从芯片“冷战”，看技术的进化

来源:电子工程世界发布时间:2022-11-16158浏览

11月10日，欧洲议会以560票赞成的压倒性优势，通过了“欧盟游戏法案”。这意味着立法机关也正式认可电子游戏背后所潜藏的巨大价值了。此次决议的主要推动者、欧洲议会议员Laurence Farreng在决议前的辩论发言中表示：“对于过半的欧洲人来说，电子游戏是他们文化生活的重要组成部分”。正是看到了游戏生态背后繁荣的民用消费市场与潜力，欧盟通过了这样一个法案。其实民用市场的打开与发展，不光对各国经济、文化有强劲的促进作用，在以芯片、人工智能为代表的高精尖产业的规模化上，更是尤为重要。刚好最近看了一些美国芯片发展历程的书，给大家分享下。1955年的加州，著名的“晶体管之父”、诺贝尔物理学奖获得者、麻省理工天才物理学家肖克利带着一群年轻的研究员正在一片“未知之地”艰难跋涉。
当时美国国防部主导的初代电子计算机已经结项，成果显著，只是刚诞生的那个计算机巨大无比，没达到国防部的预期。国防部希望把计算机应用到更加广泛的领域，比如生物和航天领域也需要这玩意，几乎所有的研究所也都希望有一台，而且军方希望把功能简单的控制单元（后来的芯片），装进导弹里，让导弹更精确。甚至把雷达，火炮通过芯片联系在一起，雷达看到目标后，不经炮手调整，火炮就可以直接射击。可是当时的计算机实在是太大了，根本没法铺开用。于是几个著名的实验室都展开了竞争式的研究，其中英国雷达研究所，贝尔实验室，还有文章开头提到的肖克利，他创立的肖克利实验室都在为这个项目做研究。肖克利本来在贝尔实验室做研究员，出了成果后，就出来单干。相比贝尔实验室，肖克利实验室可能大家了解得比较少，其实它做出的贡献非常大。不过最大的贡献，是后来出了八个著名“叛徒”。其中就包括咱们熟知的“摩尔定律”里的那个摩尔，他后来一直是英特尔的技术负责人，此时还在这个实验室里做科研。这八个员工对创始人肖克利观念并不认同。肖克利作为科学家，他对市场和需求什么的兴趣不大，只想做基础研究，对成本、量产、盈利什么的几乎没兴趣。可手底下的这八人认为最关键的事，是降低成本，规模化生产，要搞集成电路，这样就可以让更多人购买得起这些技术，到时候廉价的控制单元不但可以塞进导弹里，还可以塞到收音机，电视机，让计算机变得更小，更多公司能买得起，到时候研究所就可以实现盈利。这让他们的领导兼首席科学家肖克利感觉非常搞笑，自己一个科学家，搞基础研究的，要啥盈利？所以不但拒绝了这几个人，还非常粗暴地表示，你们八个既然想在实验室里干，就得好好听他的。这八个人后来离开肖克利实验室，成立了一个新的公司，叫“仙童”，这个名字的来源是给他们投资的金主爸爸叫“仙童（FairChild）”。有些小伙伴可能并不了解这个公司，其实这个公司是半导体和计算机史上里程碑式的存在。它把重点研发方向改成了以硅为材料批量生产集成电路，取得了巨大成功，没几年就把老东家扫入了历史垃圾堆。后来这个仙童公司管理层的路线和他们的技术骨干再次发生冲突，负责研发的骨干再次大批出逃，跟蒲公英似的，成立了一大堆半导体公司，其中就有后来著名的英特尔和AMD。这些公司都在仙童附近办公，后来那一块地集中了大量的半导体公司，于是大家叫它“硅谷”。硅谷一出现，就在另一个新东西的助力下疯狂扩张，那就是风险投资，毕竟那些创业者基本都是些科学家和大学生，等他们自己攒够钱再创业，黄花菜都凉了。而且试错成本对于创业者来说一直是个大麻烦，“风投”的出现解决了这个问题。而且风投跟以前的投资不一样，并不是投资人给钱就完事了，而是投资人深度介入到运营当中，利用自己的人脉和关系帮助创业者争取更多的资源。当然了，能有那么快的进展，也和他们源源不断的精英移民有关，比如英特尔的创始人格鲁夫是匈牙利人，乔布斯生父是叙利亚移民，谷歌布林来自于苏联的一个犹太家庭，英伟达的黄仁勋和现在AMD的苏姿丰都在中国台湾出生，而对极紫外线光刻机做出决定性作用的林本坚是出生在越南的中国台湾人。