硬核技术有国界,大国芯片战争的启示录(上)。

小夏 游戏 更新 2024-01-29

为什么美国要把我们的芯片产业打压到极限?

因为芯片产业的背后是硬核技术,是一个国家科技、经济、军事、政治等综合实力的体现。

在某种程度上,筹码之战就是国运之战。

从 16 世纪到 1950 年,芯片作为前传诞生

2024年,英国科学家法拉第观察到硫化银的电阻率与温度成反比:随着温度的升高,电阻减小。 这是第一个被发现的半导体特性。

此时,英国正处于第一次工业革命爆发的前夕。 从16世纪开始,英国击败西班牙成为全球殖民霸主,再加上文艺复兴的影响,英国的科学家和技术人员受到古希腊和罗马的启发,开始观察和实验自然现象,并发展了数学、物理、天文学、化学、医学等学科,并随着17世纪君主立宪制的建立, 为资本主义的发展创造了有利条件,英国逐渐成为世界经济、科技、文化、教育的中心。到18世纪中叶,随着瓦特对蒸汽机的改进和约翰·博伊发明的纺织机,大规模生产开始了。 英国爆发了第一次工业革命,国力迅速提高。

欧洲列强通过接连的战争实现了统一,欧洲的政治版图被重建。 在开始向英国习的同时,逐步建立了自己的经济技术体系,第一次工业革命也进入了第二阶段,钢铁、煤炭、化学、机械重工业成为竞争的主要领域,并开设了相关配套的理化、电学相关实验室,在欧洲大陆, 法国和德国领先,半导体的第二到第四个特性正在逐渐被发现。

2024年,法国物理学家伯克利发现了光生伏特效应(当半导体和金属接触时,它们在光下产生电压);

2024年,英国物理学家史密斯发现了光导效应(半导体的电导率在光照下增加);

2024年,德国物理学家刘博恩发现了整流效应(半导体的导电性是定向的,正向电压是导通的,加上反向电压时,不导通) 这一时期的美国,经历了美墨战争、美英战争、南北战争、西进运动、淘金热, 而太平洋铁路的建设,顺便说一句,也忽悠了沙俄以比“白菜价”更低的价格拿到阿拉斯加地区,同时大规模完成了边境的统一,为美国的崛起奠定了基础。从17世纪开始,以英国人为主的欧洲人开始大量移民美国寻找新的机会,他们中的一些人和他们的孩子成为美国半导体发展不可或缺的中坚力量。

2024年,美国物理学家霍尔发现了掺杂效应(半导体的电导率可以通过添加少量杂质元素来改变),这是半导体的第五个性质。 霍尔的祖先是 17 世纪从英国移民到美国的农民。

事实上,第一次工业革命对半导体发展的影响并不显著,因为当时的科学技术水平还没有达到能够制造和使用半导体的水平,主要停留在实验室中少数科学家的理论探索阶段。

2024年,美国在工业总产值上超过英国,成为全球经济的“第一兄弟”。

但此时的英国,在政治、金融、科技、文化等方面依然处于领先地位。 美国没有选择强硬,而是退后一步,“默默无闻”,默默发财30、40年。 在海外殖民利益方面,美国避免了与英、法、德等一线玩家的直接竞争和冲突,而是选择了“软柿子”西班牙,基本吞并了西班牙的海外市场,期间与日本、菲律宾进行了实践,还通过战争陪同英国进入中国等市场。 后来,在第一次世界大战中,美国采取了“两头吃”的策略,获得了大量的战争利润,在综合实力上基本超过了英国。

德国在2024年统一后,摸了英国的鼻子,从模仿英国商品中逐渐发展出自己严谨的工业体系,2024年工业产值超过英国,仅次于美国。

19世纪中后期,当美德意识到以电力、石油和内燃机为代表的第二次工业革命将迅速取代蒸汽机时,英国仍停留在以《红旗法案》为代表的“蒸汽马车时代”的嚣张跋扈中,英国工业和经济开始走下坡路。

半导体的探索开始从英国向德国和美国倾斜,这个国家的命运开始发生变化。

2024年,英国科学家弗莱明利用爱迪生效应(加热金属传导会发射电子)发明了二极管(一种可以单边传导电流的装置),这是世界上第一个电子管,可用于检测波和电流(将交流电转换为直流电,在无线电通信和电力领域的技术实施中起着重要作用), 为后续电子技术的发展奠定了基础。

