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芯片行业观察----《芯片战争》读书笔记

来源:kaiyunty    发布时间:2024-05-06 17:42:52

  我们将有关地区安全,政治等等相关的内容和观点从读书笔记中剔除。仅仅从技术,产业的角度来记录《芯片战争》这本书中的内容。

  引用书中的内容:“一个典型的芯片可能是由美国加利福尼亚州和以色列的一个工程师团队,使用美国的设计软件,采用日本软银旗下英国ARM公司的IP(知识产权)来设计;设计完成后,它被送到中国台湾的一家工厂,该工厂从日本购买超纯硅片和专用气体,采用世界上最精密的,并能蚀刻,沉积和测量几层原子的加工设施来制造。这些加工设施主要由五家公司生产,一家荷兰公司,一家日本公司和三家美国加利福尼亚州公司。然后,芯片通常在东南亚进行封装和测试,然后被送往中国组装成手机或电脑。”

  我们可以清楚的认识到,芯片产业链不如传统产业每个环节都拥有众多的,可替代的,潜在供应商。纯硅片的制备,光刻机,光刻胶,流片,封装,验收这些环节的关键技术都被一家或者几家企业所垄断。

  引申思考:全世界来看,为什么没有能够在产业链的所有的环节形成竞争和技术扩散?

  通过对芯片产业链的了解,我们显而易见,芯片产业是一个集成了化工/精密制造/光学/计算机辅助等多个领域高精技术的集合体。

  企业在技术方面的不断投入,积累并促成技术的不断迭代最终成就了少数企业在芯片行业关键生产环节的垄断地位。

  从芯片行业的发展过程来看,芯片产业是一个高投入/高风险,经历过充分竞争的行业。能站在芯片产业中并拥有垄断地位的企业都是通过不断的创新从千军万马之中杀出的具有优良基因的企业。

  1945年,二战末期对于计算机技术在军事领域的需求,计算机的出现让人们开始深入研究逻辑计算的先进方法。

  1945年,威廉.肖克利《半导体中的电子与空穴》的发表,半导体的“电流放大效应被发现”。《半导体中的电子与空穴》为半导体技术,集体管制造技术,乃至以后的集成电路制造技术,芯片制造技术提供了理论基础。

  1959~1965 在冷战和太空竞赛的推动下,集成电路处理器依赖军事需求快速发展。

  1961年台积电创始人张忠谋加入TI。这一时期的光刻技术还处于摸索阶段,对于覆膜,光刻胶,工艺的研究才起步。怎么样提高光刻技术生产集成电路的可靠性和成品率是当时最主要的挑战。大量的实验和理论积累是这一时期最主要的工作。

  1963年安迪.格鲁夫加入TI为提高早期光刻生产的基本工艺的可靠性做出巨大贡献。经由众人的共同努力,光刻生产芯片实现了规模化,标准化;为大规模生产和供应市场提供了基础。人们开始注意到芯片在民用市场的巨大潜力。

  同一时间,苏联也在半导体芯片领域发力。以复制美国芯片制造技术为出发点。苏联政府采用多种手段获取美国芯片制造技术,但是并没有可以获取美国芯片制造技术细节和工程实施方法,不知道是因为只关注了理论还是因为所需要的信息量巨大无法通过非正常手段获取而没有可以在一定程度上完成与美国相同的芯片生产能力。

  民用市场的巨大潜力和美好的前景让芯片生产技术快速的提升。摩尔定律慢慢的开始发挥它的魔力。只关注现存技术,没有在芯片技术发展中进行持续投入,没有对芯片产业依赖领域的创新,注定了苏联在芯片产业上复制战略的失败。

  从投入来看,苏联对芯片产业的投入只集中在芯片生产的某些单一环节,而不进行全产业的发展投入也是其注定失败的关键因素。

  1964年,在美国将日本纳入自身产业环境,四月Sony创立。很快在半导体领域日本与美国就形成了共生关系,美国负责生产,研发,日本负责为产品找到应用场景并生产半导体消费产品。

  1968年,仙童的创世成员中的两位离开仙童,创立英特尔。英特尔在通用逻辑运算芯片与DRAM发力。

  总结:在芯片产业高质量发展的前期,安迪.格鲁和张忠谋的努力对于芯片生产技术提高成品率和量产效率起着至关重要的作用。他们的重要之处不在于发现了新的理论和方法,而在于将理论推向了现实,大大推动了芯片制造技术的工业化进程。

  随着越战的结束,美国将东南亚国家纳入芯片产业链中实现与盟友的经济捆绑,这也是其冷战后东南亚区域战略中最重要也是最成功的部分。

  20世纪80年代,日本的半导体产业依托消费类电子科技类产品积累的财富,不断加大对半导体技术的投入。通过深耕技术/不停地改进革新/快速积累,日本在半导体行业已能与美国分庭抗礼。

  在日美半导体产业竞争的过程中也存在着,间谍,政府补助,地方保护主义等等的问题。虽然有着各种纠纷,日本与美国还是保持着协商,竞争发展的关系。日本企业在半导体领域的持续不停地改进革新,让美国半导体行业倍感压力。这些来自外部的压力在促进美国本土半导体公司发展起到了至关重要的作用,同样也促进了整个半导体行业的发展。