不过这都不是最重要的，最重要的是，当时美国组建了一个贸易体系，在那个体系里，大家有钱购买这些最先进的技术产品。一开始是美国军方在购买这些芯片，后来是大公司和研究所为了提升工作效率，也在买，后面软件生态渐渐丰富，可以说给芯片行业带来了大量且持续的技术需求和高额回报，而这也反向促进了芯片研发和更广阔的应用。其实在英特尔的4004诞生之前，芯片的功能是早就定好的了，而现在只需要改变4002中保存的用户指令，就可以让4004实现不同功能，独立的软件行业就此诞生。而差不多在英特尔推出4004的同时期，另一家计算机大鳄IBM在行业内首次开始进行软硬件单独定价，更是在商业市场维度刺激了软件行业的发展，大大小小的软件公司就是在这个时候成立起来的。光是1970到1980这10年，美国软件行业的产值增长就已经跑赢了芯片产值的增长速度。这里又有个比较反常识的事，最早的芯片大规模应用并不是电脑，而是各种游戏机，可以说，以游戏为代表的应用软件，对游戏机等革命性的家用产品以及芯片的推动超过了绝大部分人的理解和想象，甚至是决定性的作用。这一点其实经历过90年代的小伙伴都有感觉，咱们接触电子产品的顺序，也是步步高学习机，超级玛丽魂斗罗，然后是网吧，红警和冰封王座，最后才是家用电脑。西方也一样，个人PC刚出来那时候也贵得离谱，但是游戏机相对便宜很多，于是游戏机行业成了芯片军备竞赛的主战场。1977年，雅达利2600的推出就引发了轰动，日本的GB（gameboy）普及率就更高了，销量保守估计超过1亿台，后面的PS卖得更多。为了吸引用户，这些游戏厂家争先把最先进的芯片塞到自己的游戏机里。甚至后来的电脑普及，主要也跟游戏相关，大学生都知道，买电脑是为了学习，然后就变成了游戏机。现在更明显，绝大部分人买台式机、智能手机，除了拍照、视频剪辑、修图性能，还核心拼的就是游戏性能，看卡不卡。世界第一芯片代工厂台积电49%的产能都是做手机芯片，苹果是他们的大客户。这些年推动芯片进步的最大动力，主要是手机上的吃喝玩乐APP等应用软件，而这些app里，最吃性能、对芯片推动最大的，就是各种手机游戏。一部高性能游戏手机比不能玩游戏的贵得多。而且游戏领域尤其明显的是，硬件再咋进步快，最后都会被越来越大的游戏软件把性能吃光，软件永远都比硬件快一步，所以必须发狂挖掘硬件性能。这场军备竞赛中，AMD和英伟达最终胜出。AMD的创始人也是从仙童出来的，英伟达的黄仁勋以前是AMD的工程师。英伟达靠做游戏显卡起家，游戏营收一直他们最主要的收入来源，最近几年占比都在40%以上，早期更高，很长一段时间，是100%。然后英伟达又把赚到的利润拿出部分，在研发上重度投入，循环下来，慢慢成为了全球GPU霸主。也正是因为显卡并行复杂算力越来越高，正好应用在了人工智能上，谷歌的那个高配置版本的“阿尔法狗分布版”（AlphaGo Distributed）使用了1920个CPU和280个GPU，现在国内训练人工智能模型，主要也是使用GPU。此外谁能想到，现在的无人机、战机和坦克里都塞了显卡进去，尤其军用无人机，由于需要处理大量的图像，也都塞了高性能显卡。在这个过程中，为了抢订单，那些半导体公司豁出去的竞争降低成本提高性能，这种不择手段的竞争，让那些芯片越来越快，越来越便宜。而低价产品进一步让更多人能买得起，加入购买大军的人越来越多，进一步刺激生产商加大研发力度。群众购买电子产品花出去的钱，进了科技公司之后，科技公司雇佣更优秀的人，给更高的工资，他们削尖脑袋研发更先进的技术。大学生毕业也可以去这些科技企业做研发，催生出了一个庞大的中产阶层。中产阶层的消费能力又可以支撑更深入的研发。