谢希德和张忠谋离开麻省理工校园,几乎是在同一时间,却怀着两种截然不同的心情。
谢希德转入麻省理工学院(MIT)后,苦读2年便成功取得博士学位。新中国成立的消息令她兴奋不已,可是朝鲜战争已经爆发,美方对于科技人才的东归多有阻挠。直到著名学者李约瑟出面担保,谢希德,这位后来的“中国半导体之母”才辗转多地,回到祖国。
相比之下,张忠谋的求学之路反倒没有那么顺利。张忠谋出生浙江宁波,在麻省理工完成硕士学业后申请本校博士竟然被拒。年轻的他将之视为有生以来最大的打击,站在没有自己名字的榜单前,多年积累的自尊心、自信心倏忽消灭,十几年读书生涯戛然中断,不知下一步何去何从,何以面对父母,何以面对新婚不久的妻子。
一人满怀期待,一人沉沦迷茫。从同一个校园出发的两个人,最终都把一生献给了半导体事业,把两人截然不同的人生经历拼接一处,就是整个中国半导体的故事。
01
落榜麻省理工一直是张忠谋的心里阴影,不堪回首,不过多年后,他的看法竟然突然有了180度大转弯,将那次落榜视作一生中最幸运的事。
求学遭拒的张忠谋被逼无奈地找着工作,陆续到手的offer中,福特汽车的工作邀请最令他心仪。彼时的福特如日中天,列席全球前十大企业。张忠谋作为麻省理工机械专业的硕士,去福特,方是才尽其用。奈何不作死就不会死,由于手中另一个offer给的月薪比福特高1美元,年轻的张忠谋竟然希望福特给自己涨薪,在吃了一个官僚式的闭门羹后,他去了那家月薪高1美元的企业——希凡尼亚(Sylvnia)。这家以生产电灯泡、电视机、收音机、真空管为业的公司,当时正在研究一项新的产品——以半导体为材料的晶体管。
张忠谋学的是机械专业,论及和公司主业的契合程度,远不如物理专业,因此同一时期也在希凡尼亚的另两位中国年轻人才是热门——哈佛大学物理博士黄敞和宾夕法尼亚大学物理博士林兰英。不过,后二人选择了谢希德一样的道路,先后辞别高薪,辗转回国。
那艘著名的威尔逊游轮,受到美国中央情报局(CIA)的严密搜查,甚至连学科教材和学生笔记都被扣下。林兰英,这位宾夕法尼亚大学历史上第一位女博士,用药盒,偷偷带回了自己提炼的锗单晶和硅单晶,作为给新中国的献礼。
在此之前,黄昆已经先从英国登船。曾经,在西南联大他是和杨振宁齐名的物理系“三剑客”;现在,和量子力学鼻祖、后来诺奖得主马克斯·玻恩(Max Born)合著的《晶格动力学理论》,已经令他在世界物理界声名鹊起。
当张忠谋还在为由机械专业转入半导体职业而挑灯苦读。太平洋彼岸,在新中国聚首的黄昆、谢希德、林兰英、黄敞、王守武们,已经组建了一支年轻有为、群星闪耀的顶配阵容。
不妨用贝尔实验室发明晶体管为里程碑,中国半导体起步之处,只落后美国3-5年。
02
根据导电性,物质分为导体(比如铁)和绝缘体(比如木头),所谓半导体,顾名思义是介于两者之间的物质,其导电性受到导带中电子数量的控制。科学界很早就认识到半导体的存在,只是一直不知道怎么利用它。直到1948年贝尔实验室的威廉·肖克利(William Shockley)以半导体材料发明晶体管,其小、轻、短、省的优点,完美替代电子产业的上一代技术(真空管),至此一场持续至今的产业革命正式起步。
肖克利登高一呼,无数青年才俊慕名而来,加入他的商业化公司。但是除了商业理念不合,肖克利家长式的作风令人作呕。比如,戈登·摩尔(Gordon Moore,摩尔定律的提出者)回忆,实验室发生小事故,员工们要通过测谎仪来分辨谁撒谎,谁有错。终于,以诺伊斯为首的8人组团出走,创办仙童公司(Fairchild),史称:仙童八叛将(The Traitorous Eight)。
仙童八叛将(The Traitorous Eight)
