半導體產業的前世今生

半導體對人類社會發展的影響不言而喻。半導體技術的創新是推動全球經濟數字化、人工智能（AI）、56通信和量子計算的基礎。由于全球化進程和國際關系格局的改變，國際地位、國家在半導體價值鏈中的地位顯得格外重要。由于半導體產業投資大、周期長、風險高，業界擔憂造芯熱或將引發爛尾潮。以史為鑒，可以明方向。蘇聯、美國、中國，半導體產業曾經的大國、領先的大國、崛起中的大國的半導體發展歷程值得我們深入關注。

蘇聯半導體的發展啟示

72年前，蘇聯首臺計算機M9CM組裝完成。它距美國研發的第一臺通用電子數字計算機“埃尼阿克”（ENIAC）的時間僅為兩年。此后，蘇聯逐步建起了從原材料、設備、設計、制造等一整套完整的半導體工業體系，且體系完整而獨立，當時在世界范圍內也僅有美國具備這種實力。然而，在蘇聯后期及解體后的短短20多年里，這套人員精良、資源富集、儲備雄厚、水平居于前列的半導體工業體系消失得幾近無蹤。

1928年，蘇聯還是一個站在戰爭廢墟上的農業國。1933年1月，蘇聯一五計劃提前完成，有了完備的工業體系。這得益于美國的援助，且技術轉讓史上罕見。

進入三十年代，蘇聯科學家開始在半導體理論方面取得巨大成就。杰出的物理學家越飛當時就指出——半導體材料將是電子技術的新材料。他還在半導體的導電性研究中提出“阻擋層”的概念——這是未來集成電路研究的核心理論之一。

除了理論研究，蘇聯還在工程實踐中廣泛嘗試。甚至在二十年代后期，就有科學家開始嘗試在硅材料表面設置觸點，用半導體建立類似三極管的三電極系統。

這種在理論和工程實踐中同時進行的研究，需要的無外乎三個因素：安定的國內環境、必要的工業積累，由國家政策重視帶來的資源投入。這些因素，蘇聯全部做到了。

基礎研究耗資巨大，成果莫測，但蘇聯加大了投入，在全蘇范圍內建立研究所，并以特色的蘇式學制進行人才供給。五十年代中期，蘇聯學校培養出來的科學家和工程師，已經比美國多出一倍，其中有14%的人進行著基礎研究。

這為蘇聯帶來了一個科研成果上的繁盛時代。在新興的電子和計算機工業上，蘇聯不僅在單一性能上接近美國，更在計算機設計方面花開數朵。

1953年，蘇聯設計出了大型計算機“箭”，每秒可運算2000次。到1957年，“箭”一共生產了7臺，并且和1950年研發的MESM一起應用于航天、導彈工程的數據運算。1956年，由蘇聯科學院院士索伯列夫牽頭，蘇聯成功研制了三進制計算機。

六十年代后，蘇聯在半導體與計算機領域大有超過美國之勢。然而，有一些誰也沒有注意到的因素（計劃經濟），正在悄然發揮作用。

1967年，白俄羅斯一家半導體工廠的一臺中壓斷路器壞了，需要重裝。業務副廠長在廠黨委會上提出要求，經過討論，上報了明斯克市的電子工業管理局。管理局在1967年的計劃中，并沒有這筆經費的安排，無法批復。于是，需求被層層上報到明斯克市計委和白俄羅斯加盟共和國計委。事情最后的解決方案是由白俄羅斯計委在1967年計劃上做了一個補充條款，同時批復給明斯克市計委和電子工業局，由他們向明斯克市財政局提出申請，再由財政局撥款給一家斷路器廠家，安排特別生產一臺斷路器。半導體工廠最后拿到了斷路器，但這是三個月后的事。

蘇聯的計算機產業布局是這種管理制度下的一個典型例子：為了加強各個加盟共和國的聯系，蘇聯把產業上下游做了硬性分配——烏克蘭電子信息工業板塊，白俄羅斯半導體工業板塊，波羅的海三國則加工和組裝。

這個做法顯然算的不是經濟賬。事實上，在計劃經濟體制下，經濟賬也有一套算法：所有建設與科研項目都納入國家統一計劃;所需資金由國家財政統一分配撥款;所需物資由商業、物資部委統一調配;從事生產的勞動力由國家統一培養;生產出來的產品由國家統購統籌;企業盈利上繳國家財政，企業虧損由國家財政補貼。

