019年6月28日汪涛在威海参加“2019高性能纤维及复合材料产业创新发展会议”上获得的资料2
这个惊人的故事说明，只要有充分的需求，无论看起来多么高大上的技术，都会有人去攻克！美国现在所谓的盟友，不见得真的愿意为美国火中取栗。例如美国无数次地要求盟友修理华为，但应者寥寥。基本的原因在于，当老大需要胡萝卜与大棒并举。而美国现在是没有胡萝卜只有大棒，只逼迫小弟去“让美国再次伟大”，不给人家好处，那人家干吗要听你的？100块钱都不给我，这怎么能行呢？通过团结世界，我们可以击破美国让中国与世界脱钩的妄想。最终与世界脱钩的将不是中国，而是美国。中国具有世界上最完整的产业链，所以中国跟日、韩、台湾都不一样，不是找一个重点领域去突破，打造局部优势，而是——我全都要！
我全都要
例如在芯片设计方面，有华为海思、紫光展锐、兆易创新、汇顶科技等。在晶圆制造方面，有中芯国际、华虹半导体、华力微电子等。在芯片封测方面，有长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技等（中国芯能否登顶？从芯片产业发展史找答案 | 跟陶叔学编程）。各个领域这么多企业内部联动，共渡难关，已经完全可行了，大家可以集体向上走。
国内半导体产业链相关公司
在任何一个领域，有成熟的供应商时，让客户更换供应商都很困难。买新厂家的，出了毛病怎么办？采购人员都要首先考虑责任问题以及跟原有客户的关系。所以，如果没有特别的原因，新的企业是很难进入市场的。而特别的原因，可能有下面几种：所以，不要因为一个领域只有极少数的巨头，就以为别人不能做，其实掌握技术的企业可能有很多。一旦领先者主动让出市场，立刻就会有大量的替代者冒出来，他们早就在等待这样的机会了。有一个戏剧性的例子，是2019年的日本对韩国禁售半导体原材料。当时网上一片“厉害了日本”的声音，很多人用“令人绝望”、“令人窒息”这样的说法来描述日本的绝对优势。例如，电子级氢氟酸韩国是100%从日本进口的，这确实“令人窒息”。
当时流行的标题
例如，中国的滨化集团就生产电子级氢氟酸。滨化集团的产品质量原本不如日本，但日本封锁后，韩国这个大市场就推动其产品质量快速提升。又如，日本的光刻胶巨头东京应化工业在韩国有生产基地，它帮助韩国一起应对日本的封锁。
滨化集团（http://www.befar.com/index.html）
所以，日本的封锁只维持了一个月。7月1日宣布制裁，8月8日就宣布恢复供应。此后日本又多次向韩国示好，但覆水难收，恶果已经呈现。很多人只猜中了开头，没有猜中这个结局。下次大家在说某个封锁“令人绝望”、“令人窒息”的时候，就可以多想想，绝望和窒息的到底是谁？汪涛指出的另外一点是，由于中国有巨量的人口，所以中国企业首先倾向于去做市场规模很大的产品。即使价格便宜，但总的利润高。而市场规模小、技术难度高的产品，做起来可能很不划算，所以就不去做了。前几年的圆珠笔芯，就是一个著名的例子。光刻机也是一个典型的例子。ASML占据了全球100%的极紫外（EUV）光刻机市场，可是出货量在2018和2019两年总共只有44台。就算单价上天，利润又能有多少？
太钢造出圆珠笔笔尖钢（http://www.tisco.com.cn/meitikantaigang/20170112085431721406.html）
所以一般情况下，中国人没有兴趣去搞这种产品。但如果硬逼着中国不得不搞，那就没什么干不出来的。不仅搞出极紫外光刻机，甚至把更上游的原配件全干光也不在话下。作为反面的例子，中国的汽车行业是市场换技术最不成功的一个领域。但同时，汽车也是国内外市场生态所谓“最和谐”的一个领域。国内外公司的利益捆梆在了一起，使得国内很多人不喜欢甚至坚决反对自主创新。这种内外勾结的利益格局，想要打破是极为困难的。所以我们应该感谢特朗普。如果没有他对中国科技持续的封锁，打破利益格局，我们许多潜藏的能力根本没有发挥的机会！美国现在是一方面逼迫中国企业弃用美国技术，一方面主动让出市场。这样的一次教育，效果比领导喊话几十年都好。当我们的企业摆脱对外依赖，形成自主的技术体系，最终成为新的世界创新源头，就是我们胜利之时。前面谈的大都是战略层面的问题，下面我们来谈一些战术层面的问题，即中国芯片业如何达到国际领先。一要紧追现有技术。摩尔定律在逼近极限，先进制程的发展在减慢，这是我们的机会。
从平面场效应管到FinFET再到GAAFET的演变
半导体材料性能对比
彭练矛与张志勇研究组在《科学》杂志的论文
潘建伟和陆朝阳等人关于用玻色子取样寻求实现量子霸权的文章
三要不拘一格降人才。我们的人才可以来自国内培养，可以来自海外引进，也可以在全球建立研发基地，直接利用外国人才。许多媒体喜欢用“造出中国芯”这样的说法，但其实我们应该有全球的胸怀，我们是要为全人类造福，不是仅仅为了自己！站稳制高点，才能高屋建瓴，势如破竹。最后，欢迎大家关注我们的账号“科技袁人”。毛泽东有一句名言：“战争的伟力之最深厚的根源，存在于民众之中。”发挥出世界人民的力量，我们就必将胜利！
背景简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。