《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》第三部分：運送垃圾

《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》是美國經(jīng)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(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)濟和地緣政治中的戰(zhàn)略地位。全書涵蓋美國通過技術(shù)博弈確立主導地位、臺灣半導體產(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(fā)困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術(shù)領域的核心博弈。

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當日本巨頭撕裂美國高科技產(chǎn)業(yè)時，不僅僅是生產(chǎn)DRAM芯片的公司陷入困境，它們的許多供應商也面臨同樣問題。1981年，被譽為美國“最熱門的高科技公司”之一的GCA（美國地球物理公司），通過銷售使摩爾定律成為可能的設備而迅速發(fā)展。 自從物理學家杰伊·萊思羅普首次將顯微鏡顛倒過來照射光刻膠，并在半導體晶圓上制作圖案以來的20年里，光刻過程變得十分復雜。羅伯特·諾伊斯開著老爺車在加利福尼亞州101號公路上來回行駛，為仙童的臨時照相設備尋找電影相機鏡頭的日子早已一去不復返了。 現(xiàn)在，光刻技術(shù)是一門大生意，20世紀80年代初，GCA處于領先地位。

盡管光刻技術(shù)已經(jīng)比當時萊思羅普的倒置顯微鏡精確得多，但原理仍然不變。光線穿過掩模和透鏡，將聚焦的形狀投射到涂有光刻膠的硅片上。在光線照射的地方，化學物質(zhì)與光發(fā)生反應，然后被溶解，暴露出硅片上的微小凹痕，以去除凹痕下面的材料，或者淀積某種新的材料，再用特殊溶液去除剩余的光刻膠，最終讓具有完美凹痕形狀的新材料留在硅片上。這個光刻過程通常需要五次、十次或幾十次，通過沉積、蝕刻和拋光才能制造出集成電路。每一次光刻都需要與上一次嚴格對準。隨著晶體管的小型化，光刻工藝涉及的每一部分，從化學物質(zhì)到透鏡，再到使硅片與光源完美對準的激光器，都變得更加困難。

世界領先的透鏡制造商是德國的卡爾·蔡司（CarlZeiss）和日本的尼康（Nikon），盡管美國也有一些專業(yè)的透鏡制造商。珀金埃爾默公司（Perkin Elmer）是康涅狄格州諾沃克的一家小型制造商，曾在第二次世界大戰(zhàn)期間為美國軍方制造炸彈瞄準器，并為冷戰(zhàn)時期的衛(wèi)星和間諜飛機制造透鏡。該公司意識到這項技術(shù)可以用于半導體光刻，并開發(fā)了一種芯片掃描式光刻機，該光刻機可以憑借近乎完美的精度讓光刻光源對準硅片，這一點至關(guān)重要。這臺機器像復印機一樣在晶圓上移動光線，將光刻膠覆蓋的晶圓逐一曝光。珀金埃爾默公司的掃描式光刻機可以制造出柵長接近1微米（百萬分之一米）的芯片。

20世紀70年代末，珀金埃爾默公司的掃描式光刻機主導了光刻市場，但到了20世紀80年代，它被GCA公司取代。GCA公司由一位前空軍軍官領導。他后來成為地球物理學家，名叫米爾特·格林伯格（Milt Greenberg），他是一位雄心勃勃、固執(zhí)、滿嘴臟話的天才。

第二次世界大戰(zhàn)后，格林伯格和一位空軍伙伴利用洛克菲勒兄弟的種子資金成立了GCA。作為一名軍事氣象學家，格林伯格利用自己對大氣層的了解和與空軍的聯(lián)系，成為一名國防承包商，生產(chǎn)高空氣球等裝備，用于測量和拍攝蘇聯(lián)照片。