這個嚴密又龐大的管理體制，就像是一架事先設定好全部程序的經濟機器——國家在宏觀上決定投資規模、投資結構、產業布局，又在微觀上擔負著項目決策管理任務。

這種體制的優點是有利于集中社會資源，能以舉國之力辦大事，特別是在經濟相對落后的階段，通過集中資源強攻重工業和基礎建設，可以明顯提高社會發展水平。但弊病也很明顯，除了我們已經看到的低效率、僵化和反應遲緩之外，還會為產業發展造成一系列奇特的導向。

成也蕭何敗也蕭何，蘇聯電子工業自此走向衰落。彼時，蘇聯戰略的優先重點是航天工業，電子工業的作用在于提供保障，現有的計算機完全可信賴，只要沿著現有的計劃發展就足夠了。在既定的戰略方向下，蘇聯覺得沒有必要，財政也不允許去扶植航天工業外的一門工業。

蘇聯走上了對外自我隔離，對內嚴格管控的道路——在宏觀上，財政政策追求預算平衡，貨幣政策追求價格穩定;在微觀上，單個行業內追求里程碑式的成就，行業分工上追求嚴密協作與動態平衡。他們真正想要的是嚴絲合縫的計劃運行、資源的集中管制與分配、對經濟目標的提前預設。

六十年代，蘇聯成立了科學院中央經濟數學研究所，七十年代又陸續設立了各專業部計算中心，并在互相連通的基礎上建立了全蘇計算機中心。借助于集成電路計算機的建模和計算能力，蘇聯成功地將計劃經濟變成了一門精密科學。

1964年，美國推出了世界第一臺集成電路計算機。9年后，蘇聯才推出。然而，美蘇第一代晶體管計算機的推出間隔只有4年。

更為“諷刺”的是，1973年美國摩托羅拉用磚頭一樣的設備測試移動通信產品之前，1958年蘇聯工程師列昂尼德·庫普里揚諾維奇就發明了更輕更小的移動電話，到1965年該移動電話可以在200公里內有效工作。這項技術領先美國不止10年，不幸的是，蘇聯對這項研究沒有興趣。

從此，蘇聯電子工業的發展明顯地f曼了節奏，甚至落后。

落后不止體現在研發領域，在集成電路蔚然成勢后，電子器件一代更比一代小，手工裝配方式已經跟不上形勢，要生產適用的器件，需要新設備、新技師和制作硅晶的真空環境。這些都需要巨額投資、漫長時間的耐心等待。

彼時，蘇聯認為：用錢從歐洲買計算機回來仿制，要比自己研發制造更便宜。于是，按照“造船不如買船，造炮不如買炮”的邏輯，一批進口貨和仿制品被運進了高爾基汽車廠和斯大林格勒拖拉機廠，那些原本在研究所里做研發的技術人員，現在被趕到了車間里，變成了維修機器的工程師……

蘇聯計算機工業資歷最老的專家之一巴沙爾·拉米耶夫，想起了1977年的厄爾布魯士—2計算機，它被直接用在蘇聯彈道導彈防御系統的目標處理上，是蘇維埃之盾的眼睛和耳朵。可后來，拉米耶夫的后輩們名字不是出現在IBM、英特爾、摩托羅拉的職員名單里，就是垂垂老矣。發明“箭”計算機的尤里·巴茲列夫斯基、突破了電子管小型化技術的院士阿夫迪夫、主導開發MIR系列計算機的格盧什科夫、發明了便攜移動電話的列昂尼德·庫普里揚諾維奇……這些名字都如同枯萎的花瓣，凋零在烏拉爾平原的凜冽秋風中。

美國半導體技術依舊領先

美國半導體產業，從一開始就引領了整個世界，一直到今天。

早在1946年，美國推出了第一臺數字電子計算機ENIAC;1955年，美國貝爾實驗室研制出世界第一臺全晶體管計算機TRADIC;1964年，美國IBM推出了世界第一臺集成電路計算機IBM-360。在半導體行業，美國公司始終占全球總銷售額的45%至50%，其中，在電子設計自動化工具（EDA）、知識產權核心（核心IP）、集成電路設計和制造設備中的綜合市場份額超過50%。

1955年一1970年的15年間，美國政府占半導體設備采購全部出貨量的40%以上。美國半導體設備出貨量從幾乎為零達到14億美元左右。

1962年之前，美國軍方對半導體設備采購都在40%以上;1969年，這個比例達到了50%。六十年代之前，80%的半導體公司研發經費來自于政府合同。美國商務部1960年統計——美國軍方在1959、1960年購買半導體元器件的平均價格約是私人客戶的兩倍。當時，仙童半導體公司生產停滯，瀕臨破產，美國空軍“民兵導彈計劃”就曾為其提供過150萬美元的“訂單”。毫不夸張地說，美國半導體完全是由美國軍方和政府扶持起來的。

