《芯片戰(zhàn)爭：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭奪戰(zhàn)》第四部分：“這就是未來”

《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(yīng)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(lǐng)域的核心博弈。

“這就是未來”

在?本DRAM芯?的沖擊下，美國芯?產(chǎn)業(yè)的重?只能歸功于安迪·格魯夫的偏執(zhí)狂性格、杰瑞·桑德斯的?膊上陣以及杰克·?普勞的?仔競爭?。硅?的雄性激素和股票期權(quán)助?著競爭，這往往不像教科書中描述的枯燥?味的經(jīng)濟學，?更像達爾?式的適者?存的?爭，因?也導致許多公司倒閉和財富流失，以及數(shù)以萬計的員?下崗。像英特爾和美光這樣的公司之所以能幸存下來，與其說是因為它們的?程技能，不如說是因為它們有能?利?技術(shù)在?情的競爭激烈的?業(yè)中賺錢。

但硅?的復興不僅僅是英雄企業(yè)家和創(chuàng)造性破壞的故事。隨著這些新?業(yè)巨頭的崛起，?批新的科學家和?程師正準備在芯?制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)?躍，并設(shè)計出使?“處理能?”的?命性新?法。硅?芯??業(yè)的許多進步是與政府的努?相輔相成的，這通常不是因為美國國會或?宮的??筆，?是DARPA這類?型靈活組織的?作，這些組織有權(quán)在未來技術(shù)上下?賭注，并建設(shè)所需的教育和研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施。

來??本DRAM芯??質(zhì)量、低成本的競爭，并不是硅?在20世紀80年代?臨的唯?問題。?登·摩爾著名的定律預測了每個芯?上晶體管數(shù)量的指數(shù)級增?，但這個夢想越來越難以實現(xiàn)。20世紀70年代后期，許多集成電路都是采?與英特爾的費德?科·法?（FedericoFaggin）?產(chǎn)第?臺微處理器相同的?藝來設(shè)計的。1971年，法?花了半年時間蹲在繪圖桌上，?先?英特爾當時最先進的?具——直尺和彩?鉛筆——勾勒出設(shè)計草圖；然后???將這個圖案刻在紅膜上；再??個特殊的相機，將紅膜上的圖案轉(zhuǎn)移到?個鍍鉻的玻璃板上，制成完美復制了圖案的光刻版；最后，光線穿過掩模和?組透鏡，在硅晶圓上投射出圖案的微?版本。經(jīng)過?個?的素描和雕刻，法?制造了?個芯?。

問題是，雖然鉛筆和鑷?對于?個有1000個元件的集成電路來說是?夠的，但?個擁有100萬個晶體管的芯?需要更復雜的?具。卡弗·?德是摩爾的朋友，是?位留著??胡的物理學家。當被介紹與施樂（Xerox）帕洛阿爾托研究中?的計算機架構(gòu)師琳·康維（LynnConway）相識時，他正為這個問題傷腦筋。

康維不僅是?位杰出的計算機科學家，任何與她交談的?都會發(fā)現(xiàn)，她的頭腦中還閃耀著來?不同領(lǐng)域的?解，從天?學到?類學，再到歷史、哲學。 康維于1973年以她所謂的“隱形模式”來到施樂。

1968年，她在經(jīng)歷性別轉(zhuǎn)變后被IBM解雇。她驚訝地發(fā)現(xiàn)，硅?的芯?制造商更像藝術(shù)家，?不是?程師。芯?制造商既有?科技?具，?有簡簡單單的鑷?。芯?制造商在每?塊硅上都制作了極其復雜的圖案，他們的設(shè)計?法類似于中世紀?匠的?法。每家公司的制造?都有?套冗?、復雜的專?說明，?于說明如果要在特定的???產(chǎn)芯?，必須如何設(shè)計。作為?名計算機架構(gòu)師，康維學會了按照標準化的指令來思考，?任何計算機程序都是基于標準化指令來構(gòu)建的，她發(fā)現(xiàn)?前業(yè)內(nèi)的做法奇怪地倒退了。

康維意識到，?德預?的數(shù)字?命需要嚴格的算法。在她和?德被?位共同的同事介紹認識后，他們開始討論如何將芯?設(shè)計標準化。他們想知道，為什么不能通過給機器編程來設(shè)計電路。?德宣稱：“?旦你可以編寫?個程序來做某事，不再需要任何?的?具包，你就可以??編程。”

康維和?德最終起草了?套數(shù)學“設(shè)計規(guī)則”，為通過編寫計算機程序?進??動化芯?設(shè)計鋪平了道路。使?康維和?德的?法，設(shè)計者不必勾畫出每個晶體管的位置，但可以從“可互換部件”庫中提取，從?使得電路設(shè)計變得可能。?德喜歡把??想象成約翰內(nèi)斯·古騰堡（JohannesGutenberg），古騰堡的圖書?產(chǎn)機械化讓作家專注于寫作，使印刷?專注于印刷。康維很快被麻省理?學院邀請教授??關(guān)于芯?設(shè)計?法的課程。她的每個學?都設(shè)計了??的芯?，然后將芯?設(shè)計資料送到制造??進?制造。六周后，她從未踏進過晶圓?的學?，在郵件中收到了功能?全的芯?。“古騰堡時刻”已經(jīng)到來。