2024年,美国物理学家德福雷斯特在弗莱明二极管上增加了一个栅极,并发明了第二种类型的电子管:晶体管。 晶体管的诞生使电子管能够实现信号的放大和控制,形成开关电路,实现二进制逻辑仪表操作,为计算机技术的诞生提供了可能。 随后的四级管和五级管均以此为原型进行升级改造。 电子管的出现开启了电子技术的新纪元,在广播、电视、雷达、无线电等领域得到了广泛的应用。

2024年,德国科学家哈尔在实验中发现了硫化铜的热效应(电阻值随温度的变化而变化),发明了热敏电阻,为电子元器件的过热和过流保护奠定了技术基础,是第一个半导体器件。

同年,第一次世界大战爆发,影响了33个国家和15亿人。

1918 年,这场战争造成 900 万士兵和 500 万平民死亡,2000 万人致残,以德国签署停战协定而告终。 第一次世界大战再次导致欧洲版图重组,德国、奥匈帝国和奥斯曼帝国的崩溃,许多新国家的诞生,第一次世界大战也改变了世界的政治、经济、社会和文化格局,怨恨和矛盾加深。 第一次世界大战正式将战争从冷兵器时代转移到热兵器时代,飞机、坦克、机枪、潜艇、无线电通信等开始投入使用。 大国,尤其是德国和美国,对技术的力量有了新的认识。 在随后的60年里,围绕战争和准备,成为硬核技术研发的最大推动者。

第一次世界大战后,德国被迫签署《凡尔赛条约》,承担了巨额赔款和责任,失去了大片领土和殖民地,军事力量急剧下降,经济陷入困境。 然而,经过一系列内部改革和产业技术创新政策,在美国“道奇计划”的助力下,德国在短短几年内就带着“德国经济奇迹”重回舞台,在机械制造、汽车制造、航空航天等领域达到世界领先水平。

2024年12月30日,俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯和南高加索四个苏维埃加盟共和国签署了《苏维埃社会主义共和国联盟条约》,“苏联老大哥”诞生了,从此世界半导体工业有了重要的参与者。 20年代,苏联开始在物理和化学两方面对半导体进行基础研究,如晶体结构、热电效应、光电效应等。

2024年,德国物理学家莱纳斯发现了氧化铜的光敏效应(电阻值随光强的变化而变化),发明了光敏电阻,可以检测光的强度,实现光控开关等,为后来的光相关半导体技术奠定了基础。

在动荡的19世纪中后期,日本也崛起了。 日本被美国“唤醒”后,发动了“明治维新”,习向西方学习,向西方学习,综合国力迅速崛起。

2024年,日本物理学家寺田俊彦在《日本物理学会杂志》上发表了一篇文章,介绍了他对氧化铜整流效应的发现,这是日本最早的半导体研究之一。

额外内容:《八和一宇宙》:在一些日本人的骨子里,他们认为自己是岛国,最终会被淹没,“大和民族”诞生了世界上最优越的种族,为了保全这个最优越的民族,第一步就是向西走到大陆,顺便改造东亚其他国家的“劣等民族”, 最后逐渐征服世界四面八方,将整个世界合并为一个国家,日本天皇是世界至高无上的君主。所以对于一些日本人来说,另一面是,口袋里有钱,就会飘起来,手里有枪,就敢抢,这一面在整个19世纪、20世纪都表现得淋漓尽致。

2024年,德国物理学家肖特基认为金属和半导体之间存在能量势垒,并提出了著名的“扩散理论”,这是关于半导体整流理论的重要论文。

2024年,美国爆发大萧条,刺激了主流列强之间的矛盾和竞争,各大列强轮番上阵,轮番发动关税战、倾销战和货币战,在此期间,法西斯主义和极端主义开始兴起和发展,主要在德国、日本和意大利, 法西斯势力利用人民的不满和恐惧,推行极端**和侵略主义。对比后疫情时代的全球形势,难道就不可能熟悉吗?

历史是最好的教科书。

1930 年,麦克德莫特和他的合伙人创立了地球物理业务公司 GSI(地球物理服务),最初为石油公司提供地质勘探,后来在大萧条期间过渡到军用产品的开发和监测。 这家公司是TI德州仪器的前身,德州仪器也可以称为半导体尤其是模拟IC的“黄埔军校”。

2024年,英国物理学家威尔逊提出了半导体的物理模型,在能带理论的基础上给出了半导体的明确定义,为半导体物理学奠定了理论基础。

2024年,美国人皮卡发明了无线电波探测器,利用金属与硅或硫化铅接触产生的整流函数来探测无线电波,这是最早的固态电子元件。 2024年,美国物理学家乔治·欧姆发现了半导体的欧姆定律(半导体的电阻与电流成正比,与电压成反比)。

