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

《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)》是美國(guó)經(jīng)濟(jì)史學(xué)家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導(dǎo)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(jì)和地緣政治中的戰(zhàn)略地位。全書涵蓋美國(guó)通過(guò)技術(shù)博弈確立主導(dǎo)地位、臺(tái)灣半導(dǎo)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(yīng)鏈危機(jī)背后的國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)。書中提及美國(guó)《芯片法案》補(bǔ)貼政策、EUV光刻機(jī)研發(fā)困境等議題，揭示大國(guó)在人工智能與軍事技術(shù)領(lǐng)域的核心博弈。

運(yùn)送垃圾

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

盡管光刻技術(shù)已經(jīng)比當(dāng)時(shí)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(guò)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(xué)物質(zhì)與光發(fā)生反應(yīng)，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(gè)光刻過(guò)程通常需要五次、十次或幾十次，通過(guò)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(yán)格對(duì)準(zhǔn)。隨著晶體管的小型化，光刻工藝涉及的每一部分，從化學(xué)物質(zhì)到透鏡，再到使硅片與光源完美對(duì)準(zhǔn)的激光器，都變得更加困難。

世界領(lǐng)先的透鏡制造商是德國(guó)的卡爾·蔡司（CarlZeiss）和日本的尼康（Nikon），盡管美國(guó)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(guó)軍方制造炸彈瞄準(zhǔn)器，并為冷戰(zhàn)時(shí)期的衛(wèi)星和間諜飛機(jī)制造透鏡。該公司意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)可以用于半導(dǎo)體光刻，并開發(fā)了一種芯片掃描式光刻機(jī)，該光刻機(jī)可以憑借近乎完美的精度讓光刻光源對(duì)準(zhǔn)硅片，這一點(diǎn)至關(guān)重要。這臺(tái)機(jī)器像復(fù)印機(jī)一樣在晶圓上移動(dòng)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(jī)可以制造出柵長(zhǎng)接近1微米（百萬(wàn)分之一米）的芯片。

20世紀(jì)70年代末，珀金埃爾默公司的掃描式光刻機(jī)主導(dǎo)了光刻市場(chǎng)，但到了20世紀(jì)80年代，它被GCA公司取代。GCA公司由一位前空軍軍官領(lǐng)導(dǎo)。他后來(lái)成為地球物理學(xué)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(xué)家，格林伯格利用自己對(duì)大氣層的了解和與空軍的聯(lián)系，成為一名國(guó)防承包商，生產(chǎn)高空氣球等裝備，用于測(cè)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(dǎo)體行業(yè)的增長(zhǎng)表明，真正的資金來(lái)自大眾市場(chǎng)，而不是特別的軍事合同。格林伯格認(rèn)為，其公司用于軍事偵察的高科技光學(xué)系統(tǒng)可以用在制造民用芯片上。20世紀(jì)70年代，在GCA為芯片制造商宣傳其產(chǎn)品的一次行業(yè)會(huì)議上，TI的張忠謀走到GCA展臺(tái)前，開始查看GCA的設(shè)備，并詢問設(shè)備是否可以一步一步地移動(dòng)，從而逐個(gè)將硅片上的每個(gè)芯片曝光，而不是一次掃描整個(gè)晶圓。 這樣的“步進(jìn)式光刻機(jī)”比當(dāng)時(shí)已有的掃描式準(zhǔn)確得多。雖然以前從來(lái)沒有設(shè)計(jì)過(guò)步進(jìn)式光刻機(jī)，但GCA的工程師相信，他們可以創(chuàng)造出一個(gè)，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(tái)步進(jìn)式光刻機(jī)。 銷售訂單開始滾滾而來(lái)。在步進(jìn)式光刻機(jī)出現(xiàn)之前，GCA每年的軍事合同收入從未超過(guò)5000萬(wàn)美元，直到GCA壟斷了這種價(jià)值極高的機(jī)器，其收入很快達(dá)到3億美元，公司股票價(jià)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(shì)。首席執(zhí)行官格林伯格把自己想象成一個(gè)商業(yè)巨頭，打賭自20世紀(jì)80年代初開始的半導(dǎo)體繁榮將無(wú)限期地持續(xù)下去，他破土動(dòng)工興建了一座大型的新制造廠。但他花在經(jīng)營(yíng)企業(yè)上的時(shí)間較少，更多的是與政客們來(lái)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(jià)值100萬(wàn)美元的精密鏡片。關(guān)于高管們用公司信用卡購(gòu)買科爾維特（Corvettes）超級(jí)跑車的傳聞流傳開來(lái)。格林伯格的一位合伙創(chuàng)始人承認(rèn)，公司花錢就像“喝醉了的水手”。

公司的無(wú)節(jié)制行為還遭遇了不當(dāng)時(shí)機(jī)。半導(dǎo)體行業(yè)一直是周期性的。當(dāng)需求旺盛時(shí)，該行業(yè)會(huì)飆升；當(dāng)需求不旺盛時(shí)，該行業(yè)又會(huì)回落。即使不需要設(shè)計(jì)火箭的高明科學(xué)家，GCA也有少數(shù)工作人員清楚在20世紀(jì)80年代初的繁榮之后，經(jīng)濟(jì)衰退最終會(huì)隨之而來(lái)。但格林伯格沒有聽進(jìn)去。一名員工回憶道：“他不想聽到市場(chǎng)部說(shuō)‘經(jīng)濟(jì)將出現(xiàn)下滑’。”因此，該公司進(jìn)入了20世紀(jì)80年代中期半導(dǎo)體行業(yè)的低迷期。

