关注信息86期 苏联的卫星上天,结果毁了自己的半导体产业

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浏览:5603 作者: 来源: 时间:2022-09-16 分类:最新视点关注信息文章

86

编者按:

联办财经研究院对世界生产率的发展获得一个新认识:

“国民财富增量的多少取决于生产率中最主要的一项使用价值形态的生产要素,即所谓第一生产力:基础理论和核心技术。”本期转载的苏联半导体产业决策失误的史料可供参考。

大国间核心技术的竞争,关键在于远见和决策。此材料说明,苏联决策失误导致信息技术落后美国20年,与苏联的计划经济体制有因果关系。



俄乌战争后被全方位制裁的俄罗斯,最近启动了新的导体计划:准备投入488亿人民币,希望今年年底,芯片制造工艺能实现90nm(纳米),到2030年能实现28nm芯片的量产。

90nm,这是英特尔2003年的水平;28nm,这是台积电2011年的水平。

就在6月7日,苹果发布的M2芯片,采用的是台积电第二代5nm制程工艺,拥有200亿个晶体管。

曾几何时,在半导体研发上,苏联与美国几乎是并驾齐驱的,后来都发生了什么呢?

故事得从苏联科技的高光时刻——卫星上天说起。

01

1957年10月4日,苏联人以每小时29,000公里的速度,把一颗83.6公斤的金属球发射到太空中。

这个斯普特尼克1号,是人类向外层空间成功发射的第一颗人造卫星,也让美国人大为恐慌:这玩意儿飞过头顶时,会监听我们吗?而且对手有这能力,也能轻松地把核弹扔到美国本土任何地方吧,地缘优势在黑科技面前不堪一击。

看热闹不嫌事大的英国科幻作家阿瑟·克拉克说,从苏联卫星绕地球转圈的那天开始,美国就沦为了二流国家。

唯恐天下不乱的美国媒体又造了个新词:斯普特尼克时刻,指人们认识到自己受到威胁和挑战,必须加倍努力,迎头赶上的时刻。

怎样赶上?电影《十月的天空》给出的方案很励志:矿工家庭出身的男孩Homer,第一次见到夜空中的苏联卫星,震惊之后开始了他的土法造火箭之路,在一次次失败后终获成功。

火箭男孩的故事现实中确实存在,不过“拯救”美国的另有其人。

在金属球飞天的半个月前,9月18日这一天,30岁的物理学博士罗伯特·诺伊斯,喊上7位同样觉得不受重用的年轻同事,集体给老板、晶体管的发明者肖克利交了辞职报告,准备另起炉灶。

肖克利大怒,把他们称为“八叛徒”。但这八个家伙很快就拿到菲尔柴尔德家族的138万美元投资,在当时还不叫硅谷的圣塔克拉拉谷租下一间小屋,成立了一家名叫仙童的半导体公司。

一边是卫星上天,一边是沙里淘金,这半个月的时间,不仅太空竞赛的帷幕拉开了,美苏的半导体探索道路,更是自此分道扬镳。

苏联踏上了电子管小型化的独木桥,美国奔向了晶体管与集成电路的阳关道。

这二者背后的半导体与电子工业,在接下来半个多世纪里,成为了人类科技发展的主动脉。

等到晶体管和集成电路,几乎渗透到普通人生活的每个角落后,苏联人才幡然醒悟。这时候,对手早已绝尘而去。

02

在半导体研发的起步阶段,苏联人并不算落后。

1946年情人节,历史第一台通用计算机ENIAC,诞生在美宾夕法尼亚大学。这是个重达30吨、占地面积170平米的大家伙,一共用了18000个电子管。

这家伙能耗巨大,一开机就能让周围居民的电灯暗了不少。但每分钟能执行5000次运算,可以让美军计算一条炮弹弹道的时间,从20多分钟缩短到30秒,还能用来计算核武器的爆炸范围。