格林伯格的野心很快就變得更大了。半導體行業(yè)的增長表明，真正的資金來自大眾市場，而不是特別的軍事合同。格林伯格認為，其公司用于軍事偵察的高科技光學系統(tǒng)可以用在制造民用芯片上。20世紀70年代，在GCA為芯片制造商宣傳其產(chǎn)品的一次行業(yè)會議上，TI的張忠謀走到GCA展臺前，開始查看GCA的設備，并詢問設備是否可以一步一步地移動，從而逐個將硅片上的每個芯片曝光，而不是一次掃描整個晶圓。 這樣的“步進式光刻機”比當時已有的掃描式準確得多。雖然以前從來沒有設計過步進式光刻機，但GCA的工程師相信，他們可以創(chuàng)造出一個，以提供更高分辨率的成像，從而造出更小的晶體管。

幾年后的1978年，GCA推出了第一臺步進式光刻機。 銷售訂單開始滾滾而來。在步進式光刻機出現(xiàn)之前，GCA每年的軍事合同收入從未超過5000萬美元，直到GCA壟斷了這種價值極高的機器，其收入很快達到3億美元，公司股票價格也開始飆升。

但隨著日本芯片產(chǎn)業(yè)的崛起，GCA開始失去優(yōu)勢。首席執(zhí)行官格林伯格把自己想象成一個商業(yè)巨頭，打賭自20世紀80年代初開始的半導體繁榮將無限期地持續(xù)下去，他破土動工興建了一座大型的新制造廠。但他花在經(jīng)營企業(yè)上的時間較少，更多的是與政客們來往。結(jié)果，管理不善，成本失控。一名員工竟在衣櫥里偶然發(fā)現(xiàn)了價值100萬美元的精密鏡片。關(guān)于高管們用公司信用卡購買科爾維特（Corvettes）超級跑車的傳聞流傳開來。格林伯格的一位合伙創(chuàng)始人承認，公司花錢就像“喝醉了的水手”。

公司的無節(jié)制行為還遭遇了不當時機。半導體行業(yè)一直是周期性的。當需求旺盛時，該行業(yè)會飆升；當需求不旺盛時，該行業(yè)又會回落。即使不需要設計火箭的高明科學家，GCA也有少數(shù)工作人員清楚在20世紀80年代初的繁榮之后，經(jīng)濟衰退最終會隨之而來。但格林伯格沒有聽進去。一名員工回憶道：“他不想聽到市場部說‘經(jīng)濟將出現(xiàn)下滑’?！币虼耍摴具M入了20世紀80年代中期半導體行業(yè)的低迷期。

1984—1986年，光刻設備的全球銷售下降了40%。GCA的收入下降了三分之二以上。一位員工回憶道：“如果我們有一位稱職的經(jīng)濟學家，那么我們可能會預測到這一點。但我們沒有，我們只有米爾特·格林伯格?！?/p>

就在市場暴跌之際，GCA失去了可唯一制造步進式光刻機公司的地位。日本的尼康最初是GCA的合作伙伴，為其步進式光刻機提供精密鏡頭。但格林伯格決定放棄尼康，買下自己的鏡頭制造商——位于紐約的Tropel（特羅佩爾）公司。該公司曾為U2偵察機制造鏡頭，但難以生產(chǎn)出GCA所需的高質(zhì)量鏡頭。與此同時，GCA的客戶服務萎縮。

一位分析師回憶道，該公司的態(tài)度是“買我們造的東西就行了，不要煩我們”。該公司自己的員工承認“客戶受夠了”。 這是一個壟斷者的態(tài)度，但GCA不再是壟斷者。在格林伯格停止購買尼康鏡頭后，這家日本公司決定制造自己的步進式光刻機。尼康從GCA獲得了一臺機器，對其進行了逆向工程。不久，尼康的市場份額就超過了GCA。