尽管仙童历经短暂的高光,众人便再次四散,但是无论从事产业、研究还是投资,都颇有建树,以至于几乎一半以上的硅谷公司,都有仙童的直接基因,这才有了“先有仙童,后有硅谷”之说。其中,诺伊斯(Robert Noyce)和摩尔新创立的公司,取名英特尔(Intel),在集成电路行业独领风骚,几乎历经了人类历史上所有的科技争霸,化成一座高峰矗立至今。
1956年,新中国发出“向科学进军”的号召,在总理的关心下,教育部集合北京大学、复旦大学、吉林大学、南京大学、厦门大学300人,由黄昆和谢希德牵头,在北京大学开设半导体专门化培训班。这300人中包括后来的中芯国际董事长王阳元、华晶集团总工程师许居衍、电子工业部总工程师俞忠钰。如沐春风里,中国半导体事业扬帆起航。
期间,中国独立提炼的锗晶体、自主研制的集成电路相继问世,各项里程碑只和美国差距5-7年,和日本几乎同步,领先韩国整整十年。
除了北大顶配的半导体班,黄昆和谢希德编写的《半导体物理学》问世,北黄昆南希德,坐镇复旦大学的谢希德,推动固体能谱研究,组队伍,进设备,筹实验。中国半导体从人才培养,到产业探索,稳步推进。
可惜,正在“仙童播种,硅谷花开”的同一时间,运动席卷中国。谢希德连同剑桥博士的丈夫很快被安上“特务”罪名。 这位“反动学术权威”的新工作是在复旦大学物理楼后面的荒草地上拔草,不许停也不许抬头。烈日暴晒下,她头顶那间复旦低温实验室被改造成关押科学家的牛棚,液氦设备作为废物送给了工厂。戴了多顶“帽子”的她,不准接触研究,不准出席外单位的学术会议,不准订阅刊物。离科学最近的距离,是被安排到校办工厂磨硅片。
那“空有射日手,不许挽大弓”的十年,恰恰是西方世界半导体行业腾空而起的十年。
03
早期晶体管的半导体材料是锗,但科学界已经认识到硅是更好的材料,只是受限于技术,炼不出成本合适且足够纯度的硅。
位于美国西南部的得克萨斯州盛产牛仔,民风粗犷,在美国主流人群看来,就是乡巴佬。当偏居一隅默默无闻的德州仪器(TI)宣布提取出可以用于工业生产的硅,着实令人吃了一惊。
张忠谋也是因为德州仪器的硅材料革命而认识这家公司,在希凡尼亚完成自己由机械系学生到半导体专家的转型后,张忠谋跳槽到德州仪器。幸运的是,硅材料的革新仅仅是德州仪器的开始,张忠谋亲眼见证了另一项开天辟地的发明。
杰克·基尔比(Jack Kilby)身高2米,体型瘦削却有着一个大头颅,30多岁年纪却异常显老,但是那冲破天际的发际线霸道宣扬着一名卓绝工程师的实力。和张忠谋年龄相仿,又同时加入公司,两人很快成为每天一起喝咖啡的好朋友。基尔比将晶体管、二极管、电阻,组成一个线路放在同一粒硅晶片上,取名“集成电路(Integrated Circuit)”。基尔比不仅凭此发明荣膺诺贝尔物理学奖,而且一举革新行业。半导体行业正是热火朝天,德州仪器手里有了利刃,从此披荆斩棘,一跃冲天。而张忠谋一干就是30年,期间南征北战,了却君王天下事,赢得生前身后名。作为德州仪器的第三把交椅,正值壮年的张忠谋已经是全球电子行业的华人第一人。但是,那依旧还不是他个人成就的巅峰,往后还有更大的辉煌等着他。
第一块IC
很长一段时间,德州仪器从一无所有到割据称雄的励志故事为人津津乐道。“以小博大”,“后来居上”,这类看似凿凿的商业规律,既是激励后人前赴后继的商业鸡汤,又是造成行业累累白骨的死亡诅咒。
04
电子产业的未来辽阔到没有边际,大国间的军备竞赛立即打响。在集成电路发明之后仅仅几年,日本和中国先后拍马赶到。
其中,日本以通产省为领导,以富士通、日立、三菱、NEC、东芝5大企业为核心,联合各大研究院、研究所,推出超大规模集成电力计划(VLSI)。三年后,携自行研制的64K随机存储器,杀进Intel的主战场。竞争手段简单粗暴又实际高效:永远比Intel便宜10%。
