《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》第一部分：迫擊炮和規模生產

《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。

迫擊炮和規模生產

1958年9月1日，杰伊·萊思羅普駛入TI的停車場，開始他第一天的工作。 此時，杰克·基爾比在TI的實驗室里度過的對未來有重大影響的夏日假期快要結束了。萊思羅普從麻省理工學院畢業后，與羅伯特·諾伊斯共事過。他曾在美國政府實驗室工作，負責設計一種近炸引信，使81毫米迫擊炮彈能夠在目標上方自動引爆。和仙童的工程師一樣，他也在努力研制臺面晶體管，但事實證明，這種晶體管很難小型化。

現有的制造工藝包括在半導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。

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

萊思羅普用柯達的光刻膠涂在一塊鍺上。接下來，他將顯微鏡顛倒過來，用一個矩形圖案覆蓋目鏡，這樣光線就只能穿過一個矩形區域。

光線通過目鏡照射矩形圖案，當光線通過物鏡聚焦到光刻膠涂層的鍺上時，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。

當光線照射到光刻膠層時，化學結構發生了改變，使其顯影時能被溶解，留下一個比任何一團手工蠟都要小得多的矩形小孔，其形狀也更精確。很快，萊思羅普發現他也可以通過添加一層超薄的鋁，將鍺與外部電源連接起來，從而印出“電線”。

萊思羅普稱這一過程為光刻。他生產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。光刻技術使人們可以構想大規模生產微型晶體管。1957年，萊思羅普申請了這項技術的專利。隨著軍樂隊的演奏，軍方為他的工作頒發了一枚獎章，并給了他25000美元的獎金，他用這筆獎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到，萊思羅普的光刻工藝比美國陸軍給他的25000美元獎金要值錢得多。“民兵II號”導彈計劃需要數千塊集成電路，阿波羅太空船需要數萬塊集成電路。而光和光刻膠可以解決大規模生產問題，以手工焊接導線無法解決的方式實現芯片制造的機械化和小型化。

在TI實施萊思羅普的光刻工藝需要新材料和新工藝。柯達的光刻膠純度不足以保證大規模生產，因此TI自己購買了離心機，并對柯達提供的化學品進行再加工。萊思羅普乘坐火車在美國各地尋找“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體晶圓上。他最終得出結論，現有掩模公司的產品都沒有足夠的精度，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范圍。因此，TI也開始自己生產硅片。

當一切都標準化時，大規模生產才有效。通用汽車公司能夠將許多標準的汽車零件用于所有從裝配線上下線的雪佛蘭。在半導體方面，像TI這樣的公司，缺少可檢測出制造集成電路的原料是否符合標準的工具。化學品中含有當時無法檢測到的雜質，溫度和壓力的細微變化可能會引起意外的化學反應，投射光線的掩模可能被灰塵顆粒污染，一點點雜質就可能使整批產品報廢。唯一的改進方法是反復試驗，TI組織了數千次實驗來評估不同溫度與化學物質組合對生產工藝的影響。基爾比每周六都在TI的走廊上踱步，檢查工程師的試驗。

TI產品工程師瑪麗·安妮·波特（Mary Anne Potter）花了幾個月時間進行全天候試驗。 波特是第一位獲得得克薩斯理工大學物理學學位的女性，她受雇于TI，以擴大“民兵”導彈的芯片生產規模。她經常上夜班，從晚上11點工作到第二天上午8點，以確保試驗按計劃進行。

收集數據需要數天的試驗。然后，她用滑動尺計算指數和平方根，將結果繪制在圖表上，并對數據進行回歸分析，這一切都依靠手工操作。依靠人類“計算機”處理數字，是一個緩慢、費力、痛苦的過程。

但試錯是TI當時唯一的選擇。

1958年，張忠謀與萊思羅普同期來到TI，負責晶體管的生產線。 自從離開上海，張忠謀先是去了香港，然后又去了波士頓。他被哈佛大學錄取，成為當時大學一年級里唯一的中國學生。在學習莎士比亞文學一年后，張忠謀開始擔心自己的職業前景。“這兒有華裔美國人洗衣店，有華裔美國餐館，”他回憶道，“20世紀50年代初，一個華裔美國人能從事的唯一真正嚴肅的中產階級職業是技術性的。”張忠謀認定機械工程似乎比英國文學更可靠，所以他轉到了麻省理工學院。