沒有??五??樓對這場很快被稱為“?德-康維?命”的事件更感興趣。DARPA資助了?個項?，讓?學研究?員將芯?設(shè)計資料發(fā)送到尖端晶圓??產(chǎn)。DARPA在資助未來武器系統(tǒng)??享有盛譽，?在半導體??，DARPA同樣重視建設(shè)教育基礎(chǔ)設(shè)施，從?使美國擁有充?的芯?設(shè)計師。 DARPA還幫助?學獲得先進的計算機，并與?業(yè)領(lǐng)袖和學者喝著葡萄酒討論學術(shù)問題。DARPA認為，幫助公司和教授保持摩爾定律的活?，對美國的軍事優(yōu)勢?關(guān)重要。

芯??業(yè)還資助了?學芯?設(shè)計技術(shù)研究，成?了SRC（半導體研究公司），向卡內(nèi)基梅隆?學和加州?學伯克利分校等?學發(fā)放研究補助?。20世紀80年代，這兩所?學的?些學?和教師創(chuàng)辦了?系列創(chuàng)業(yè)公司，為半導體設(shè)計創(chuàng)造了前所未有的新?業(yè)軟件?具。如今，每?家芯?公司都使?三家芯?設(shè)計軟件公司的?具，這三家公司都是由DARPA和SRC資助項?的校友創(chuàng)辦和建?的。

DARPA還?持研究者研究第?組挑戰(zhàn)：為芯?不斷增?的處理能?找到新的?途。?線通信專家歐?·雅各布斯（IrwinJacobs）就是其中的?位研究者。雅各布斯出?于?薩諸塞州的?個餐館?板家庭。在愛上電??程專業(yè)之前，他計劃跟隨??進?酒店業(yè)。20世紀50年代，他?直在擺弄真空管和IBM計算器。在麻省理?學院攻讀碩?學位時，雅各布斯學習了天線和電磁理論，并決定將研究重點放在信息理論上——研究信息如何存儲和傳播。

??年來，?線通信的需求在不斷增?，但頻譜空間有限。如果你想要?個99.5MHz的調(diào)頻電臺，那么你必須確保99.7MHz沒有被占?，否則?擾會讓你?法通信。同樣的原則也適?于其他形式的?線電通信。給定頻譜中的信息越多，建筑物上反射的混亂信號產(chǎn)?的誤差冗余空間就越?，當這些空中信號向?線電接收器傳播時，它們相互?擾。

1967年，雅各布斯在加州?學圣地亞哥分校的?同事安德魯·維特?（AndrewViterbi）設(shè)計了?種復雜的算法，?于解碼在雜亂的電波中傳播的數(shù)字信號。這被科學家譽為?個優(yōu)秀的理論，但維特?的算法似乎很難在實踐中應(yīng)?。認為普通的?線電有能?運?復雜算法的想法，似乎是不可信的。

1971年，雅各布斯?往佛羅?達州圣彼得堡，參加?個研究傳播理論的學術(shù)會議。許多教授悶悶不樂地得出結(jié)論，他們將數(shù)據(jù)編碼塞進?線電波的學術(shù)?領(lǐng)域已經(jīng)達到了實際上的極限。?線電頻譜只能容納有限數(shù)量的信號，否則就?法對其進?分類和解碼。維特?的算法提供了?種將更多數(shù)據(jù)打包到同??線電頻譜中的理論?法，但沒?擁有?規(guī)模應(yīng)?這些算法的計算能?。在空中傳送數(shù)據(jù)的想法似乎遇到了障礙。?位教授宣稱：“編碼已死。”

雅各布斯完全不同意這個觀點。他從后排站起來，?舉著?個?芯?，宣稱：“這就是未來。” 雅各布斯意識到，芯?的進步如此之快，以?它們很快就能在同?頻譜空間中編碼更多數(shù)量級的數(shù)據(jù)。因為每平?英?硅上的晶體管數(shù)量呈指數(shù)級增?，所以通過?線電發(fā)送的數(shù)據(jù)量也即將?躍。

雅各布斯、維特?和?位同事成?了?家名為?通（Qualcomm）——意為?質(zhì)量通信（qualitycommunications）——的?線通信公司，他們相信越來越強?的微處理器可以讓他們在現(xiàn)有的頻譜帶寬中填充更多的信號。雅各布斯最初贏得了DARPA和NASA建造太空通信系統(tǒng)的合同。20世紀80年代末，?通進???市場，為卡??業(yè)推出了?套衛(wèi)星通信系統(tǒng)。但即使到了20世紀90年代初，使?芯?在空中傳送?量數(shù)據(jù)似乎也只是?項專營市場業(yè)務(wù)。

對于雅各布斯這樣?位由教授轉(zhuǎn)為企業(yè)家的?來說，DARPA的資?和美國國防部的合同，對于維持其創(chuàng)業(yè)公司的運營?關(guān)重要。但只有?些政府項?奏效。例如，Sematech拯救美國光刻技術(shù)領(lǐng)導者的努?是?次慘敗。美國政府的努?之所以有效，并不是因為美國政府試圖挽救失敗的公司，?是因為美國政府利?了美國已有的優(yōu)勢，提供資?讓研究?員將聰明的想法轉(zhuǎn)化為原型產(chǎn)品。如果美國國會議員得知DARPA這樣?個國防機構(gòu)在資助計算機科學的教授們進?芯?設(shè)計理論研究，那么他們肯定會?發(fā)雷霆。但正是這樣的努?縮?了晶體管尺?，發(fā)現(xiàn)了半導體的新?途，促使新客戶購買晶體管，并為下?代更?的晶體管提供資?。在半導體設(shè)計??，世界上沒有哪個國家能擁有更好的創(chuàng)新?態(tài)。當康維在20世紀70年代初來到硅?時，?們?法想象會有?個擁有100萬個晶體管的芯?。居然這在20世紀80年代末成為現(xiàn)實，當時英特爾宣布推出了486微處理器，這是?塊裝有120萬個微型晶體管的?硅?。