為什麼美國要把我們的晶元產業打壓到極限?
因為晶元產業的背後是硬核技術,是乙個國家科技、經濟、軍事、政治等綜合實力的體現。
在某種程度上,籌碼之戰就是國運之戰。
從 16 世紀到 1950 年,晶元作為前傳誕生
2024年,英國科學家法拉第觀察到硫化銀的電阻率與溫度成反比:隨著溫度的公升高,電阻減小。 這是第乙個被發現的半導體特性。
此時,英國正處於第一次工業革命爆發的前夕。 從16世紀開始,英國擊敗西班牙成為全球殖民霸主,再加上文藝復興的影響,英國的科學家和技術人員受到古希臘和羅馬的啟發,開始觀察和實驗自然現象,並發展了數學、物理、天文學、化學、醫學等學科,並隨著17世紀君主立憲制的建立, 為資本主義的發展創造了有利條件,英國逐漸成為世界經濟、科技、文化、教育的中心。到18世紀中葉,隨著瓦特對蒸汽機的改進和約翰·博伊發明的紡織機,大規模生產開始了。 英國爆發了第一次工業革命,國力迅速提高。
歐洲列強通過接連的戰爭實現了統一,歐洲的政治版圖被重建。 在開始向英國習的同時,逐步建立了自己的經濟技術體系,第一次工業革命也進入了第二階段,鋼鐵、煤炭、化學、機械重工業成為競爭的主要領域,並開設了相關配套的理化、電學相關實驗室,在歐洲大陸, 法國和德國領先,半導體的第二到第四個特性正在逐漸被發現。
2024年,法國物理學家伯克利發現了光生伏特效應(當半導體和金屬接觸時,它們在光下產生電壓);
2024年,英國物理學家史密斯發現了光導效應(半導體的電導率在光照下增加);
2024年,德國物理學家劉博恩發現了整流效應(半導體的導電性是定向的,正向電壓是導通的,加上反向電壓時,不導通) 這一時期的美國,經歷了美墨戰爭、美英戰爭、南北戰爭、西進運動、淘金熱, 而太平洋鐵路的建設,順便說一句,也忽悠了沙俄以比“白菜價”更低的價格拿到阿拉斯加地區,同時大規模完成了邊境的統一,為美國的崛起奠定了基礎。從17世紀開始,以英國人為主的歐洲人開始大量移民美國尋找新的機會,他們中的一些人和他們的孩子成為美國半導體發展不可或缺的中堅力量。
2024年,美國物理學家霍爾發現了摻雜效應(半導體的電導率可以通過新增少量雜質元素來改變),這是半導體的第五個性質。 霍爾的祖先是 17 世紀從英國移民到美國的農民。
事實上,第一次工業革命對半導體發展的影響並不顯著,因為當時的科學技術水平還沒有達到能夠製造和使用半導體的水平,主要停留在實驗室中少數科學家的理論探索階段。
2024年,美國在工業總產值上超過英國,成為全球經濟的“第一兄弟”。
但此時的英國,在政治、金融、科技、文化等方面依然處於領先地位。 美國沒有選擇強硬,而是退後一步,“默默無聞”,默默發財30、40年。 在海外殖民利益方面,美國避免了與英、法、德等一線玩家的直接競爭和衝突,而是選擇了“軟柿子”西班牙,基本吞併了西班牙的海外市場,期間與日本、菲律賓進行了實踐,還通過戰爭陪同英國進入中國等市場。 後來,在第一次世界大戰中,美國採取了“兩頭吃”的策略,獲得了大量的戰爭利潤,在綜合實力上基本超過了英國。
德國在2024年統一後,摸了英國的鼻子,從模仿英國商品中逐漸發展出自己嚴謹的工業體系,2024年工業產值超過英國,僅次於美國。
19世紀中後期,當美德意識到以電力、石油和內燃機為代表的第二次工業革命將迅速取代蒸汽機時,英國仍停留在以《紅旗法案》為代表的“蒸汽馬車時代”的囂張跋扈中,英國工業和經濟開始走下坡路。
半導體的探索開始從英國向德國和美國傾斜,這個國家的命運開始發生變化。