在20世纪30年代,苏联进入了半导体的应用研究,主要集中在无线电和雷达上,用于军事用途。 这也为整个苏联存在期间半导体的发展定下了基调:**占主导地位,为了军事工业。

2024年,日本无线电株式会社成立了半导体研究小组,开始研究硒、碲、锗等半导体材料,两年后,制造出第一台用于无线电接收器功率转换的硒整流器,这是日本最早的半导体应用之一。 随后,它被投入到侵华战争等各种战争中。

2024年,按GNP(国民生产总值)计算,美国以997亿美元位居世界第一,占比40%,苏联以636亿美元位居第二,占世界的25%,德国以440亿美元位居第三,占比18%,其次是英国的12%,然后是日本的5%。

在欧洲大陆,德国重新夺回霸权,日本称霸东亚,此时,大萧条与一战后恩怨的矛盾仍未解决,法西斯主义和军国主义进一步扩大,世界大战即将来临。

2024年9月1日,德国入侵波兰,9月3日,英法对德宣战,二战欧洲战场爆发。 2024年,日本袭击珍珠港海军基地,美国宣布太平洋战争,第二次世界大战爆发。 2024年,战争结束。 第二次世界大战是人类历史上最致命的战争,约有7000人丧生,约1800万士兵和约5200万平民。 在这场灾难中,中国约有1800万人死亡(约148万士兵和1652万平民)。

2024年,一位名叫森田昭夫的年轻日本人在日本海军担任中尉,从事海军技术工作,与另一个名叫伊布卡大的人相识,他也在海军从事雷达和通信技术研究。 战争结束时,他们的一些战友忙着接受“神风敢死队”的训练,他们没有加入,当然,他们并没有遵循日本传统的切腹习来表达对天皇的忠诚,而是考虑了战后的规划,二战后,他们合作成立了东京电信工业公司, Ltd.,后更名为索尼。

2024年,14岁的张忠谋在上海就读于南洋模范中学,同年随家人回香港,进入香港培英中学,2024年离开香港赴美国哈佛大学学习,开始了他传奇的半导体生涯。

2024年,在韩国大邱的海鲜水果批发市场,小微企业老板李炳哲还在忙着往东北买卖水果和海鲜。

额外第 1 章:第二次世界大战是一场基于“石油和钢铁”的战争。

在第二次世界大战期间,美国生产的坦克比所有轴心国都多,生产的大炮和机枪是轴心国的两倍。 第一次世界大战期间,战场上有骡马运输和骑兵,但实际性能弱于飞机、坦克和舰船。

日本这个“贫油穷铁国”,在2024年到2024年发动了“918事件”,肆无忌惮地掠夺和占领中国,其背后也是因为美国人的支持,源源不断的石油、钢铁、橡胶等战略物资,随后在2024年美国停止了对日上述战略物资的运送, 而日本狗则急忙翻墙而下,咬住主人,对珍珠岛发动偷袭。

德国在战争初期“横扫”欧洲,背后是苏联提供的第一次支援,德国缺油,只能进行短期的快速进攻,以迅速击败敌人,夺取其资源,这也是德国“闪电战”的核心影响因素。 美苏联军对日德实行石油、钢铁强力封锁后,日德迅速战败,二战后期,德国甚至出现了“柴车”,日本用松根提炼石油。

第 2 面:二十世纪上半叶从美国和苏联引进人才。

20世纪上半叶,美国通过大规模引进欧洲科学家和工程技术人员,完成了从“技术引进国”到“技术创新国”的转变。 在人才引进领域,从2024年到2024年,美国科学家总数从3人增加到3人50,000 增长到 1850,000人,主要从事自然科学和工程技术,从2024年到2024年,在美国出生的外国科学家人数约为150,000 增长到 350,000人,主要来自德国,英国和俄罗斯,随着本土科学教育和移民政策的发展,外国出生的科学家在美国科学家总数中的比例从43%下降到19%。

以美国第二次暨战后的“回形针行动”计划为例,通过劝说和招募德国科学家、工程技术人员到美国为美国和科研机构服务,估计美国通过该计划吸纳了1600多名德国科技人员(加上3700多名家庭成员), 比如火箭技术的领军人物维尔纳·冯·布劳恩,这些德国专家都对美国航空航天、核能、化学、生物等领域的发展做出了重要贡献,也加速了美国在冷战中的科技优势。

