半导体产业的前世今生

半导体对人类社会发展的影响不言而喻。半导体技术的创新是推动全球经济数字化、人工智能（AI）、56通信和量子计算的基础。由于全球化进程和国际关系格局的改变，国际地位、国家在半导体价值链中的地位显得格外重要。由于半导体产业投资大、周期长、风险高，业界担忧造芯热或将引发烂尾潮。以史为鉴，可以明方向。苏联、美国、中国，半导体产业曾经的大国、领先的大国、崛起中的大国的半导体发展历程值得我们深入关注。

苏联半导体的发展启示

72年前，苏联首台计算机M9CM组装完成。它距美国研发的第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）的时间仅为两年。此后，苏联逐步建起了从原材料、设备、设计、制造等一整套完整的半导体工业体系，且体系完整而独立，当时在世界范围内也仅有美国具备这种实力。然而，在苏联后期及解体后的短短20多年里，这套人员精良、资源富集、储备雄厚、水平居于前列的半导体工业体系消失得几近无踪。

1928年，苏联还是一个站在战争废墟上的农业国。1933年1月，苏联一五计划提前完成，有了完备的工业体系。这得益于美国的援助，且技术转让史上罕见。

进入三十年代，苏联科学家开始在半导体理论方面取得巨大成就。杰出的物理学家越飞当时就指出——半导体材料将是电子技术的新材料。他还在半导体的导电性研究中提出“阻挡层”的概念——这是未来集成电路研究的核心理论之一。

除了理论研究，苏联还在工程实践中广泛尝试。甚至在二十年代后期，就有科学家开始尝试在硅材料表面设置触点，用半导体建立类似三极管的三电极系统。

这种在理论和工程实践中同时进行的研究，需要的无外乎三个因素：安定的国内环境、必要的工业积累，由国家政策重视带来的资源投入。这些因素，苏联全部做到了。

基础研究耗资巨大，成果莫测，但苏联加大了投入，在全苏范围内建立研究所，并以特色的苏式学制进行人才供给。五十年代中期，苏联学校培养出来的科学家和工程师，已经比美国多出一倍，其中有14%的人进行着基础研究。

这为苏联带来了一个科研成果上的繁盛时代。在新兴的电子和计算机工业上，苏联不仅在单一性能上接近美国，更在计算机设计方面花开数朵。

1953年，苏联设计出了大型计算机“箭”，每秒可运算2000次。到1957年，“箭”一共生产了7台，并且和1950年研发的MESM一起应用于航天、导弹工程的数据运算。1956年，由苏联科学院院士索伯列夫牵头，苏联成功研制了三进制计算机。

六十年代后，苏联在半导体与计算机领域大有超过美国之势。然而，有一些谁也没有注意到的因素（计划经济），正在悄然发挥作用。

1967年，白俄罗斯一家半导体工厂的一台中压断路器坏了，需要重装。业务副厂长在厂党委会上提出要求，经过讨论，上报了明斯克市的电子工业管理局。管理局在1967年的计划中，并没有这笔经费的安排，无法批复。于是，需求被层层上报到明斯克市计委和白俄罗斯加盟共和国计委。事情最后的解决方案是由白俄罗斯计委在1967年计划上做了一个补充条款，同时批复给明斯克市计委和电子工业局，由他们向明斯克市财政局提出申请，再由财政局拨款给一家断路器厂家，安排特别生产一台断路器。半导体工厂最后拿到了断路器，但这是三个月后的事。

苏联的计算机产业布局是这种管理制度下的一个典型例子：为了加强各个加盟共和国的联系，苏联把产业上下游做了硬性分配——乌克兰电子信息工业板块，白俄罗斯半导体工业板块，波罗的海三国则加工和组装。

这个做法显然算的不是经济账。事实上，在计划经济体制下，经济账也有一套算法：所有建设与科研项目都纳入国家统一计划;所需资金由国家财政统一分配拨款;所需物资由商业、物资部委统一调配;从事生产的劳动力由国家统一培养;生产出来的产品由国家统购统筹;企业盈利上缴国家财政，企业亏损由国家财政补贴。