2024年,英國科學家弗萊明利用愛迪生效應(加熱金屬傳導會發射電子)發明了二極體(一種可以單邊傳導電流的裝置),這是世界上第乙個電子管,可用於檢測波和電流(將交流電轉換為直流電,在無線電通訊和電力領域的技術實施中起著重要作用), 為後續電子技術的發展奠定了基礎。
2024年,美國物理學家德福雷斯特在弗萊明二極體上增加了乙個柵極,並發明了第二種型別的電子管:電晶體。 電晶體的誕生使電子管能夠實現訊號的放大和控制,形成開關電路,實現二進位邏輯儀表操作,為計算機技術的誕生提供了可能。 隨後的四級管和五級管均以此為原型進行公升級改造。 電子管的出現開啟了電子技術的新紀元,在廣播、電視、雷達、無線電等領域得到了廣泛的應用。
2024年,德國科學家哈爾在實驗中發現了硫化銅的熱效應(電阻值隨溫度的變化而變化),發明了熱敏電阻,為電子元器件的過熱和過流保護奠定了技術基礎,是第乙個半導體器件。
同年,第一次世界大戰爆發,影響了33個國家和15億人。
1918 年,這場戰爭造成 900 萬士兵和 500 萬平民死亡,2000 萬人致殘,以德國簽署停戰協定而告終。 第一次世界大戰再次導致歐洲版圖重組,德國、奧匈帝國和奧斯曼帝國的崩潰,許多新國家的誕生,第一次世界大戰也改變了世界的政治、經濟、社會和文化格局,怨恨和矛盾加深。 第一次世界大戰正式將戰爭從冷兵器時代轉移到熱兵器時代,飛機、坦克、機槍、潛艇、無線電通訊等開始投入使用。 大國,尤其是德國和美國,對技術的力量有了新的認識。 在隨後的60年裡,圍繞戰爭和準備,成為硬核技術研發的最大推動者。
第一次世界大戰後,德國被迫簽署《凡爾賽條約》,承擔了鉅額賠款和責任,失去了大片領土和殖民地,軍事力量急劇下降,經濟陷入困境。 然而,經過一系列內部改革和產業技術創新政策,在美國“道奇計畫”的助力下,德國在短短幾年內就帶著“德國經濟奇蹟”重回舞台,在機械製造、汽車製造、航空航天等領域達到世界領先水平。
2024年12月30日,俄羅斯、烏克蘭、白俄羅斯和南高加索四個蘇維埃加盟共和國簽署了《蘇維埃社會主義共和國聯盟條約》,“蘇聯老大哥”誕生了,從此世界半導體工業有了重要的參與者。 20年代,蘇聯開始在物理和化學兩方面對半導體進行基礎研究,如晶體結構、熱電效應、光電效應等。
2024年,德國物理學家萊納斯發現了氧化銅的光敏效應(電阻值隨光強的變化而變化),發明了光敏電阻,可以檢測光的強度,實現光控開關等,為後來的光相關半導體技術奠定了基礎。
在動盪的19世紀中後期,日本也崛起了。 日本被美國“喚醒”後,發動了“明治維新”,習向西方學習,向西方學習,綜合國力迅速崛起。
2024年,日本物理學家寺田俊彥在《日本物理學會雜誌》上發表了一篇文章,介紹了他對氧化銅整流效應的發現,這是日本最早的半導體研究之一。
額外內容:《八和一宇宙》:在一些日本人的骨子裡,他們認為自己是島國,最終會被淹沒,“大和民族”誕生了世界上最優越的種族,為了保全這個最優越的民族,第一步就是向西走到大陸,順便改造東亞其他國家的“劣等民族”, 最後逐漸征服世界四面八方,將整個世界合併為乙個國家,日本天皇是世界至高無上的君主。所以對於一些日本人來說,另一面是,口袋裡有錢,就會飄起來,手裡有槍,就敢搶,這一面在整個19世紀、20世紀都表現得淋漓盡致。
2024年,德國物理學家肖特基認為金屬和半導體之間存在能量勢壘,並提出了著名的“擴散理論”,這是關於半導體整流理論的重要論文。
2024年,美國爆發大蕭條,刺激了主流列強之間的矛盾和競爭,各大列強輪番上陣,輪番發動關稅戰、傾銷戰和貨幣戰,在此期間,法西斯主義和極端主義開始興起和發展,主要在德國、日本和義大利, 法西斯勢力利用人民的不滿和恐懼,推行極端**和侵略主義。對比後疫情時代的全球形勢,難道就不可能熟悉嗎?