凭借禀赋优势和价格血战,日本人迅速在美国发明的市场中杀出一条血路。80年代,日本半导体产值超越美国。打得行业鼻祖Intel宣布退出存储器市场,玩不起,不玩了。尽管事后来看,Intel凭借断舍离,聚焦微处理器市场反而走向了更大的成功。但是彼时彼刻,行业明星亏损1.8亿美元,解雇8000名员工的消息让美利坚举国震惊再举国焦虑。
美国分别从立法、产业政策、直接干预、贸易战等多个角度,组织了针对日本的狙击。除了克林顿力推的“信息高速公路”,美国政府还发起成立半导体制造技术联合体(SEMATECH),由仙童+Intel创始人、商业和科技领袖诺伊斯挂帅。经费上联邦政府出一半,企业出一半,研究成果共享。当然更著名的是对日贸易谈判,以100%的关税及各项条件相胁。最终日本承诺自行对半导体产品管制,减少产量,提高价格。
日本商业领袖、索尼创始人盛田绍夫,连同日本右翼政客石原慎太郎写了一本《日本可以说不》,骄傲神情跃然纸上。可是,随后日本就滑入“失落的十年”,甚至二十年。尽管电子产品依旧荣光,但是走下神坛的趋势已经注定。
不得不说,韩国人来得刚刚好。三星李秉哲去渴望牵制日本的美国引进技术,来军心动荡的日本高薪挖人,其中东芝半导体事业部部长川西刚的加盟尤为关键。90年代正是计算机产业井喷发展的时候,日本的限产限价,为韩国发展半导体提供了极大的便利。
三星不光趁势利便,还给行业带来更大的腥风血雨。半导体是典型的强周期行业,价格上涨,大伙砸钱投产加班加点;价格下跌,又裁人关厂贱卖保命。可是三星却清新脱俗,每每价格下降,行业日子难过,三星偏偏进一步扩大生产,继续打压价格,逼死竞争对手,形成垄断。这套由Intel发明的“逆周期投资法”被韩国人玩出了风格,玩出了水平。
不过三星之所以敢于摆出一副赌徒模样,拉着整个行业跳悬崖,是因为背后韩国政府的支持。在韩国,半导体行业被称为“工业粮食”、“孝子产业”;政府以行政方式指示各大财团给企业放贷。之后连续20年,几乎连年巨亏,但又屡败屡战,学生终于打败了老师。随着日本尔必达的倒闭,如今DRAM存储器市场,三星绝对领导,身后跟着海力士(韩国现代集团分拆)、美国美光,除此之外,在世界范围内拿着望远镜和显微镜都找不到竞争对手。
通过日胜美、美惩日、韩国逼死所有人的江湖历史,不难总结出半导体产业的精髓:坚定国家意志、引进先进技术、抓住领军人才、穿越长期亏损。
可惜,深陷运动的中国没有条件知道,重回世界的中国走过足够的弯路才能了解。如今的中国既有清晰的认知,也有积累的实力,但是行业的命题已经不同以往,由于半导体行业的奇葩特性,面前这道积年累月长成的天堑,恐怕要狠狠考验一番中国。
05
纵观六七十年代取得的成绩,言必称“两弹一星”。这项在国际封锁+国内混乱背景下诞生的成就,衍生出一个当代中国的疑问范式:中国人连“两弹一星”都能造得出,为什么造不出芯片?为什么造不出汽车?为什么造不出中国女孩爱用的美妆品?……
钱学森的话发人深省:20世纪60年代,我们全力投入“两弹一星”,得到很多;70年代我们没有搞半导体,为此失去很多。
在我们总结的半导体行业四项精髓之中,最容易模仿的是“引进先进技术”。70年代,中美和中日先后实现邦交正常化。俗话说趁热打铁,70年代初,我国从日本引进7条生产线,不过设备有了,技术、软件能力没有跟上,因此效果不佳。70年代末,美国产业升级,中国引进淘汰下来的二手设备,组成24条生产线,但是同样因为技术、软件能力跟不上,没有达成预期,成了夹生饭。为什么一模一样的错误可以重复犯?六七十年代举国封锁,涉及引进西方技术的事项往往事出有因,但是尽管如此,每当运动来潮,还是要被扣上“洋奴哲学、爬行主义”的帽子,批判打倒一番。时代风雨摇曳,又谈何思考总结?