这个严密又庞大的管理体制，就像是一架事先设定好全部程序的经济机器——国家在宏观上决定投资规模、投资结构、产业布局，又在微观上担负着项目决策管理任务。

这种体制的优点是有利于集中社会资源，能以举国之力办大事，特别是在经济相对落后的阶段，通过集中资源强攻重工业和基础建设，可以明显提高社会发展水平。但弊病也很明显，除了我们已经看到的低效率、僵化和反应迟缓之外，还会为产业发展造成一系列奇特的导向。

成也萧何败也萧何，苏联电子工业自此走向衰落。彼时，苏联战略的优先重点是航天工业，电子工业的作用在于提供保障，现有的计算机完全可信赖，只要沿着现有的计划发展就足够了。在既定的战略方向下，苏联觉得没有必要，财政也不允许去扶植航天工业外的一门工业。

苏联走上了对外自我隔离，对内严格管控的道路——在宏观上，财政政策追求预算平衡，货币政策追求价格稳定;在微观上，单个行业内追求里程碑式的成就，行业分工上追求严密协作与动态平衡。他们真正想要的是严丝合缝的计划运行、资源的集中管制与分配、对经济目标的提前预设。

六十年代，苏联成立了科学院中央经济数学研究所，七十年代又陆续设立了各专业部计算中心，并在互相连通的基础上建立了全苏计算机中心。借助于集成电路计算机的建模和计算能力，苏联成功地将计划经济变成了一门精密科学。

1964年，美国推出了世界第一台集成电路计算机。9年后，苏联才推出。然而，美苏第一代晶体管计算机的推出间隔只有4年。

更为“讽刺”的是，1973年美国摩托罗拉用砖头一样的设备测试移动通信产品之前，1958年苏联工程师列昂尼德·库普里扬诺维奇就发明了更轻更小的移动电话，到1965年该移动电话可以在200公里内有效工作。这项技术领先美国不止10年，不幸的是，苏联对这项研究没有兴趣。

從此，苏联电子工业的发展明显地f曼了节奏，甚至落后。

落后不止体现在研发领域，在集成电路蔚然成势后，电子器件一代更比一代小，手工装配方式已经跟不上形势，要生产适用的器件，需要新设备、新技师和制作硅晶的真空环境。这些都需要巨额投资、漫长时间的耐心等待。

彼时，苏联认为：用钱从欧洲买计算机回来仿制，要比自己研发制造更便宜。于是，按照“造船不如买船，造炮不如买炮”的逻辑，一批进口货和仿制品被运进了高尔基汽车厂和斯大林格勒拖拉机厂，那些原本在研究所里做研发的技术人员，现在被赶到了车间里，变成了维修机器的工程师……

苏联计算机工业资历最老的专家之一巴沙尔·拉米耶夫，想起了1977年的厄尔布鲁士—2计算机，它被直接用在苏联弹道导弹防御系统的目标处理上，是苏维埃之盾的眼睛和耳朵。可后来，拉米耶夫的后辈们名字不是出现在IBM、英特尔、摩托罗拉的职员名单里，就是垂垂老矣。发明“箭”计算机的尤里·巴兹列夫斯基、突破了电子管小型化技术的院士阿夫迪夫、主导开发MIR系列计算机的格卢什科夫、发明了便携移动电话的列昂尼德·库普里扬诺维奇……这些名字都如同枯萎的花瓣，凋零在乌拉尔平原的凛冽秋风中。

美国半导体技术依旧领先

美国半导体产业，从一开始就引领了整个世界，一直到今天。

早在1946年，美国推出了第一台数字电子计算机ENIAC;1955年，美国贝尔实验室研制出世界第一台全晶体管计算机TRADIC;1964年，美国IBM推出了世界第一台集成电路计算机IBM-360。在半导体行业，美国公司始终占全球总销售额的45%至50%，其中，在电子设计自动化工具（EDA）、知识产权核心（核心IP）、集成电路设计和制造设备中的综合市场份额超过50%。

1955年一1970年的15年间，美国政府占半导体设备采购全部出货量的40%以上。美国半导体设备出货量从几乎为零达到14亿美元左右。

1962年之前，美国军方对半导体设备采购都在40%以上;1969年，这个比例达到了50%。六十年代之前，80%的半导体公司研发经费来自于政府合同。美国商务部1960年统计——美国军方在1959、1960年购买半导体元器件的平均价格约是私人客户的两倍。当时，仙童半导体公司生产停滞，濒临破产，美国空军“民兵导弹计划”就曾为其提供过150万美元的“订单”。毫不夸张地说，美国半导体完全是由美国军方和政府扶持起来的。

仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor），也译作飞兆半导体公司，创立于1957年，曾经是世界上最大的半导体生产企业。除晶体管之父肖克利博士外，仙童当时还吸引了其他8位天才的年轻人（摩尔、罗伯茨、克莱尔、诺伊斯、格里尼克、布兰克、霍尔尼、拉斯特）。他们中最“年长”的诺伊斯只有29岁。后来，他们计划出走，各自大展拳脚。1968年，诺依斯和摩尔离开了仙童创立了英特尔。

八十年代的著名畅销书《硅谷热》（Silicon Valley Fever）写到：“硅谷大约70家半导体公司的半数，是仙童公司的直接或间接后裔。在仙童公司供职是进入遍布于硅谷各地的半导体业的途径。1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上，400位与会者中，未曾在仙童公司工作过的还不到24人。”乔布斯曾经比喻：“仙童半导体公司就像个成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”

这是半导体产业最好的年代，没有其他，只有愿景。60年前发生在美国的科技创新浪潮，在人类科技历史上写下了浓厚的一笔。

摩尔定律的提出，不仅仅为技术发展提供了指引，更是一种产业默契。其实对于英特尔来说，这些天才很明白指数级的性能增长意味着什么。所以摩尔定律作为一个人造定律，对产业界的平衡和产业秩序的建立所带来的价值，要远大于客观规律本身。

18个月演进一代，成为一种产业共识。整个半导体产业在这个指引下，有序地推动产业的发展。然而以英特尔规划一代、研发一代、商用一代的做法，他们完全可以“超越”摩尔定律。稳定的产业发展，为英特尔带来了巨大的商业利益，不至于因为自己的产品太过优秀和性能的跳跃，让客户对性能产生困惑，从而对自己的商业价值形成冲击。

美国构建了半导体的产业格局。美国不仅主导了瓦森纳组织，自身也拥有英特尔、苹果、AMD、应用材料、LAM等巨头，前十大科技巨头美国占6强。

如今，美国在半导体制造能力中所占的份额（1990年为37%）仅为12%。在全球半导体制造能力中所占份额的下降，并不是美国缺乏技术能力，而是在成本上没有竞争力。

实际上，美国在领先节点和先进节点（10纳米或以下）的全球产能中占28%的份额;在分立、模拟和光电产品中的制造能力份额仍然高居30%的份额。美国公司是所有领域（逻辑系统、内存和模拟）以及FAB软件、设备和过程控制工具的制造工艺技术研发的全球领导者。

鉴于美国半导体行业在基础科学、集成电路设计和生产设备方面的领先地位，在疫情等其他种种原因的影响下，欲增强制造能力、引领创新领域、创造新的技术范式。然而，去年华为的横空出世，打乱了美国的节奏……

目前，全球75%的半导体产能都集中在东亚，我国正在积极投资，力争在2030年成为全球最大的制造强国。

值得注意的是，美国半导体行业的领先领域，只有充分融入全球技术供应链中，才能像移动通信革命一样具备意义，惠及自身、普惠全球。

中国半导体产业的“芯”路历程

2000年之前，中国的半导体行业已经踽踽独行了接近半个世纪之久，依时间线索按照行业的主导力量来划分，大致可以分成四个阶段：

坚强萌芽：计划机制中的专家主导（1956-1978年）

混乱年代：外部冲击导致行业失序（1978-2000年）

西雁東飞：海归创业潮与民企崛起（2000-2015年）

全面对决：国资入场打响芯片战争（2015-2018年）

第一批走入中国芯片发展史的，是苏联式军事工业和科研体系内的院所专家们，他们从上世纪五十年代开始建设中国的半导体技术和工业体系，可以总结为一句话：用苏联的体系和中国的人才，来追美国的影子。

我国在1960年成立了以中科院半导体所为代表的大批研究机构，并在全国建设数十个电子厂，初步搭建了中国半导体工业的“研发+生产”体系。但在产业化方面，成就寥寥可数。