歷史是最好的教科書。
1930 年,麥克德莫特和他的合夥人創立了地球物理業務公司 GSI(地球物理服務),最初為石油公司提供地質勘探,後來在大蕭條期間過渡到軍用產品的開發和監測。 這家公司是TI德州儀器的前身,德州儀器也可以稱為半導體尤其是模擬IC的“黃埔軍校”。
2024年,英國物理學家威爾遜提出了半導體的物理模型,在能帶理論的基礎上給出了半導體的明確定義,為半導體物理學奠定了理論基礎。
2024年,美國人皮卡發明了無線電波探測器,利用金屬與矽或硫化鉛接觸產生的整流函式來探測無線電波,這是最早的固態電子元件。 2024年,美國物理學家喬治·歐姆發現了半導體的歐姆定律(半導體的電阻與電流成正比,與電壓成反比)。
在20世紀30年代,蘇聯進入了半導體的應用研究,主要集中在無線電和雷達上,用於軍事用途。 這也為整個蘇聯存在期間半導體的發展定下了基調:**佔主導地位,為了軍事工業。
2024年,日本無線電株式會社成立了半導體研究小組,開始研究硒、碲、鍺等半導體材料,兩年後,製造出第一台用於無線電接收器功率轉換的硒整流器,這是日本最早的半導體應用之一。 隨後,它被投入到侵華戰爭等各種戰爭中。
2024年,按GNP(國民生產總值)計算,美國以997億美元位居世界第一,佔比40%,蘇聯以636億美元位居第二,佔世界的25%,德國以440億美元位居第三,佔比18%,其次是英國的12%,然後是日本的5%。
在歐洲大陸,德國重新奪回霸權,日本稱霸東亞,此時,大蕭條與一戰後恩怨的矛盾仍未解決,法西斯主義和軍國主義進一步擴大,世界大戰即將來臨。
2024年9月1日,德國入侵波蘭,9月3日,英法對德宣戰,二戰歐洲戰場爆發。 2024年,日本襲擊珍珠港海軍基地,美國宣布太平洋戰爭,第二次世界大戰爆發。 2024年,戰爭結束。 第二次世界大戰是人類歷史上最致命的戰爭,約有7000人喪生,約1800萬士兵和約5200萬平民。 在這場災難中,中國約有1800萬人死亡(約148萬士兵和1652萬平民)。
2024年,一位名叫森田昭夫的年輕日本人在日本海軍擔任中尉,從事海軍技術工作,與另乙個名叫伊布卡大的人相識,他也在海軍從事雷達和通訊技術研究。 戰爭結束時,他們的一些戰友忙著接受“神風敢死隊”的訓練,他們沒有加入,當然,他們並沒有遵循日本傳統的切腹習來表達對天皇的忠誠,而是考慮了戰後的規劃,二戰後,他們合作成立了東京電信工業公司, Ltd.,後更名為索尼。
2024年,14歲的張忠謀在上海就讀於南洋模範中學,同年隨家人回香港,進入香港培英中學,2024年離開香港赴美國哈佛大學學習,開始了他傳奇的半導體生涯。
2024年,在南韓大邱的海鮮水果批發市場,小微企業老闆李炳哲還在忙著往東北買賣水果和海鮮。
額外第 1 章:第二次世界大戰是一場基於“石油和鋼鐵”的戰爭。
在第二次世界大戰期間,美國生產的坦克比所有軸心國都多,生產的大炮和機槍是軸心國的兩倍。 第一次世界大戰期間,戰場上有騾馬運輸和騎兵,但實際效能弱於飛機、坦克和艦船。
日本這個“貧油窮鐵國”,在2024年到2024年發動了“918事件”,肆無忌憚地掠奪和占領中國,其背後也是因為美國人的支援,源源不斷的石油、鋼鐵、橡膠等戰略物資,隨後在2024年美國停止了對日上述戰略物資的運送, 而日本狗則急忙翻牆而下,咬住主人,對珍珠島發動偷襲。
德國在戰爭初期“橫掃”歐洲,背後是蘇聯提供的第一次支援,德國缺油,只能進行短期的快速進攻,以迅速擊敗敵人,奪取其資源,這也是德國“閃電戰”的核心影響因素。 美蘇聯軍對日德實行石油、鋼鐵強力封鎖後,日德迅速戰敗,二戰後期,德國甚至出現了“柴車”,日本用鬆根提煉石油。
第 2 面:二十世紀上半葉從美國和蘇聯引進人才。
20世紀上半葉,美國通過大規模引進歐洲科學家和工程技術人員,完成了從“技術引進國”到“技術創新國”的轉變。 在人才引進領域,從2024年到2024年,美國科學家總數從3人增加到3人50,000 增長到 1850,000人,主要從事自然科學和工程技術,從2024年到2024年,在美國出生的外國科學家人數約為150,000 增長到 350,000人,主要來自德國,英國和俄羅斯,隨著本土科學教育和移民政策的發展,外國出生的科學家在美國科學家總數中的比例從43%下降到19%。