許多美國人將GCA失去光刻領導地位歸咎于日本的工業(yè)補貼。的確，日本的VLSI計劃促進了該國DRAM芯片的生產(chǎn)，也幫助了尼康等設備供應商。隨著美國和日本公司相互指責各自政府提供了不公平的幫助，商業(yè)緊張關(guān)系愈演愈烈。GCA的員工承認，盡管他們的技術(shù)是世界級的，但該公司在大規(guī)模生產(chǎn)方面舉步維艱。精密制造是至關(guān)重要的，因為光刻技術(shù)現(xiàn)在非常精密，室外陣陣雷雨可能會改變氣壓，從而改變光線的折射，足以扭曲制作在芯片上的圖像。 每年制造數(shù)百臺步進光刻機需要有人專注于制造和質(zhì)量控制，但GCA的領導人把注意力都放在了其他地方。

人們普遍將GCA的衰落當成日本崛起和美國衰落的縮影。一些分析家則看到了美國更普遍的制造業(yè)衰退證據(jù)，這種衰退始于鋼鐵行業(yè)，然后影響汽車行業(yè)，后來蔓延到高科技行業(yè)。麻省理工學院諾貝爾獎獲得者、經(jīng)濟學家羅伯特·索洛（Robert Solow）是生產(chǎn)率和經(jīng)濟增長研究的先驅(qū)，他認為芯片行業(yè)受到了“不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”的影響，員工在公司和公司之間跳槽，公司拒絕對員工進行投資。著名經(jīng)濟學家羅伯特·賴克（Robert Reich）對硅谷的“紙上創(chuàng)業(yè)主義”表示惋惜，他認為這種做法過于注重對聲望和財富的追求，而不是注重技術(shù)進步。 他宣稱，在美國大學里，“科學和工程項目正在失敗”。

美國DRAM芯片制造商的困境在一定程度上與GCA的市場份額崩潰有關(guān)。那些在硅谷競爭中勝出的日本DRAM公司更愿意從日本工具制造商那里購買，這讓尼康受益，GCA卻因此受損。但GCA的大多數(shù)問題是由不可靠的設備和糟糕的客戶服務造成的。學者們用了詳盡的理論來解釋日本的大型企業(yè)集團如何比美國的小型初創(chuàng)企業(yè)更擅長制造業(yè)。但現(xiàn)實是，GCA沒有聽取客戶的意見，尼康卻聽取了客戶的意見。與GCA打交道的芯片公司發(fā)現(xiàn)GCA“傲慢”且“反應遲鈍”。 但沒有人這樣評價其日本競爭對手。

因此，到了20世紀80年代中期，尼康的設備比GCA的要好得多。尼康的機器所生產(chǎn)的產(chǎn)品成品率明顯較高，而且故障率要低得多。例如，在IBM使用尼康步進式光刻機之前，IBM期望的機器平均無故障時間是75小時，而尼康的平均無故障時間是它的十倍。

GCA的首席執(zhí)行官格林伯格永遠不知道如何使公司走上正軌。直到被解雇的那一天，他都沒有意識到公司有多少內(nèi)部問題。當他在頭等艙喝著血腥瑪麗環(huán)游世界進行銷售訪問時，客戶認為該公司是在“運送垃圾”。員工抱怨說，格林伯格欠了華爾街的債，公司與股票價格需要同時關(guān)注。為了編制年終報表，GCA與客戶串通，在12月份將裝有用戶手冊的空板箱發(fā)貨，然后在次年交付機器。但這也無法掩蓋公司失去的市場份額。1978年，以GCA為龍頭的美國公司控制了全球85%的半導體光刻設備市場。十年后，這一數(shù)字下降到50%。但GCA沒有扭轉(zhuǎn)局面的計劃。

格林伯格本人將批評矛頭對準了公司的員工。一位下屬回憶道：“他會使用令人難以置信的四個字母的單詞。”另一位員工回憶起了禁止穿高跟鞋的決定，格林伯格認為高跟鞋毀了公司的地毯。隨著緊張氣氛的加劇，公司接待員與同事們約定了一個暗號，打開天花板上的燈表示格林伯格在大樓里，他離開大樓時，天花板上的燈就會被關(guān)掉。當他外出時，每個人都可以呼吸得輕松一點。 但是，這并不能阻止美國光刻技術(shù)領導者走向危機。