仙童半導體公司（Fairchild Semiconductor），也譯作飛兆半導體公司，創立于1957年，曾經是世界上最大的半導體生產企業。除晶體管之父肖克利博士外，仙童當時還吸引了其他8位天才的年輕人（摩爾、羅伯茨、克萊爾、諾伊斯、格里尼克、布蘭克、霍爾尼、拉斯特）。他們中最“年長”的諾伊斯只有29歲。后來，他們計劃出走，各自大展拳腳。1968年，諾依斯和摩爾離開了仙童創立了英特爾。

八十年代的著名暢銷書《硅谷熱》（Silicon Valley Fever）寫到：“硅谷大約70家半導體公司的半數，是仙童公司的直接或間接后裔。在仙童公司供職是進入遍布于硅谷各地的半導體業的途徑。1969年在森尼維爾舉行的一次半導體工程師大會上，400位與會者中，未曾在仙童公司工作過的還不到24人。”喬布斯曾經比喻：“仙童半導體公司就像個成熟了的蒲公英，你一吹它，這種創業精神的種子就隨風四處飄揚了。”

這是半導體產業最好的年代，沒有其他，只有愿景。60年前發生在美國的科技創新浪潮，在人類科技歷史上寫下了濃厚的一筆。

摩爾定律的提出，不僅僅為技術發展提供了指引，更是一種產業默契。其實對于英特爾來說，這些天才很明白指數級的性能增長意味著什么。所以摩爾定律作為一個人造定律，對產業界的平衡和產業秩序的建立所帶來的價值，要遠大于客觀規律本身。

18個月演進一代，成為一種產業共識。整個半導體產業在這個指引下，有序地推動產業的發展。然而以英特爾規劃一代、研發一代、商用一代的做法，他們完全可以“超越”摩爾定律。穩定的產業發展，為英特爾帶來了巨大的商業利益，不至于因為自己的產品太過優秀和性能的跳躍，讓客戶對性能產生困惑，從而對自己的商業價值形成沖擊。

美國構建了半導體的產業格局。美國不僅主導了瓦森納組織，自身也擁有英特爾、蘋果、AMD、應用材料、LAM等巨頭，前十大科技巨頭美國占6強。

如今，美國在半導體制造能力中所占的份額（1990年為37%）僅為12%。在全球半導體制造能力中所占份額的下降，并不是美國缺乏技術能力，而是在成本上沒有競爭力。

實際上，美國在領先節點和先進節點（10納米或以下）的全球產能中占28%的份額;在分立、模擬和光電產品中的制造能力份額仍然高居30%的份額。美國公司是所有領域（邏輯系統、內存和模擬）以及FAB軟件、設備和過程控制工具的制造工藝技術研發的全球領導者。

鑒于美國半導體行業在基礎科學、集成電路設計和生產設備方面的領先地位，在疫情等其他種種原因的影響下，欲增強制造能力、引領創新領域、創造新的技術范式。然而，去年華為的橫空出世，打亂了美國的節奏……

目前，全球75%的半導體產能都集中在東亞，我國正在積極投資，力爭在2030年成為全球最大的制造強國。

值得注意的是，美國半導體行業的領先領域，只有充分融入全球技術供應鏈中，才能像移動通信革命一樣具備意義，惠及自身、普惠全球。

中國半導體產業的“芯”路歷程

2000年之前，中國的半導體行業已經踽踽獨行了接近半個世紀之久，依時間線索按照行業的主導力量來劃分，大致可以分成四個階段：

堅強萌芽：計劃機制中的專家主導（1956-1978年）

混亂年代：外部沖擊導致行業失序（1978-2000年）

西雁東飛：海歸創業潮與民企崛起（2000-2015年）

全面對決：國資入場打響芯片戰爭（2015-2018年）

第一批走入中國芯片發展史的，是蘇聯式軍事工業和科研體系內的院所專家們，他們從上世紀五十年代開始建設中國的半導體技術和工業體系，可以總結為一句話：用蘇聯的體系和中國的人才，來追美國的影子。

我國在1960年成立了以中科院半導體所為代表的大批研究機構，并在全國建設數十個電子廠，初步搭建了中國半導體工業的“研發+生產”體系。但在產業化方面，成就寥寥可數。

