001 图灵测试 002 半导体界的谢耳朵 003 材料与上帝 004 “叛徒们”,来了 005 集体吐槽前老板 006 是叛徒还是火种? 007 为什么叫硅谷? 008 点沙成硅 009 中国半导体奠基者,来了! 布拉顿:【当时戈登·蒂尔在贝尔实验室用直拉法做出锗单晶以后,解决了制作PN结晶体管最基础的问题,一切都水到渠成了。】 戈登·蒂尔:【嗯,不过全球半导体产业第一个PN结不是我做出来的。 而是咱贝尔实验室的化学家摩根·斯帕克斯,他率先采用我这种直拉法,在晶体的生长过程中向熔融的锗里面滴入了微小的杂志颗粒,最终形成了一个PN结。】 观众雾里看花:“不容易啊,做一个PN结晶体管从理论到验证,再到制作,经手过这么多科学家。贝尔实验室也真牛逼啊,一堆大牛坐镇。” 观众太空漫步者:“可惜贝尔留不住人啊,1952年12月,蒂尔离开了贝尔实验室加入德州仪器公司,成为其第一位半导体领域的研究负责人。 如果蒂尔没有离开,那么1954年全球第一个商业化硅晶体管就是贝尔实验室的产品了。” 观众暗中观察:“也不能这么说,戈登·蒂尔在贝尔实验室里没拉出锗单晶之前,可是挺受冷遇的。德州仪器当初为了搞半导体,那可是求贤若渴。 为了把蒂尔挖过去,要研发经费给经费,要招募人才给招人,要研究时间给耐心,还打足了感情牌。德州仪器嘛,戈登·蒂尔就是德州人。 戈登·蒂尔即便是在呆在贝尔实验室,没这些条件,也不见得1954年就能把商业硅晶体管做出来。” 观众太空漫步者:“说得也是,德州仪器当初看好半导体的未来,可是豁出去了。 德州仪器最早是地球物理业务公司下面的一个子公司,母公司是一家搞石油勘探的小公司,不过最后德州仪器反超了,自己成了母公司。 1951年的时候,德州仪器的四个创始人之一帕特里克.哈格蒂无意中看到贝尔实验室关于晶体管的一些技术资料,觉得这玩意高科技,未来会牛逼,是公司转型的不二之选。 于是,他说服其他人来搞这个。 不过当时必须跟贝尔实验室买晶体管专利许可才能生产。 但贝尔实验室负责人觉得:德州仪器?听都没听过,德州不就是一群牛仔么,搞晶体管高科技,你丫是哪根葱,果断拒绝了! 但牛仔们就是特别轴,祭出“死缠烂打,软磨硬泡,赖着不走”三招,搞了几个月,把贝尔实验室的人搞得七荤八组受不了,最终于以2.5万美元的价格出售了半导体晶体管专利许可。 拿到许可才是第一步,要生产就得建厂。 当时投入一家晶体管制造车间,差不多得500万刀。那个时候德州仪器一年收入只有2000万刀,利润90万刀。 而且这个时期,拿到专利能够生产晶体管的公司有30多家。这么多竞争对手,绝大部分都比德州仪器有钱。在当时来看,德州仪器搞晶体管基本就是一场豪赌。 但这帮德州佬,就是赌了! 投入300万建厂,125万搞研发,75万挖人才。 还专门成立了一个半导体中央研究院,挖的就是戈登·蒂尔来当带头大哥。 而且,当时他们赌的就是硅材料。戈登1953年1月一到岗,就立刻开足马力搞硅晶体管了。 最终,德州佬当然就是赌赢了,30年来稳坐半导体公司前十。” 观众麋鹿敲可爱:“我们学校实验室有德州仪器的示波器,是不是就是这个德州仪器?我还一直以为他们家只做示波器呢。” 观众太空漫步者:“就是这家的,半导体才是他家主营业务,占收入八成以上吧。” 观众大喇叭牛哄哄:“我就想问,那个晶圆做出来几寸几寸的,我看后面越发展尺寸越大,晶圆是越大越贵么?” 江维看到了这个问题,复制到了群里:“戈登,你跟大家说说?” 戈登·蒂尔:【我杀青的时候都还没有12寸呢,还有很多后续的工艺都还没有……】 江维看了下群,现在还健在的就是戈登·摩尔了,突然反应过来,这个老人家还活着呢!92岁了!这这这,应该也是机器人吧,他老人家是不可能来玩群聊的。 刚想请摩尔老人家来介绍一下现在的晶圆,又看到一条弹幕。 观众最爱螺蛳粉:“咋看来看去都是外国人呢,咱中国的半导体发展就这么不堪么?