1984—1986年，光刻設(shè)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(jì)學(xué)家，那么我們可能會(huì)預(yù)測(cè)到這一點(diǎn)。但我們沒有，我們只有米爾特·格林伯格。”

就在市場(chǎng)暴跌之際，GCA失去了可唯一制造步進(jìn)式光刻機(jī)公司的地位。日本的尼康最初是GCA的合作伙伴，為其步進(jìn)式光刻機(jī)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(jī)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(shí)，GCA的客戶服務(wù)萎縮。

一位分析師回憶道，該公司的態(tài)度是“買我們?cè)斓臇|西就行了，不要煩我們”。該公司自己的員工承認(rèn)“客戶受夠了”。 這是一個(gè)壟斷者的態(tài)度，但GCA不再是壟斷者。在格林伯格停止購(gòu)買尼康鏡頭后，這家日本公司決定制造自己的步進(jìn)式光刻機(jī)。尼康從GCA獲得了一臺(tái)機(jī)器，對(duì)其進(jìn)行了逆向工程。不久，尼康的市場(chǎng)份額就超過(guò)了GCA。

許多美國(guó)人將GCA失去光刻領(lǐng)導(dǎo)地位歸咎于日本的工業(yè)補(bǔ)貼。的確，日本的VLSI計(jì)劃促進(jìn)了該國(guó)DRAM芯片的生產(chǎn)，也幫助了尼康等設(shè)備供應(yīng)商。隨著美國(guó)和日本公司相互指責(zé)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(rèn)，盡管他們的技術(shù)是世界級(jí)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?yàn)楣饪碳夹g(shù)現(xiàn)在非常精密，室外陣陣?yán)子昕赡軙?huì)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(tái)步進(jìn)光刻機(jī)需要有人專注于制造和質(zhì)量控制，但GCA的領(lǐng)導(dǎo)人把注意力都放在了其他地方。

人們普遍將GCA的衰落當(dāng)成日本崛起和美國(guó)衰落的縮影。一些分析家則看到了美國(guó)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(lái)蔓延到高科技行業(yè)。麻省理工學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、經(jīng)濟(jì)學(xué)家羅伯特·索洛（Robert Solow）是生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)研究的先驅(qū)，他認(rèn)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(duì)員工進(jìn)行投資。著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家羅伯特·賴克（Robert Reich）對(duì)硅谷的“紙上創(chuàng)業(yè)主義”表示惋惜，他認(rèn)為這種做法過(guò)于注重對(duì)聲望和財(cái)富的追求，而不是注重技術(shù)進(jìn)步。 他宣稱，在美國(guó)大學(xué)里，“科學(xué)和工程項(xiàng)目正在失敗”。

美國(guó)DRAM芯片制造商的困境在一定程度上與GCA的市場(chǎng)份額崩潰有關(guān)。那些在硅谷競(jìng)爭(zhēng)中勝出的日本DRAM公司更愿意從日本工具制造商那里購(gòu)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(shè)備和糟糕的客戶服務(wù)造成的。學(xué)者們用了詳盡的理論來(lái)解釋日本的大型企業(yè)集團(tuán)如何比美國(guó)的小型初創(chuàng)企業(yè)更擅長(zhǎng)制造業(yè)。但現(xiàn)實(shí)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(yīng)遲鈍”。 但沒有人這樣評(píng)價(jià)其日本競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

因此，到了20世紀(jì)80年代中期，尼康的設(shè)備比GCA的要好得多。尼康的機(jī)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(jìn)式光刻機(jī)之前，IBM期望的機(jī)器平均無(wú)故障時(shí)間是75小時(shí)，而尼康的平均無(wú)故障時(shí)間是它的十倍。

GCA的首席執(zhí)行官格林伯格永遠(yuǎn)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(shí)到公司有多少內(nèi)部問題。當(dāng)他在頭等艙喝著血腥瑪麗環(huán)游世界進(jìn)行銷售訪問時(shí)，客戶認(rèn)為該公司是在“運(yùn)送垃圾”。員工抱怨說(shuō)，格林伯格欠了華爾街的債，公司與股票價(jià)格需要同時(shí)關(guān)注。為了編制年終報(bào)表，GCA與客戶串通，在12月份將裝有用戶手冊(cè)的空板箱發(fā)貨，然后在次年交付機(jī)器。但這也無(wú)法掩蓋公司失去的市場(chǎng)份額。1978年，以GCA為龍頭的美國(guó)公司控制了全球85%的半導(dǎo)體光刻設(shè)備市場(chǎng)。十年后，這一數(shù)字下降到50%。但GCA沒有扭轉(zhuǎn)局面的計(jì)劃。

格林伯格本人將批評(píng)矛頭對(duì)準(zhǔn)了公司的員工。一位下屬回憶道：“他會(huì)使用令人難以置信的四個(gè)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(rèn)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(gè)暗號(hào)，打開天花板上的燈表示格林伯格在大樓里，他離開大樓時(shí)，天花板上的燈就會(huì)被關(guān)掉。當(dāng)他外出時(shí)，每個(gè)人都可以呼吸得輕松一點(diǎn)。 但是，這并不能阻止美國(guó)光刻技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者走向危機(jī)。