改革開放之初，中國電子產業受到猛烈的外部沖擊。由于大量國營電子企業經營困難，無法產生足夠的利潤來支撐研發，從國外引進的生產線又大多是落后淘汰的二手貨。所以在上世紀八十年代，中國半導體行業大幅落后。為解決這種情況，國家部委先后組織了三大“戰役”，分別是：1986年的“531戰略”、1990年的“908工程”、1995年的“909工程”。

“531戰略”是在1986年提出的，即“普及5微米技術、研發3微米技術，攻關1微米技術”，并在全國多地建設集成電路制造基地。從1986年到1995年，陸續誕生了無錫華晶、紹興華越、上海貝嶺、上海飛利浦和首鋼NEc等五家公司。這里面最具代表性的，當屬首鋼NEC公司。

1991年12月，“首鋼未來不姓鋼”，跨界芯片，與NEC成立合資公司，技術全部來自于NEC。盡管NEC提供的技術不算先進，但恰逢行業景氣，1995年的銷售額就達到了9億多元。受此激勵，2000年12月，首鋼聯合美國公司AOS合資成立了“華夏半導體”，投資13億美元做8英寸芯片，技術來源于AOS。但很快，2001年IT泡沫導致全球芯片行業低迷，AOS回撤，華夏半導體沒了技術來源，很快夭折，而與NEC的合資公司也陷入虧損。2004年，首鋼基本退出芯片行業。

面對越拉越大的差距，1990年9月電子工業部又決定啟動“9087-程”，想在超大規模集成電路方面有所突破，目標是建成一條6英寸0.8—1.2微米的芯片生產線。項目由無錫華晶承擔，芯片技術則向美國朗訊購買，但最終結果是：2年行政審批、3年技術引進、2年建廠施工，總共7年時間，投產即落后，月產量也僅有800片。

沒有達到預期效果，1995年，電子工業部又提出實施“909工程”，投資100億元，由上海華虹承擔，與NEC合作。項目于1997年7月開工，1999年2月完工，用時不到兩年即建成試產，在2000年銷售收入就有30億元，利潤5.16億元。

總結從1978年到2000年的歷史：早期缺乏統一規劃，蜂擁引進國外淘汰的生產線，但這些設備在摩爾定律的驅動下，以超乎尋常的速度變成廢鐵;后期國家出面組織三大戰役，屢敗屢戰，最終通過“909工程”留下了一座勉強算合格的上海華虹。

這些項目未能取得預想中的成功，深層次的原因有兩個：一是芯片行業更新速度太快，沒有連貫性投入，必然會陷入“引進—建廠—投產—落后—再引進”的惡性循環;二是半導體人才匱乏，根本無法吃透引進來的技術，遑論自主研發。

另外，西方國家先后用“巴統”和“瓦森納協議”來限制向我國出口最先進的高科技設備，同意批準出口的技術通常比最先進的晚兩代，加上中間拖延和落地消化，基本上拿到手的技術就差不多落后三代左右。

半導體行業有一個獨特的特點：人才的培養周期長，就是通常所說的“板凳要坐十年冷”，大多數頂尖人才都必須要讀到博士。

人才問題，在2000年左右迎來了轉機，大批有海外留學經驗、在頂級芯片公司工作多年的半導體人才，在這一時期回國——中星微的鄧中翰于1999年回國，中芯的張汝京于2000年回國，展訊的武平和陳大同于2001年回國，芯原的戴偉民于2002年回國，兆易的朱一明于2004年回國。他們帶著豐富的經驗，跳進了中國半導體行業的歷史進程之中。

2000年之后，中國芯片行業進入了海歸創業和民企崛起的時代——2000年，中芯國際成立;2001年，珠海炬力、展訊通信、福建瑞芯成立;2002年，匯頂科技、銳迪科成立;2003年，中興微成立;2004年，華為海思、瀾起科技、兆易創新成立。

2014年，國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》，開始實施“大基金”計劃。2019年，大基金第二期成立，規模擴為前期的兩倍。

過去二十年來，我國的電子產品組裝、測試和封裝在半導體行業嶄露頭角。目前，我國集成電路產量與美國相當，約占全球產量的12%，但在集成電路設計與制造方面相對落后。

令人振奮的是，我國正在規劃將大力支持發展第三代半導體產業寫入“十四五”規劃中，計劃在2021到2025年，在教育、科研、開發、融資、應用等各個方面，大力支持發展第三代半導體產業，以期實現產業獨立自主，甚至彎道超車。

發展第三代半導體產業談何容易，但這仍是我們國家的產業希望。

本刊綜合