叹气.gif。” 江维看了一下群成员,确实没有中国人。 但,中国初期的半导体科研和工业体系建设,可是仅在美国之后但全面超越日本、韩国和我国台湾地区的啊。 江维:“系统管理员,有咱中国的专家能进群么?” 系统管理员:“安排!” 敲门声响了,这次是:“黄昆、谢希德、林兰英申请加入群聊。” 观众太空漫步者:“黄昆!我知道!在西南联大与杨振宁、张守廉同住一个宿舍,人称‘物理三剑客’!” 观众暗中观察:“谢希德是中国半导体之母,是中国半导体物理学科和表面物理学科的开创者。林兰英,拉出了中国第一根单晶硅!她们两位都是女性。” 江维果断点击同意! 谢希德:【大家好,哟,第一代半导体人都在,真热闹。】 黄昆:【希德,兰英,终于又见面了。】 林兰英:【可不是么,多少年了。现在只有戈登·摩尔的头像还是彩色的呢。】 江维:“请三位给我们介绍一下中国的半导体科研和工业吧。” 黄昆:【希德,来,女士优先。】 谢希德:【微笑.gif。我是胡建人,1947年去美国留学,1949年转入麻省理工专攻固体物理,1951年获得了博士学位后计划回国。但50年朝鲜战争爆发,美国禁止留美理工科中国留学生回国。】 黄昆:【哈哈,当时希德可是曲线回来的哟。】 谢希德:【害羞.gif,唉哟,当时我的男票曹天钦在英国剑桥大学念生化博士,我以跟他完婚为借口在著名学者李约瑟的担保下去了英国。】 黄昆:【然后拉着曹天钦一起回国了,哈哈。】 字幕君:【李约瑟,1900年12月9-1995年3月24,英国近代生物化学家、科学技术史专家,英国剑桥大学哲学博士。1942-1946年在中国,历任英国驻华大使馆科学参赞、中英科学合作馆馆长。 其所著《中国的科学与文明》对现代中西文化交流影响深远。 李约瑟关于中国科技停滞的思考,即著名的“李约瑟难题”,引发了世界各界关注和讨论。其对中国文化,科技做出了极为重要的研究,被中国媒体称为“中国人民的老朋友”。】 谢希德:【哈哈,幸好你当时在英国布里斯托大学,不用像我一样曲线。而且你还把你的同事Avril Rhys拐跑了!】 黄昆:【没有没有,我是1951年回国的,当时我可没有要求Rhys跟我回中国,毕竟她是个英国姑娘。】 谢希德:【嗯,当时你是抛下她回国了,但人家52年吭哧吭哧跑来找你了呀,还特批入了中国国籍,跟你相濡以沫三十多年。】 黄昆:【是了,李爱扶是很好的姑娘,开心.gif。】 今日无更 010 爱与遗产 011 知识图谱 012 国产大硅片 013 不挣钱…… 014 芯片的诞生 015 平面技术,摩尔定律的原点 016 芯片搞出来了,然后呢? 观众长鼻长在腰上:“仙童半导体把芯片搞出来了,又有平面工艺岂不是立刻就一飞冲天了!” 江维看到这条信息,摸了摸鼻子,心道:其实,非也。 想了想江维发了一条信息到群里:“芯片发明出来之后呢?” 杰克·基尔比:【挠头.gif,其实芯片发明后并没有得到立刻的应用……】 诺伊斯:【嗯,对。当时业界对芯片的生产有比较多的反对声音。 第一,在当时即便是生产晶体管的公司,也只有10%能够获利。对芯片这种新产品的需求就更小了。 第二,业界对芯片的技术前景表示质疑。认为芯片并不能充分利用材料,比如半导体就不是最好的电阻材料。 另外,很多人认为晶体管这么好的东西,不应该和其他器件一起混在一种材料上使用。这样,哪个器件都无法发挥最大的效用。】 杰克·基尔比:【而且芯片的成本很高,1961年做出来的芯片售价要120美元一片,成本就得至少100刀。但如果用分立元件进行组装做成同样功效的产品,成本不到10美元。】 诺伊斯:【还有一点,当时还有大量的电路设计工程师担心芯片这种技术方案会导致他们失业,所以也不怎么愿意用……】 长鼻长在腰上:“啊哦,竟然跟我想的完全相反,这好东西还卖不动了……” 杰克·基尔比:【技术路径不被看好,工程师怕没饭碗、成本高、没市场,芯片差点就夭折了。】 