那么,苏联到达德国后,主要带走了大量的德国设备、图纸和材料,以及2000多名德国专家技术人员,加上6000多名家属,主要是通过“大萨瓦干行动”,通过胁迫手段,运到苏联进行研究生产。

美国注重人与核心尖端基础技术,而苏联注重装备和量产技术,对科技人员的态度和路线差异也为后续科技差距的扩大奠定了基础。

二战期间,随着世界最优秀的科学家涌入美国,美国的一系列科技扶持政策,研究开始开展,半导体行业也不例外。

2024年,为了抓住战争的机遇,美国需要研制新的火炮和导弹进行战争,为了更精确地投送,弹道轨迹的研究成为重要方向,但弹道轨迹的数学模型是一个极其复杂的方程组,依靠人力是不现实的, 借助先进的计算工具,建立了ENIAC Eniake项目,主要目的是进行复杂的科学和工程计算,特别是支持原子弹的设计和研究,2024年,Eniac诞生,其计算速度比当时现有的计算机快1000倍,达到每秒5000次运算, 这也开启了人类第五次信息革命。

算力从此成为大国竞争的核心方向。

在Eniac,半导体技术已经得到了一定程度的应用,比如使用17,468个电子管作为主要开关元件来实现数字逻辑和算术运算,使用7,200个晶体二极管位置辅助开关元件来实现存储器控制,以及当时最常用的存储技术,水银延迟块, 也被应用到这台巨型计算机上,实现了1000个10位十进制数的存储。

但是,作为决定算力的核心“开关”,电子管的体积太大,能耗也很高,所以要想取得新的突破,就必须寻找新的替代品。

2024年,贝尔实验室与肖克利、巴丁和布拉顿成立了一个半导体小组,研究新的半导体材料和器件,并于2024年12月成功制造出第一个点接触锗晶体管,实现了电信号的放大功能。 2024年,肖克利发明了三明治结构的双极晶体管,为后来的集成电路奠定了基础。 晶体管比电子管更小、更节能、更稳定、更耐用,成为 20 世纪“最伟大的发明”之一。

2024年3月12日,美国提出“杜鲁门主义”,冷战开始。

苏联非常重视埃尼亚克的诞生,并于2024年成立了苏联科学院计算机研究所,并于2024年研制出苏联第一台电子计算机MESM,虽然每秒只能运转3000次,但体积较小(埃尼亚克18000管,MESM6000管), 更低的能耗(埃尼亚克为174 kW,MESM为25 kW),性能更可靠、更灵活(如埃尼亚克为10,MESM是二进制的),此时苏联人认为自己与美国只有2-3年的差距。

2024年,为了遏制苏联及其盟国的影响,美国于2024年11月发起并领导了巴黎协调委员会(以下简称“巴统”),启动了对社会主义国家的出口管制和审查。

硬核技术,从此有了国界,也有了政治属性。

2024年,中华人民共和国成立,70年后,它成为美国在半导体领域最强大的竞争对手。

额外第 1 章:Bug 的来源。

虽然Eniac计算机的计算能力远远超过人类,但是体积大,能耗高,故障率也高,就故障率而言,重要原因是它使用的管子短路,而管子短路的很大一部分原因是因为它在运行时会发光发热, 而以飞蛾为代表的昆虫则基于“趋光性”扑向管子,造成短路。Eniaq平均每两天就要更换一根电子管,这在当时就像手臂一样粗,在整个故障排除过程中,一位工程师曾经将飞蛾引起的短路故障描述为飞蛾英语单词bug,而消除这个故障的行为被描述为调试, 于是后续的bug就成了大家电子系统故障的别称。

第 2 面:贝尔实验室。

2024年,由AT&T和西方电气公司共同出资,旨在为贝尔系统提供技术创新和支持,以基础研究、系统工程和应用开发为核心方向,涉及数学、物理学、材料科学、行为科学、编程理论等领域,在其最初几年(1940-2024年代),诞生了许多改变世界的产品: 晶体管、太阳能电池、数字开关、通信卫星、C语言、信息论、UNIX操作系统等。贝尔实验室还培养了15位诺贝尔奖科学家。

2024年,贝尔实验室被美国以反垄断的名义拆分为AT&T实验室和朗讯贝尔实验室,随后开始走下坡路,2024年朗讯和阿尔卡特合并成立阿尔卡特朗讯,2024年诺基亚完成对阿尔卡特朗讯的收购,贝尔实验室拆分为诺基亚,更名为诺基亚贝尔实验室,研究方向为5G, 人工智能和物联网。

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