这就形成了“消费反哺研发，竞争激发创新”的模式，一个不断扩张的商业循环，一旦开始了，就停不下来。这个循环既是一场商业盛宴，又是一场残酷的生存战争。无数公司前赴后继找个方向去研发，最终往往只有少数几个方案能落地，剩下的公司也就死掉了。现在大家知道的那一堆跟芯片有关的公司，什么英特尔，AMD，台积电，ASML，德州仪器，海力士什么的，都是无数同行死剩下的，而且他们现在依旧得发狂地奔跑，防止再次被超越。这种随时会被淘汰的压力最终就是他们研发的动力。之前说5纳米几乎是技术极限，不过最近又看到三星已经购买了能量产2纳米的光刻机，2027年还要投产1.4纳米，看来保守了，摩尔定律这颗柠檬还没有被彻底榨干。当然了，美国也不是一直维持全胜。比如在存储领域，对市场把握更加精准的日本曾经就抢了美国的生意。当时美国的存储主要是给大公司用，日本企业家意识到家用电脑PC即将崛起，所以专心给这些小型电脑做硬盘，越做越大，毕竟这个市场是接近无限的。壮大后开始吞噬美国巨头们的地盘。英特尔差点被逼死，最后放弃存储转型专门去做CPU了。也正是因为廉价芯片的大规模使用，导致美军的高科技武器上了一个新台阶，在海湾战争中打出了一个漂亮的歼灭战，如果不是那些芯片便宜地跟白菜似的，根本不可能大规模使用。此外很多军用技术，也不是专门给军队开发的，而是从民用体系里拉一个分支出来，这样也可以降低军事研发的费用。最明显的就是GPS，这个项目美国军方早就在酝酿，到时候给每个士兵配一台GPS终端。可是费用太高了，卫星反而是次要的，几十万个GPS终端简直要命。直到民用GPS设备一直降价，这事自然而然也就解决了。强悍的民用科技公司也可以给军方定制产品，比如美军很多技术就是IBM给搞的。此外也因为更先进专用芯片被开发出来，应用在精密数控机床上，这些机床可以生产出更加精密的设备，这些设备可以生产更加先进的芯片，形成一个进化的闭环。相比而言，苏式武器精度不行，很重要的一个原因就是他们芯片算力没上去，价钱也没下来。芯片不行，相关数控车床也不行，生产不出更加精密的东西。原因不复杂，他们没有市场的淘汰机制，没法快速剔除掉落后玩意，也没法让先进的脱颖而出。之前有种说法，说是苏联为了防止在核战争中集成电路不安全，所以才没研发。也不全对。当时具体往哪个方向发展，并不是计划出来的，而是发展出来的。美国当时并不是选了一个方向往前发展，而是同时有几百个方向都在各自突围，只是最后硅基半导体取得了决定性的优势，其他团队走了死胡同。美苏的计算机前辈们都有种让后辈听自己的执念。所以肖克利才会大骂那八个人是叛徒，甚至一度扬言让那几个人在江湖上彻底混不下去。不过尽管肖克利在学术圈影响力很大，在市场上却几乎没人理他，后来他成了个笑话，“八叛徒”却成了硅谷的神。这一点在苏联却行不通，苏联当时的体制下，根本不存在“单干”一说，每个人都有一个确定的坑，除非不想混了，否则跑是跑不掉的。苏联的科研体系也出现过类似“八叛徒”那样的离经叛道分子，但是他们没法出去单干，只能留在原来的单位，最后彻底湮没了。此外现代科研成本极高，没有大量资金支持根本寸步难行。从爱迪生时代开始，发明和创造就是一个极其耗钱的事，当初因为支持爱迪生的事业，财大气粗的摩根家族也矛盾重重，小摩根很看好爱迪生，投入了大量的资源，这使得他和他爹关系非常紧张，因为投资太大了，老摩根不太能看得懂爱迪生，觉得小摩根就是瞎胡闹。可以说，苏联科学界最大的问题，就是“权威化”，或者说“学阀化”，很多领域先驱经过艰苦奋斗，出了成就，然后都变成了教主。这事在全世界都差不多，从毕达哥拉斯处死敢挑战自己的徒弟开始就是个通病。如果可以，先辈一定会打压后辈，除非他们确实做不到，恰好市场经济下他们就做不到。