观众大喇叭牛哄哄:“快快,我要看反转!” 诺伊斯:【总之就是凉透了几年,幸好后来出了两个关键买家,一个是阿波罗登月计划,另一个是民兵导弹计划。 两个军工项目都是要飞的,就要求涉及到的电子器件体积小、重量轻、功耗低、可靠性搞。由国家买单,贵不贵什么的就不重要了。 这才让芯片技术能够延续下来,进入真正的应用领域。全靠政府一直奶着,才让芯片支撑到1964年,出现第一个商业化应用,用在助听器上。 不过,即便如此,因为价格原因,芯片的市场还是很小。】 摩尔:【对,当时我和汤姆·贝对芯片的前景有了很大的质疑,甚至反对将研发预算投入到芯片当中。】 拉斯特:【确实如此,这直接导致我的研发小组经费被裁,我是很看好芯片的,毕竟我是深度参与了芯片的研发,也是很有感情的。所以,我离开了仙童半导体。】 摩尔:【拉斯特,真的是太抱歉了。我当时一定是脑子被驴踢了!幸好诺伊斯没有放弃,他坚定的看好芯片的未来。】 诺伊斯:【对,拉斯特的离职其实对我刺激挺大的。此前我还比较佛系,他的离开让我更加坚定了。后来我说服了摩尔和汤姆,加大了芯片研发的投入力度。】 摩尔:【哈哈,我们当时一门心思搞芯片研发,很快就领先了竞争对手。结果飚过了,技术太超前反而更没市场了。 晶体管出现的时候,我们要说服客户放弃真空管。这晶体管还没新鲜几年,我们又要说服客户转投芯片。客户都怒了。 但关键时候,还是诺伊斯力挽狂澜,依靠他的前瞻性所有困难都迎刃而解。】 诺伊斯:【微笑.gif,1964年,我说服董事会在香港设立了工厂,这为我们的价格战奠定了基础。 然后,我们将芯片的价格一降再降,甚至低于了成本价。通过价格去打市场。 另一方面,我们持续研发技术,1959年我们设计的芯片只有一组电路,到了1968年,我们的芯片上已经能够集成1000组电路了。 这是我们能够持续降低价格的原因,越来越多的器件被我们集成进来,渐渐能和分立电路在成本上比一比了。】 杰克·基尔比:【的确,芯片的价格降低极大的刺激了需求,让市场越做越大,终于形成了正循环。市场变大,有更多的收入,能投入更多的研发力量,通过技术提升降低成本。】 摩尔:【1968年啊,我们仙童已经有了3万多员工,海外员工超过4000人,一年的销售收入有1.3亿美金。】 杰克·基尔比:【那是仙童半导体最辉煌的时候了吧,不过那一年也是你诺伊斯离开仙童的年份。不得不说,诺伊斯的离开是硅谷“仙童时代”的结束。】 观众大松饼:“我觉得诺伊斯好厉害啊。” 观众太空漫步者:“当然啦,他后来创立了英特尔,你感觉一下。” 观众我就是螺蛳粉:“我刚刚百度了一下,诺伊斯竟然是一个有头发的帅哥。” 观众大松饼:“对对,长得有点像妇联的鹰眼,哈哈哈。” 张汝京:【确实,美国之所以半导体发展兴盛有两个很关键的点。 第一是来自于政府的支持,在1964年之前,芯片几乎全部都是政府买单。这才让这个划时代的产品没有夭折。 第二是,这些半导体公司在商业化的环境中,很早就领会到摩尔定律的重要性。将钱不断投入到研发中,形成了正向循环。 让技术不断成为成本降低的推动力,从而技术和成本优势双驱动去占领市场。】 黄昆:【确实,中国早年的半导体发展就是没有意识到摩尔定律的关键作用。实则就是对半导体这个行业的发展规律理解不够深刻,导致没有将正循环滚起来。 中国半导体的发展,其实是到了2000年左右才真正进入正轨。 不仅是从国家层面意识到半导体的战略重要性,还有一个关键的因素。 那个时期有不少归国的留学生,他们不仅仅带回来技术经验,更重要的是他们带回来对这个行业的深刻理解。这是一个意识形态上的重大进步。 小张,你也是那个时期来国内的吧?】 张汝京:【对,我是台大毕业的,29岁的时候加入德州半导体,干了20年。刚开始做技术研发,后来就做了大量的建厂和运营工作。 