  在这一时期,标志性的事件要数尼康实现了光刻机的投产,并且超越了“傲慢”/“反应迟钝”/“管理企业混乱”的GCA成为了光刻机的最大供应商。此时的日本不仅仅在半导体行业,在汽车制造/冶金/化工等等很多领域都全面超越了美国。依托产业大发展,日本的经济也快速腾飞。

  虽然美国政府通过关税,贸易限额等手段限制了日本企业在美国本土获取更大的利润,但是这些手段并没有让美国企业在竞争中改变自身的劣势地位。

  为了挽救美国本土的半导体产业,五角大楼与半导体制造商联盟创办了Sematech财团,试图从资金和技术投入上挽回美国半导体产业的颓势。其中最受关注的是Sematech财团对美国光刻机制造企业GCA的长期投入。资金和技术上的投入并没改变GCA混乱的管理,这些投入并没有转化为创造新兴事物的能力,最终GCA还是在与其他光刻机制造厂商的竞争中关门大吉。

  此时,美国人才明白过来,日本半导体产业超越美国半导体产业的核心动力是日本人并没有“复制”美国的半导体产业,而是在半导体领域不断的“创新”。

  在美国半导体产业举步维艰,愁云惨淡的时候。一个卖土豆的人,辛普劳开始将现代企业管理和生产制造理论带入芯片制造公司--美光。现代企业管理,生产理论的引入,使得美光简化了生产流程,控制生产所带来的成本,降低企业运行成本。最终让美光在与日本企业的竞争中生存下来。

  在美日芯片产业刺刀见红的时候,韩国成了这场竞争最大受益者,美国向韩国开放了半导体市场的同时还将美国国内倒闭的企业大量的转移到韩国并进行了技术扶持,由此韩国成为半导体产业的重要基地。

  1990年爆发的海湾战争让人们惊叹的发现,芯片对于战争的革命性改变。随着标志性事件的发生,芯片技术开始渗透我们正常的生活的方方面面。

  时间来到了20世纪90年代,错失个人电脑市场的日本半导体产业在刺破的经济泡沫下开始走下坡路。美国的半导体企业在更科学的企业管理,更多的技术创新的支持下,让硅谷成为冷战结束后全球半导体产业真正的赢家。

  在冷战之后,“全球化”战略让台湾的芯片产业迎来了机会。台湾是有芯片产业基础的,不仅TI很早就已经在台湾建厂,融入美国芯片产业链,还有对芯片制造产业上上下下都无比了解和精通的—张忠谋。

  台湾官员李国鼎无比清醒的认识到芯片产业对于台湾发展的重要性,用尽全力推动芯片产业在台湾落地,生根。

  随着芯片在更多的领域被大范围的应用,芯片产业将设计与制造分离开,芯片行业的分工开始步入细分赛道。张忠谋结合自己优势和行业发展的新趋势,为台积电制定了专注于芯片代工/生产的发展趋势,并在此领域快速地发展起来。同一时期专注于芯片设计的高通等企业也开始崭露头角。

  2000~2006年,芯片设计方法和技术获得了大发展,以赛灵思和阿尔特拉为代表的公司开始向市场提供更便捷的芯片设计,验证开发方案。

  随着芯片技术的发展传统2D晶体管设计已经没办法抑制电子隧穿(基极太薄使电子运动无法控制)。

  由此3D晶体管技术FinFET进入人们的视野。(这部分其实没太明白,我的理解是新的技术需要在不增加晶体管面积的情况下制造出结构更复杂的晶体管以电势能涵道控制电子的运行轨迹。)这项芯片制造技术依赖更先进的光刻技术和设备。EUV光刻机成为芯片行业竞争的关键,同样因为EUV技术的复杂性,芯片设计,检验,仿真,生产辅助软件的使用成为芯片制造领域不可或缺的方法和工具。

  同样因为技术发展已经让芯片制造技术达到了一个令人发指的复杂程度,制造芯片的原料,工艺都一定要满足极高的要求。当这些技术指标达到一定的高度时就成为了技术门槛,正是这些门槛的存在,使得芯片制造产业链上的企业逐步的垄断了所在的领域。

  中国芯片行业发展的最核心问题是:本土创新不足;全面依赖外国半导体技术和企业。作者核心思想就是中国的“大基金“发展的策略,不是融合而是尝试替代,不切合和实际的同时也没有脚踏实地。最致命的是这种大战略出于于政治目标而不是市场目标,这样的目标没办法保证产业的长期健康发展。时至今日,深圳大批芯片公司的倒闭似乎已经说明了一切。美国公司并不排除与中国企业合作开发芯片。例如:IBM,高通都曾与中国企业深度合作。ARM也同样在中国大陆建有办事处。但是当芯片与安全战略挂钩时,事情变的复杂和无法控制;在非纯粹的“商业”背景下,自己不断强调的安全战略开始反噬中国大陆部分芯片企业。

  在中国的芯片行业,最缺乏的就是创新精神和创造新兴事物的能力。对于微小改进的不重视,对于工程师群体的不重视,决策大于实干,缺乏科学的工程实施方法论,都是扼杀创新的原因。你能想象当我搜索《工程学实施方法》的时候只有教人如何建房子的书吗?从理论到实践即便短期大量的投入可以“买来”芯片制造的部分技术,能力;随着产业高质量发展和行业竞争,为数不多的成果只能是昙花一现。