两弹一星和半导体产业完全是两种不同的事业,前者是尖端科技的局部突破,靠的是不计成本的运动式投入,而后者是成本收益匹配的规模经济,靠的是整个社会产业链的成熟和效率。
“谁家新燕啄春泥,几处早莺争暖树”,世界半导体行业日新月异,你方唱罢我登场,可是中国报纸却沉迷在这样的宣传典型:某某弄堂里街道老奶奶靠拉扩散炉做出了半导体。
当我们关上大门时,中国半导体只落后世界5年;当中国再次回到世界,已经落后20-30年。1977年,王守武说:全国共有600多家半导体生产工厂,其一年生产的集成电路总量,只等于日本一家大型工厂月产量的十分之ー。痛心疾首的邓公问他:你们一定要把大规模集成电路搞上去,一年,行吗?
怎么把中国半导体产业搞上去?让谢希德们重回讲台和实验室,立刻拾起中断十年的人才培养,肯定是题中之义,算而今正是77、78级半导体学生撑起了当下行业的半边天。但是在人才培养之外的探索,时代主题恰恰是弯路的起点。
改革开放之初,举国上下认为只要引入竞争,开放市场,就能解决一切问题。因此整个国家的治理思路是减少直接投入,鼓励大家去经济规律中自己找出路。政企分离后,财政拨款没了,但是有银行贷款。鉴于中西方差距显著,也为了短期见效,全国半导体工厂,纷纷放下自主研发,引进国外生产线。同样的命运也发生在中国大飞机上。
不过,简单的放任自由并不是良药。半导体制程一日千里,各自为政的引进,缺乏专业性和谈判筹码。既拿不到最新的工艺,又做不到消化吸收。“引进、消化、吸收、创新”的口号没有做到,却形成了“引进、消化、落后,再引进”的怪圈。很快,连年亏损加上银行利息,企业陷入困境。
认识到错误的执政者调转方向,国家项目531工程和908工程接踵而来。
可惜,目标“普及5微米,开发3微米,攻关1微米”的531,最终还是“引进了设备,却消化不了技术和管理”。这一次重蹈覆辙,已经不仅仅是认识不足的问题,更大的原因在于,十年运动,中国半导体人才青黄不接,即使清楚软件和管理更重要,却巧妇难为无米之炊。
而908的失败是另一种典型。目标是跻身世界一流的908工程,审批2年,论证3年,建厂2年,7年过去,华晶工厂一落地就落后。不但落后了先进工艺4-5代,月产能也只有可怜的800片,连目标产能1.2万片的一成都不到,可以说毫无商业价值。面对沉重的银行利息,华晶后来的选择很是被动。历经辗转和反复,直到新世纪被央企华润收购,成为现在的华润微电子。
那注定是中国半导体事业最昏暗的一段时间。论国家投入,改革开放成果积累有限,财政捉襟见肘,心有余而力不足。论激励机制,社会主义市场经济制度还在襁褓,国企改革还在摸索,根本吸引不到国际一流人才。而十年教育停滞带来的人才断档,阵痛不断,令人心痛,又无可奈何。
回首531、908,唯一听上去算作宽慰的评价是,它们真是中国半导体事业的“黄埔军校”。其实“黄埔军校”是名副其实的哀辞,其所指往往曾经辉煌,终而没落,前景索然,因此人才四散。
跌跌撞撞,我国集成电路产量终于迈过了1亿块的槛,进入业内所说的大生产阶段。以此为口径,落后美国25年,落后日本23年。
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