芯片产业博弈为何如此激烈？

      石英砂是自然界中最常见的非金属矿物原料。人们通过冶炼把石英砂变成多晶硅、单晶硅，然后通过集成电路设计、工艺制造、封装和测试等环节，最终把硅变成一个集成电路芯片。我们称之为“点沙成金”，这是一个附加值极高的生产过程。

      从集成电路的发展历史来看，在半导体集成电路之前，信息产业主要是依靠电子管（真空管），这类产品体积大，可靠性相对也比较差。

      1945 年，美国贝尔实验室首先开展用半导体材料研制晶体管。1947 年，贝尔实验室的3 位科学家约翰·巴丁、威廉·肖克利、沃尔特·布拉顿研制出世界上第一支晶体管（图1），它就是集成电路芯片中最基础的一个器件。1948 年9 月，《电子学》期刊封面刊登了3 位科学家发明晶体管的照片（图2），他们共同获得了1956 年诺贝尔物理学奖。

       1958 年，美国德州仪器公司的工程师杰克基尔比研制出世界上第一块集成电路，上面集成了12 个晶体管。2000 年，当他77 岁时，才因集成电路的发明与其他两位科学家共同被授予诺贝尔物理学奖。迄今为止，个人电脑、移动电话等被人类广泛使用的集成电路产品皆源于其发明。可以说，一个工程师改变了世界。 

      无论是晶体管还是集成电路，刚出现时人们都没有给予过多关注。直到1971 年，情况发生了巨大的变化。1971 年，英特尔公司生产出世界上第一款微处理器。尽管它只有2300 个晶体管， 相比现在300亿～500 亿个晶体管的芯片，确实是小巫见大巫，但却代表了一个时代的到来，标志着人类真正进入数字化的集成电路时代。它的名字叫英特尔（Intel）4004。

      依托于微电子技术，集成电路的发展一直追求“三高两低”。“三高”指高速度、高密度、高可靠。高速度，即用户要求晶体管工作速度越来越快，要求芯片的处理速度也越来越快。高密度，即一个芯片上集成的晶体管数目越多，功能就越强大。目前一个芯片能够集成几百亿个晶体管。高可靠，即芯片一定要可靠耐用，具有在不同环境甚至是恶劣环境下工作的能力。“两低”指低功耗与低成本。低功耗，即要求芯片功耗低，这意味着待机时间会更长；低成本，意味着价格不会太贵。因此，“三高两低”就构成了集成电路产业始终坚持的奋斗目标。

       自集成电路发明以来，集成电路产业一直是技术密集型产业。我们设计好集成电路后，需要把它转移到硅片的半导体材料上去。那么，用什么办法来转移呢？通常是通过曝光的方式把它转移到硅片上去，我们称之为照相技术。然后通过一层一层不同的工艺，使其最终形成一个完整的集成电路。这个过程，就是通过光刻机来解决的。

      集成电路越密集，线条越小，密度越高，要求光刻机曝光的光源波长越短。主流的曝光波长一般是193 纳米（紫外光光源）。不过，现在已经发展到采用极紫外光作为光源，它的标准波长是13.5 纳米。光刻机的组装，毋庸置疑是高新技术的叠加。要实现从193 纳米一直降到13.5 纳米的技术突破，如果没有长期的积累，确确实实难度很大。

      单单是光刻机，就集中了光学、精密机械、电子、化学等领域的最新技术。所以说，芯片的技术密集程度是非常高的。

      集成电路芯片博弈如此激烈，还在于技术更新速度非常快。1965年，英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔根据公司芯片的发展规律提出：“当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每18 个月便翻一番，而性能将提升1 倍。”这就是摩尔定律。直到现在，摩尔定律

基本上还是成立的。

       芯片的巨大产值背后，是一种技术驱动下的巨额投资。美国科技哲学家凯文·凯利在《科技想要什么》一书中说道：“摩尔定律不变的曲线有助于把金钱和智力集中到一个非常具体的目标上，也就是不违背定律，工业界的每个人都明白，如果跟不上曲线，就会落后，这就是一种自驱动前进。”

      那么，既然集成电路芯片竞争这么激烈，投资又如此巨大，美国为什么要做？日本、韩国为什么要做？我们又为什么要做？

      要知道，集成电路芯片的投资回报非常丰厚。2018 年，美国在集成电路芯片上的总收入是2260 亿美元，其中17% 用于研发。尽管每年大约400 亿美元的研发费用数额很大，但是如果看一下他们的毛利率就不惊奇了。美国集成电路平均毛利率约62%，比其他国家和地区高约11%。可见，集成电路芯片的利润是十分丰厚的，否则资本不会眷顾芯片产业，芯片产业的博弈也不会如此激烈。