1950年,苏联自主研发的第一台通用计算机MESM也投入使用,用6000个电子管,做到每分钟约3000次运算。算力稍弱,但效率更高,找回了一点场子。

不过,想让这样的大家伙更广泛应用,就得尽量缩小体积、提高算力、节省能耗。

1947年12月,在一片锗晶体两个相距仅数十微米的接触式电极上,美国贝尔实验室的三名物理学家肖克利、巴丁和布拉顿,实现了对微弱电流的15倍放大作用,宣告晶体管的诞生。9年后,这三人一块获得了诺贝尔物理学奖。

苏联人也没掉队。1948年,物理学家克拉斯洛夫有位22岁的研究生苏珊娜·玛多延,在基辅一个封闭研究所里,完成了题为“晶体三极管材料研究”的论文,并造出了苏联第一个晶体管的实验室样品。也因此,克拉斯洛夫拿到了当年的斯大林奖。

这是双方在电子工业上,身位最近的一次。

晶体管能起到跟电子管一样的作用,且体积更小、能耗更低。但这时候,用锗造出来的晶体管也有致命短板,比如发挥水平很受电压和温度的限制,电压过大时,会导致击穿报废,温度变化较大时,性能也会发生剧烈变化,容易丢失参数。同时,晶体管的噪声要比电子管大,输出功率也比不上电子管。

这样一个充满潜力、优缺点同样突出的新东西,在不同的应用场景下,开始走向了截然不同的命运。

03

在美国,因为体积小巧能耗低,晶体管很受消费品市场欢迎,很快就成为助听器和收音机的核心部件。

1952年,纽约声通公司推出全球第一款晶体管消费品,助听器SONOTONE1010,售价229.50美元,采用了两个真空管和1个晶体管。其中那个半导体锗晶体管,是由贝尔实室技术授权生产的。

1954年,第一台晶体管收音机RegencyTR-1上市,采用了德州仪器生产的4个NPN晶体管,售价49.95美元,上市第一年就卖了差不多10万台。

商业应用的场景,倒逼着晶体管的技术不断迭代,就在几年后,由新成立的仙童公司完成了关键一跃。在仙童刚成立的时候,技术人员出身的诺伊斯,一开始想的都是商业逻辑:首先,生产晶体管这样的硬件,大公司有成本优势,初创公司想要赢得竞争,就得研发出一种革命性的、超低成本的新工艺。于是,诺伊斯把团队分成两个小组,让他们竞争研发最新工艺,几个月后,没日没夜加班的技术人员成功了,发明了一个叫“平面处理”的新工艺,能将硅加工成晶体管。使用这种工艺,可以制造出可靠的硅三极管,成本还能下降很多。

其次,初创公司一开始能搞定一些标杆客户,就不用为后面找客户发愁。于是,在投资人的牵线下,诺伊斯成功拿到了IBM的订单,并顺利交付。果然,美国军方的晶体管订单也过来了。这让仙童创办不到一年的时间,就实现了盈利。

更重要的是,在这个过程中,诺伊斯的技术灵感非但没落下,反而被商业竞争所激发。他从平面工艺中受到了启发,觉得与其把晶体管的硅片切割下来,用镊子在放大镜下装上导线,封装为成品,在制造电子设备时再一个个焊到电路板上,还不如把电子设备的所有电路和一个个元件都制成底版,然后一次性地刻在一个硅片上。

集成电路,这个电子科技大厦的基石,就这样发明出来。但别以为这是个自由市场的故事,因为这后面,还有一只看得见的手在发力。

二战后,在麻省理工大学工程学教授范内瓦的推动下,美国政府开始建立起国家科技体系,成立了美国国家科学基金会、美国国防部高级研究计划局等一系列科技决策机构,投入了巨额资金去推动科技进步。

不过,美国政府的做法是,不躬身入局,而是退后攒局。

比如在研究上,国家科学基金会本身并不进行科学研究,而是在激烈的竞争、严格的挑选之后,把资金分配给大学研究人员,用基金会研究院在年度报告里的表述是,“每个想法,都必须与其他想法进行市场竞争。”

在研发的“发”上,美军也会把设计、制造高科技武器的工作,外包给了私人电子与航空企业,同时,国防部的官员们会去说服国会,加大给电子制造厂的税收优惠力度,并为这些公司购买生产军用设备所需的昂贵机器。