畢業后，張忠謀被喜萬年（Sylvania）聘用。喜萬年是一家大型電子公司，在波士頓以外的地方設有工廠。他的任務是提高喜萬年的制造成品率。張忠謀白天熟悉喜萬年的生產工藝，晚上學習肖克利的《半導體中的電子和空穴》（Electrons and Holes in Semiconductors），這本書是早期半導體電子學的“圣經”。在喜萬年工作三年后，張忠謀收到了TI的工作邀請，于是搬到了得克薩斯州的達拉斯。他回憶道，這里是“牛仔之鄉”，是一片以“95美分牛排”為標簽的土地。他負責經營一條用于IBM電腦的晶體管生產線，當時這種晶體管太不可靠了，TI的成品率幾乎為零。幾乎所有產品都有缺陷，會導致電路短路或故障，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工作。到達TI后，他開始系統地調整不同化學物質組合的溫度和壓力，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：“你和他一起工作時必須小心。他坐在那里，吸著煙斗，透過煙霧看著你。”為他工作過的得克薩斯州人認為他“像一個佛陀”。在煙霧的背后，是一個無與倫比的大腦。一位同事回憶道：“他對固體物理學有足夠的了解，足以支配任何人。”他以“強硬的老板”標簽著稱。一名下屬回憶道：“張忠謀對待員工非常苛刻，如果你沒有被張忠謀折磨過，你就沒有在TI工作過。” 不過，張忠謀的方法產生了效果。幾個月內，他的晶體管生產線的成品率躍升至25%。 美國最大的科技公司IBM的高管來到達拉斯研究他的方法。 很快，他被任命為TI整個集成電路業務的負責人。

和張忠謀一樣，諾伊斯和摩爾認為芯片產業的發展沒有止境，只要他們能搞清楚如何大規模生產。諾伊斯意識到，他的麻省理工學院同學萊思羅普發現了一種可以改變晶體管制造業的技術。他在研究生院時曾和他一起爬過新罕布什爾州的山。諾伊斯迅速采取行動，聘請了萊思羅普的實驗室合作伙伴——化學家詹姆斯·納爾來仙童開發光刻技術。諾伊斯解釋道：“除非我們能做到，否則我們的公司就會完蛋。”

仙童的制造工藝由像安迪·格魯夫一樣的生產工程師來改進。格魯夫于1956年逃離匈牙利政府，以難民的身份先抵達紐約，后在加州大學伯克利分校攻讀博士學位。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。但隨著市場對仙童產品的需求增加，該公司突然迫切需要化學工程師。一位公司高管打電話給加州大

學伯克利分校，要求提供化學系最好的學生名單。格魯夫名列榜首，被召喚到帕洛阿爾托與摩爾會面。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業，度過余生。

發明晶體管的諾貝爾獎授予了肖克利、巴丁和布喇頓。基爾比后來因發明了第一個集成電路而獲得諾貝爾獎。如果諾伊斯沒有在62歲時去世，那么他會與基爾比分享這個獎項。這些發明是至關重要的，但光靠科學還不足以建立芯片產業。半導體的傳播既得益于學術物理，也得益于巧妙的制造技術。麻省理工學院和斯坦福大學等學校在發展半導體知識方面發揮了關鍵作用，但芯片產業之所以起飛，是因為這些院校的畢業生花了多年時間優化生產流程，使大規模生產成為可能。正是工程和直覺，以及科學理論，使貝爾實驗室的專利變成了一個改變世界的行業。

肖克利被公認為是他那一代最偉大的理論物理學家之一，他最終放棄了成為富翁和讓自己的名字登上《華爾街日報》的努力。他對晶體管理論的貢獻很重要。但正是那叛逆的八名年輕工程師拋棄了肖克利半導體公司，以及后來在TI的一個類似團體，將肖克利的晶體管變成了一種有用的產品——芯片，并將其出售給美國軍方，同時學會了如何大規模生產。憑借這些能力，仙童和TI進入了20世紀60年代中期，開始面臨一個新的挑戰：如何將芯片轉變為大眾市場產品。