而且市场经济下，打破别人的垄断和壁垒会获得超额利润，这也就激发无数人前赴后继去搞“破坏式创新”，科技就在这样不断地自我否定过程中前进，再怎么牛逼的企业，一不留神就会被更牛逼的取代，再先进的技术，都会被更先进的所取代，再怎么牛逼的神，都会被新神所替代。进步就是这样产生的。更重要的是，苏联没有一个规模巨大的消费阶层来摊低研发成本。这就导致苏联的研发费用是财政给，美国的研发费用最终被消费者均摊了。美苏研发计算机的“原始驱动”方面是一样的，都是为了解决军方的问题而立项。后期慢慢分化越来越大，苏联几乎没推向民用，导致计算机进化速度没法跟美国相比。到了七八十年代，苏东阵营的研究所和科研机构也都在使用进口的IBM计算机，几乎没人用苏联自己的。再后来七寡头之一的弗里德曼，他意识到苏联急需大量的美国计算机，于是专攻这项业务，走私美国小型计算机到苏联发了大财，为后来瓜分苏联做好了资金准备。苏联民用不行，军用自然也行不到哪去，也正是因为苏联极度缺乏计算机相关技术，只能是偷摸通过套壳公司向西方阵营购买。后来苏联出了一个间谍，把这事泄露给了法国人，法国人又告诉了美国人。美国本来准备彻底掐断这条地下贸易线，后来意识到可以搞点事。于是中情局故意卖给苏联一些他们急缺但是有缺陷的设备。比如1981年，苏联架设了一条通往欧洲的巨型油气管道，急需精密的控制系统来自动操控管道上无数复杂到极点的阀门、压缩机和贮藏设备。由于当时苏联无法向美国购买管道技术，于是克格勃转而向加拿大企业购买。这事被中情局提前得知，于是修改了加拿大人出售的控制系统技术参数。苏联把这些技术应用到天然气管道上之后，很快管道爆炸了，爆炸火团从卫星上都能看得到，后来据测算，大概相当于1/4颗广岛核弹。爆炸当天，美国政府的一些官员以为这是苏联在测试新式核武器，后来负责这事的中情局官员告诉大家，是苏联不小心把自己的天然气管道给炸了。也正是因为有了科技代差，到了八十年代，单纯研发肯定是没法追赶，因为无论科技人才，还是资金，或者市场，都没法跟西方比了。苏联后期主要采取的是向西方进口技术，但是很快遭到西方的集体封锁，技术差距越来越大。等到西方的各种的东西涌入（走私）苏联，苏联老百姓彻底被征服了，炫酷的车，收音机，电视，游戏机，相机，还有花花绿绿的牛仔裤，耐克阿迪，麦当劳，苏联老百姓的观念彻底崩了。这也是为啥很多人说，苏联解体很重要的一个原因是技术代差。尾声：回顾了一下芯片的发展史，就能发现。民用和军用看着好像是隔离的，其实是一起的，世界上没有哪个国家老百姓过得一塌糊涂，科技和军事还巨发达。因为给军方生产武器的生产商需要先进的技术和顶级的人才，这些东西不可能凭空出现，只能是在市场里不断竞争和搏杀，最后胜出的才是神。竞争的规模越大，胜出的神才越牛逼。可以说，需求是技术之母，市场是技术之父。战争需求，民用消费体验需求，工业需求催生了新技术，但是技术如何迭代壮大，却需要市场的不断哺育。任正非就说过，华为的一切成就，都只是做了符合市场需求的事。也正是市场，才能让芯片这种高精尖且投入巨大的支柱性产业，有源源不断的收入反哺研发，进而促进芯片性能的持续迭代。所以大家能看出来：竞争性的供给端；自由流动的大脑；低成本的资金；能摊低成本的消费市场。这几样可以看作是现代创新和科技进步的基石，没这些，最后都会溜达到死胡同里。回到我国现在的情况，中国芯片产业发展的最大障碍不是外国芯片产业链不供货，而是外国芯片产业链太过充分廉价地供货，导致国产萌芽阶段的芯片根本发展不起来。现在美国退出这部分市场，某种程度上讲是让出了一个“利润空间”，谁能填补，谁就能获得巨大利益，这无疑给了我们发展的机会，虽然难，但是机遇。在利润和市场的驱动下，尊重人才，尊重市场，尤其是充分利用好我国在电子消费市场、软件应用市场上的潜力，坚持持久战，中国芯片发展必然能有所突破。

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