简而言之,就是给粮草、给政策、画大饼,你们跑吧。

就这样跑出了仙童,跑出了德州仪器和英特尔,跑出了硅谷。用《硅谷密码》作者玛格丽特·奥马拉的话说:“这既不完全是一个大政府的故事,也不单纯是自由市场的故事,而是两者的结合。”

04

跟美国政府的迂回相比,苏联政府就简单直接多了。

在第一个采用晶体管的助听器投入到市场后,苏联人对晶体管的认识,出现了截然不同的两派。

时任国防部副部长、苏联科学院院士А.И伯格认为,晶体管是电子产业未来发展方向;另一位苏联科学院院士约飞,则反对晶体管的产业化发展方向。

双方各有一班拥趸,争执不下,结果到了1956年,在苏联部长会议的一次讨论上,作为苏联晶体管产业最大的甲方,军方最终做了裁定:“晶体管永远不会成为一个有用的东西,充其量就是做助听器,让社会保障机构去干吧!”

苏联科学家费多托夫后来回忆说,军方高层对晶体管前景缺乏了解,给苏联的电子产业做出了一次凶残判决。

但军方的理由,看着也很充分。他们认为美苏随时可能发生核武器大战,晶体管在核武器产生的EMP(电磁脉冲)下极为脆弱,皮实耐用、抗干扰能力强、可靠性高的电子管才是正道。

在研发第一颗卫星的时候,苏联的航天部门也争论过,电路系统到底选什么方案,是小型真空管、锗晶体管,还是硅晶体管?

当时苏联的硅料提纯技术有所欠缺,生产的硅晶体管良品率还不足20%,而锗晶体管还是老问题,需要在85℃以下才能良好运行,难以应付太空这样的恶劣环境,到最后,还是老朋友电子管可靠。

何况在这个时候,苏联科学院院士瓦伦丁阿夫迪夫也在电子管小型化上取得了突破,能把电子管做到了米粒大小的体积。最终赫鲁晓夫大手一挥,作出重要批示:“不要搞晶体管了,电子管小型化就是今后的研发方向。”

05

在斯普特尼克卫星上天两年后,美国人在莫斯科举办了一场美国国家展览会。

当时根据文化交流协定,双方会相互在对方国家举办展览会,不涉及任何跟政治沾边的东西。不过大家心照不宣,都把这当作秀肌肉的舞台。

美国人显然做了精心布置,展出了他们心目中每个国民能拥有的一切,包括大量现代的、自动化的休闲娱乐设备,以显示美国规模巨大的商品经济和市场经济的繁荣。

这些奇技淫巧,赫鲁晓夫自然不屑一顾。在一个美式别墅的厨房展台前,面对时任美国副总统尼克松对厨房和美式别墅的炫耀,他反击了。

赫鲁晓夫:你们美国人造的房子只能用20年,所以开发商永远可以卖新房。我们盖房讲求坚固,我们的房子是为子孙后代盖的。

尼克松:美国的房子可以用不止20年。再说了,即便如此,住了20年之后,许多美国人都会想换新房子,或者翻新厨房。过了那么久,厨房都陈旧过时了……美国的制度设计就是要利用新发明和新技术。

赫鲁晓夫:这理论不成立。有些东西永远不会过时,比如房子。家具和装饰也许会过时,但房子不会。

赫鲁晓夫的气势更盛,坚固牢靠也是美好的追求,但他可能没想到——那些容易过时的厨具、收音机与助听器中,却暗藏着科技演化的密码。

(转载自“先行半步”)

 


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二战后,在麻省理工大学工程学教授范内瓦的推动下,美国政府开始建立起国家科技体系,成立了美国国家科学基金会美国国防部高级研究计划局等一系列科技决策机构,投入了巨额资金去推动科技进步

86

编者按:

联办财经研究院对世界生产率的发展获得一个新认识:

“国民财富增量的多少取决于生产率中最主要的一项使用价值形态的生产要素,即所谓第一生产力:基础理论和核心技术。”本期转载的苏联半导体产业决策失误的史料可供参考。

大国间核心技术的竞争,关键在于远见和决策。此材料说明,苏联决策失误导致信息技术落后美国20年,与苏联的计划经济体制有因果关系。



俄乌战争后被全方位制裁的俄罗斯,最近启动了新的导体计划:准备投入488亿人民币,希望今年年底,芯片制造工艺能实现90nm(纳米),到2030年能实现28nm芯片的量产。

90nm,这是英特尔2003年的水平;28nm,这是台积电2011年的水平。

就在6月7日,苹果发布的M2芯片,采用的是台积电第二代5nm制程工艺,拥有200亿个晶体管。

曾几何时,在半导体研发上,苏联与美国几乎是并驾齐驱的,后来都发生了什么呢?

故事得从苏联科技的高光时刻——卫星上天说起。

01

1957年10月4日,苏联人以每小时29,000公里的速度,把一颗83.6公斤的金属球发射到太空中。

这个斯普特尼克1号,是人类向外层空间成功发射的第一颗人造卫星,也让美国人大为恐慌:这玩意儿飞过头顶时,会监听我们吗?而且对手有这能力,也能轻松地把核弹扔到美国本土任何地方吧,地缘优势在黑科技面前不堪一击。

看热闹不嫌事大的英国科幻作家阿瑟·克拉克说,从苏联卫星绕地球转圈的那天开始,美国就沦为了二流国家。

唯恐天下不乱的美国媒体又造了个新词:斯普特尼克时刻,指人们认识到自己受到威胁和挑战,必须加倍努力,迎头赶上的时刻。

怎样赶上?电影《十月的天空》给出的方案很励志:矿工家庭出身的男孩Homer,第一次见到夜空中的苏联卫星,震惊之后开始了他的土法造火箭之路,在一次次失败后终获成功。

火箭男孩的故事现实中确实存在,不过“拯救”美国的另有其人。

在金属球飞天的半个月前,9月18日这一天,30岁的物理学博士罗伯特·诺伊斯,喊上7位同样觉得不受重用的年轻同事,集体给老板、晶体管的发明者肖克利交了辞职报告,准备另起炉灶。

肖克利大怒,把他们称为“八叛徒”。但这八个家伙很快就拿到菲尔柴尔德家族的138万美元投资,在当时还不叫硅谷的圣塔克拉拉谷租下一间小屋,成立了一家名叫仙童的半导体公司。

一边是卫星上天,一边是沙里淘金,这半个月的时间,不仅太空竞赛的帷幕拉开了,美苏的半导体探索道路,更是自此分道扬镳。

苏联踏上了电子管小型化的独木桥,美国奔向了晶体管与集成电路的阳关道。

这二者背后的半导体与电子工业,在接下来半个多世纪里,成为了人类科技发展的主动脉。

等到晶体管和集成电路,几乎渗透到普通人生活的每个角落后,苏联人才幡然醒悟。这时候,对手早已绝尘而去。

02

在半导体研发的起步阶段,苏联人并不算落后。

1946年情人节,历史第一台通用计算机ENIAC,诞生在美宾夕法尼亚大学。这是个重达30吨、占地面积170平米的大家伙,一共用了18000个电子管。

这家伙能耗巨大,一开机就能让周围居民的电灯暗了不少。但每分钟能执行5000次运算,可以让美军计算一条炮弹弹道的时间,从20多分钟缩短到30秒,还能用来计算核武器的爆炸范围。

1950年,苏联自主研发的第一台通用计算机MESM也投入使用,用6000个电子管,做到每分钟约3000次运算。算力稍弱,但效率更高,找回了一点场子。

不过,想让这样的大家伙更广泛应用,就得尽量缩小体积、提高算力、节省能耗。

1947年12月,在一片锗晶体两个相距仅数十微米的接触式电极上,美国贝尔实验室的三名物理学家肖克利、巴丁和布拉顿,实现了对微弱电流的15倍放大作用,宣告晶体管的诞生。9年后,这三人一块获得了诺贝尔物理学奖。