我记得我大概是建了有10座半导体工厂,在美国、日本、新加坡还有意大利。 但有一天我父亲问我:你在世界各地建厂,怎么就不回大陆建? 这句话点醒了,让我找到了真正的人生目标。 1997年,我提前办理了德州仪器的退休手续,打算回大陆看能不能就着这些年的经验做点事情。 那个时候,无锡华晶上华和台湾世大半导体都想让我过去,我就从中牵线,让两家公司合作起来,带着资金和台湾团队去大陆建厂。 但种种原因吧,世大半导体最终与华晶上华拆伙了,我也被迫离开了无锡。】 黄昆:【虽然你离开了,但留下的0.5微米半导体项目,在当时已经是大陆最先进的制程了。】 观众太空漫步者:“张汝京还是很强的,在他的带领下,世大半导体只用了三年就成为全球第三大晶圆代工厂了。” 张汝京:【2000年,台积电的创始人张忠谋把世大给收购了,我就成了他麾下一员。当时我就跟张忠谋提了一个要求,希望收购以后台积电可以到大陆投资建厂。 结果张忠谋不同意,所以我被拒绝后第二天就辞职了,带了200多个旧部去了上海。2000年8月24日,在浦东,咱们中芯国际正式打了第一根桩。】 黄昆:【点头.gif,后来呢?我听说你引咎辞职了,这究竟是怎么一回事?】 017 晶圆厂,不可避免的竞争 观众太空漫步者:“张汝京引咎辞职,还能什么原因,台积电眼红了呗。” 观众暗中观察:“对,当初张汝京太猛了。2008年8月开始在上海建厂,2001年9月就开始投产了。 而且那会儿正赶上半导体周期性的低谷,正是大力建厂的最佳时机。中芯国际趁机低价买了大量二手设备,在上海一口气建了3座8寸的晶圆厂。 2002年又在北京开建12英寸的场子,后面又以换股方式低价收购了摩托罗拉的天津工厂。 到2003年的时候,中芯国际已经成为全球排名第四的晶圆厂了。” 观众太空漫步者:“对,张汝京有多猛,收购了世大半导体的台积电显然是知道的。这个时候台积电肯定要出手‘防爆’啊。” 观众大松饼:“但台积电是台湾公司啊,张汝京也是台湾人,都算是自己人怎么还来这一手啊。” 观众长鼻长在腰上:“台积电是总部在台湾,但台积电有70%的股份是被海外的投资者掌握的,而台积电的创始人张忠谋的股份只占据0.483%左右。” 观众太空漫步者:“也不能这么说,台积电它最大的股东持股仅为6.38%,是台湾地区的基金,第二大股东就是新加坡,持股低于3%,之后才是美国的****银行和挪威银行,这两家的持股也在2%以下,其余的股东持股均在1%以下。持股其实已经相当分散了,而且台积电的董事会基本都是台湾人。” 观众暗中观察:“当时其实主要还是商业竞争的原因,谁也不愿意眼看着竞争对手坐大啊。 当然,现在肯定不仅仅是商业上的原因了。台积电用的设备、技术专利实际上还是要依赖全球供给的,当然大部分来自美国。而且大量的全球客户在里面,它也必须抉择。” 张汝京:【台积电做晶圆厂很早,自然是积累了大量专利在里面。即便是我们已经很小心在避免,但有时候也难免会碰撞到。所以,台积电要以技术专利进行诉讼,其实我们就会很被动。 2003年到2006年间,台积电告了我们两次。最终以3.75亿美元的赔偿和10%的股份作为代价达成和解。 台积电有了中芯国际的股份也暂时避免了一段时间的专利纷争。不过2019年7月,台积电又将中芯国际的股份出手,减持了大部分,现在大概还有0.03%股份在手。 在当初的和解方案里面就有一条附加条件,我必须离开中芯国际,并且从2010年起,三年之内,不得再从事芯片相关工作。】 黄昆:【叹气.gif,商业上的竞争是无法避免的。而芯片制造作为上游核心环节,在国际争端中很容易成为卡脖子的事情。所以,无论如何,我们国家也必须自主发展起来。 不过啊,芯片产业,咱落后了这么久,要发展起来也是真的很难。 制作芯片需要的关键设备光刻机、刻蚀机、镀膜设备、量测设备、清洗机、离子注入机这些,咱们发展得如何了?】