改革开放之初，中国电子产业受到猛烈的外部冲击。由于大量国营电子企业经营困难，无法产生足够的利润来支撑研发，从国外引进的生产线又大多是落后淘汰的二手货。所以在上世纪八十年代，中国半导体行业大幅落后。为解决这种情况，国家部委先后组织了三大“战役”，分别是：1986年的“531战略”、1990年的“908工程”、1995年的“909工程”。

“531战略”是在1986年提出的，即“普及5微米技术、研发3微米技术，攻关1微米技术”，并在全国多地建设集成电路制造基地。从1986年到1995年，陆续诞生了无锡华晶、绍兴华越、上海贝岭、上海飞利浦和首钢NEc等五家公司。这里面最具代表性的，当属首钢NEC公司。

1991年12月，“首钢未来不姓钢”，跨界芯片，与NEC成立合资公司，技术全部来自于NEC。尽管NEC提供的技术不算先进，但恰逢行业景气，1995年的销售额就达到了9亿多元。受此激励，2000年12月，首钢联合美国公司AOS合资成立了“华夏半导体”，投资13亿美元做8英寸芯片，技术来源于AOS。但很快，2001年IT泡沫导致全球芯片行业低迷，AOS回撤，华夏半导体没了技术来源，很快夭折，而与NEC的合资公司也陷入亏损。2004年，首钢基本退出芯片行业。

面对越拉越大的差距，1990年9月电子工业部又决定启动“9087-程”，想在超大规模集成电路方面有所突破，目标是建成一条6英寸0.8—1.2微米的芯片生产线。项目由无锡华晶承担，芯片技术则向美国朗讯购买，但最终结果是：2年行政审批、3年技术引进、2年建厂施工，总共7年时间，投产即落后，月产量也仅有800片。

没有达到预期效果，1995年，电子工业部又提出实施“909工程”，投资100亿元，由上海华虹承担，与NEC合作。项目于1997年7月开工，1999年2月完工，用时不到两年即建成试产，在2000年销售收入就有30亿元，利润5.16亿元。

总结从1978年到2000年的历史：早期缺乏统一规划，蜂拥引进国外淘汰的生产线，但这些设备在摩尔定律的驱动下，以超乎寻常的速度变成废铁;后期国家出面组织三大战役，屡败屡战，最终通过“909工程”留下了一座勉强算合格的上海华虹。

这些项目未能取得预想中的成功，深层次的原因有两个：一是芯片行业更新速度太快，没有连贯性投入，必然会陷入“引进—建厂—投产—落后—再引进”的恶性循环;二是半导体人才匮乏，根本无法吃透引进来的技术，遑论自主研发。

另外，西方国家先后用“巴统”和“瓦森纳协议”来限制向我国出口最先进的高科技设备，同意批准出口的技术通常比最先进的晚两代，加上中间拖延和落地消化，基本上拿到手的技术就差不多落后三代左右。

半导体行业有一个独特的特点：人才的培养周期长，就是通常所说的“板凳要坐十年冷”，大多数顶尖人才都必须要读到博士。

人才问题，在2000年左右迎来了转机，大批有海外留学经验、在顶级芯片公司工作多年的半导体人才，在这一时期回国——中星微的邓中翰于1999年回国，中芯的张汝京于2000年回国，展讯的武平和陈大同于2001年回国，芯原的戴伟民于2002年回国，兆易的朱一明于2004年回国。他们带着丰富的经验，跳进了中国半导体行业的历史进程之中。

2000年之后，中国芯片行业进入了海归创业和民企崛起的时代——2000年，中芯国际成立;2001年，珠海炬力、展讯通信、福建瑞芯成立;2002年，汇顶科技、銳迪科成立;2003年，中兴微成立;2004年，华为海思、澜起科技、兆易创新成立。

2014年，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，开始实施“大基金”计划。2019年，大基金第二期成立，规模扩为前期的两倍。

过去二十年来，我国的电子产品组装、测试和封装在半导体行业崭露头角。目前，我国集成电路产量与美国相当，约占全球产量的12%，但在集成电路设计与制造方面相对落后。

令人振奋的是，我国正在规划将大力支持发展第三代半导体产业写入“十四五”规划中，计划在2021到2025年，在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面，大力支持发展第三代半导体产业，以期实现产业独立自主，甚至弯道超车。

发展第三代半导体产业谈何容易，但这仍是我们国家的产业希望。

本刊综合