苏联人也没掉队。1948年,物理学家克拉斯洛夫有位22岁的研究生苏珊娜·玛多延,在基辅一个封闭研究所里,完成了题为“晶体三极管材料研究”的论文,并造出了苏联第一个晶体管的实验室样品。也因此,克拉斯洛夫拿到了当年的斯大林奖。

这是双方在电子工业上,身位最近的一次。

晶体管能起到跟电子管一样的作用,且体积更小、能耗更低。但这时候,用锗造出来的晶体管也有致命短板,比如发挥水平很受电压和温度的限制,电压过大时,会导致击穿报废,温度变化较大时,性能也会发生剧烈变化,容易丢失参数。同时,晶体管的噪声要比电子管大,输出功率也比不上电子管。

这样一个充满潜力、优缺点同样突出的新东西,在不同的应用场景下,开始走向了截然不同的命运。

03

在美国,因为体积小巧能耗低,晶体管很受消费品市场欢迎,很快就成为助听器和收音机的核心部件。

1952年,纽约声通公司推出全球第一款晶体管消费品,助听器SONOTONE1010,售价229.50美元,采用了两个真空管和1个晶体管。其中那个半导体锗晶体管,是由贝尔实室技术授权生产的。

1954年,第一台晶体管收音机RegencyTR-1上市,采用了德州仪器生产的4个NPN晶体管,售价49.95美元,上市第一年就卖了差不多10万台。

商业应用的场景,倒逼着晶体管的技术不断迭代,就在几年后,由新成立的仙童公司完成了关键一跃。在仙童刚成立的时候,技术人员出身的诺伊斯,一开始想的都是商业逻辑:首先,生产晶体管这样的硬件,大公司有成本优势,初创公司想要赢得竞争,就得研发出一种革命性的、超低成本的新工艺。于是,诺伊斯把团队分成两个小组,让他们竞争研发最新工艺,几个月后,没日没夜加班的技术人员成功了,发明了一个叫“平面处理”的新工艺,能将硅加工成晶体管。使用这种工艺,可以制造出可靠的硅三极管,成本还能下降很多。

其次,初创公司一开始能搞定一些标杆客户,就不用为后面找客户发愁。于是,在投资人的牵线下,诺伊斯成功拿到了IBM的订单,并顺利交付。果然,美国军方的晶体管订单也过来了。这让仙童创办不到一年的时间,就实现了盈利。

更重要的是,在这个过程中,诺伊斯的技术灵感非但没落下,反而被商业竞争所激发。他从平面工艺中受到了启发,觉得与其把晶体管的硅片切割下来,用镊子在放大镜下装上导线,封装为成品,在制造电子设备时再一个个焊到电路板上,还不如把电子设备的所有电路和一个个元件都制成底版,然后一次性地刻在一个硅片上。

集成电路,这个电子科技大厦的基石,就这样发明出来。但别以为这是个自由市场的故事,因为这后面,还有一只看得见的手在发力。

二战后,在麻省理工大学工程学教授范内瓦的推动下,美国政府开始建立起国家科技体系,成立了美国国家科学基金会、美国国防部高级研究计划局等一系列科技决策机构,投入了巨额资金去推动科技进步。

不过,美国政府的做法是,不躬身入局,而是退后攒局。

比如在研究上,国家科学基金会本身并不进行科学研究,而是在激烈的竞争、严格的挑选之后,把资金分配给大学研究人员,用基金会研究院在年度报告里的表述是,“每个想法,都必须与其他想法进行市场竞争。”

在研发的“发”上,美军也会把设计、制造高科技武器的工作,外包给了私人电子与航空企业,同时,国防部的官员们会去说服国会,加大给电子制造厂的税收优惠力度,并为这些公司购买生产军用设备所需的昂贵机器。

简而言之,就是给粮草、给政策、画大饼,你们跑吧。

就这样跑出了仙童,跑出了德州仪器和英特尔,跑出了硅谷。用《硅谷密码》作者玛格丽特·奥马拉的话说:“这既不完全是一个大政府的故事,也不单纯是自由市场的故事,而是两者的结合。”

04

跟美国政府的迂回相比,苏联政府就简单直接多了。

在第一个采用晶体管的助听器投入到市场后,苏联人对晶体管的认识,出现了截然不同的两派。

时任国防部副部长、苏联科学院院士А.И伯格认为,晶体管是电子产业未来发展方向;另一位苏联科学院院士约飞,则反对晶体管的产业化发展方向。

双方各有一班拥趸,争执不下,结果到了1956年,在苏联部长会议的一次讨论上,作为苏联晶体管产业最大的甲方,军方最终做了裁定:“晶体管永远不会成为一个有用的东西,充其量就是做助听器,让社会保障机构去干吧!”

苏联科学家费多托夫后来回忆说,军方高层对晶体管前景缺乏了解,给苏联的电子产业做出了一次凶残判决。

但军方的理由,看着也很充分。他们认为美苏随时可能发生核武器大战,晶体管在核武器产生的EMP(电磁脉冲)下极为脆弱,皮实耐用、抗干扰能力强、可靠性高的电子管才是正道。

在研发第一颗卫星的时候,苏联的航天部门也争论过,电路系统到底选什么方案,是小型真空管、锗晶体管,还是硅晶体管?

当时苏联的硅料提纯技术有所欠缺,生产的硅晶体管良品率还不足20%,而锗晶体管还是老问题,需要在85℃以下才能良好运行,难以应付太空这样的恶劣环境,到最后,还是老朋友电子管可靠。

何况在这个时候,苏联科学院院士瓦伦丁阿夫迪夫也在电子管小型化上取得了突破,能把电子管做到了米粒大小的体积。最终赫鲁晓夫大手一挥,作出重要批示:“不要搞晶体管了,电子管小型化就是今后的研发方向。”

05

在斯普特尼克卫星上天两年后,美国人在莫斯科举办了一场美国国家展览会。

当时根据文化交流协定,双方会相互在对方国家举办展览会,不涉及任何跟政治沾边的东西。不过大家心照不宣,都把这当作秀肌肉的舞台。

美国人显然做了精心布置,展出了他们心目中每个国民能拥有的一切,包括大量现代的、自动化的休闲娱乐设备,以显示美国规模巨大的商品经济和市场经济的繁荣。

这些奇技淫巧,赫鲁晓夫自然不屑一顾。在一个美式别墅的厨房展台前,面对时任美国副总统尼克松对厨房和美式别墅的炫耀,他反击了。

赫鲁晓夫:你们美国人造的房子只能用20年,所以开发商永远可以卖新房。我们盖房讲求坚固,我们的房子是为子孙后代盖的。

尼克松:美国的房子可以用不止20年。再说了,即便如此,住了20年之后,许多美国人都会想换新房子,或者翻新厨房。过了那么久,厨房都陈旧过时了……美国的制度设计就是要利用新发明和新技术。

赫鲁晓夫:这理论不成立。有些东西永远不会过时,比如房子。家具和装饰也许会过时,但房子不会。

赫鲁晓夫的气势更盛,坚固牢靠也是美好的追求,但他可能没想到——那些容易过时的厨具、收音机与助听器中,却暗藏着科技演化的密码。

(转载自“先行半步”)

 


专家委员会(以姓氏笔画为序)
王   沅 
邓  运
赵喜子
杨凯生
陈小津
陈佐洱
李君如
张克华
张燕生
张宇燕
谢渡扬
苏   宁
马晓力
于洪君
王秦丰
叶克冬
刘晓北
乔宗淮
张国宝
张红宇
宋晓梧
李毅中
李   勇
许宪春
张  茅
张思平
陈小工
陈清泰
汪光焘
周坚卫
秦朝英
徐冠华
徐庆华
胡存智
周禹鹏
周和平
黄殿中
曹保榆
梁维娜
葛东升
廖晓淇
李小雪
李新创
刘  怡
张  伟
陈小鲁
陈洪生
胡德平
高西庆
章百家
衣锡群