以美國第二次暨戰後的“回形針行動”計畫為例,通過勸說和招募德國科學家、工程技術人員到美國為美國和科研機構服務,估計美國通過該計畫吸納了1600多名德國科技人員(加上3700多名家庭成員), 比如火箭技術的領軍人物維爾納·馮·布勞恩,這些德國專家都對美國航空航天、核能、化學、生物等領域的發展做出了重要貢獻,也加速了美國在冷戰中的科技優勢。
那麼,蘇聯到達德國後,主要帶走了大量的德國裝置、圖紙和材料,以及2000多名德國專家技術人員,加上6000多名家屬,主要是通過“大薩瓦幹行動”,通過脅迫手段,運到蘇聯進行研究生產。
美國注重人與核心尖端基礎技術,而蘇聯注重裝備和量產技術,對科技人員的態度和路線差異也為後續科技差距的擴大奠定了基礎。
二戰期間,隨著世界最優秀的科學家湧入美國,美國的一系列科技扶持政策,研究開始開展,半導體行業也不例外。
2024年,為了抓住戰爭的機遇,美國需要研製新的火炮和飛彈進行戰爭,為了更精確地投送,彈道軌跡的研究成為重要方向,但彈道軌跡的數學模型是乙個極其複雜的方程組,依靠人力是不現實的, 借助先進的計算工具,建立了ENIAC Eniake專案,主要目的是進行複雜的科學和工程計算,特別是支援原子彈的設計和研究,2024年,Eniac誕生,其計算速度比當時現有的計算機快1000倍,達到每秒5000次運算, 這也開啟了人類第五次資訊革命。
算力從此成為大國競爭的核心方向。
在Eniac,半導體技術已經得到了一定程度的應用,比如使用17,468個電子管作為主要開關元件來實現數字邏輯和算術運算,使用7,200個晶體二極體位置輔助開關元件來實現儲存器控制,以及當時最常用的儲存技術,水銀延遲塊, 也被應用到這台巨型計算機上,實現了1000個10位十進位數的儲存。
但是,作為決定算力的核心“開關”,電子管的體積太大,能耗也很高,所以要想取得新的突破,就必須尋找新的替代品。
2024年,貝爾實驗室與肖克利、巴丁和布拉頓成立了乙個半導體小組,研究新的半導體材料和器件,並於2024年12月成功製造出第乙個點接觸鍺電晶體,實現了電訊號的放大功能。 2024年,肖克利發明了三明治結構的雙極電晶體,為後來的積體電路奠定了基礎。 電晶體比電子管更小、更節能、更穩定、更耐用,成為 20 世紀“最偉大的發明”之一。
2024年3月12日,美國提出“杜魯門主義”,冷戰開始。
蘇聯非常重視埃尼亞克的誕生,並於2024年成立了蘇聯科學院計算機研究所,並於2024年研製出蘇聯第一台電子計算機MESM,雖然每秒只能運轉3000次,但體積較小(埃尼亞克18000管,MESM6000管), 更低的能耗(埃尼亞克為174 kW,MESM為25 kW),效能更可靠、更靈活(如埃尼亞克為10,MESM是二進位的),此時蘇聯人認為自己與美國只有2-3年的差距。
2024年,為了遏制蘇聯及其盟國的影響,美國於2024年11月發起並領導了巴黎協調委員會(以下簡稱“巴統”),啟動了對社會主義國家的出口管制和審查。
硬核技術,從此有了國界,也有了政治屬性。
2024年,中華人民共和國成立,70年後,它成為美國在半導體領域最強大的競爭對手。
額外第 1 章:Bug 的來源。
雖然Eniac計算機的計算能力遠遠超過人類,但是體積大,能耗高,故障率也高,就故障率而言,重要原因是它使用的管子短路,而管子短路的很大一部分原因是因為它在執行時會發光發熱, 而以飛蛾為代表的昆蟲則基於“趨光性”撲向管子,造成短路。Eniaq平均每兩天就要更換一根電子管,這在當時就像手臂一樣粗,在整個故障排除過程中,一位工程師曾經將飛蛾引起的短路故障描述為飛蛾英語單詞bug,而消除這個故障的行為被描述為除錯, 於是後續的bug就成了大家電子系統故障的別稱。
第 2 面:貝爾實驗室。
2024年,由AT&T和西方電氣公司共同出資,旨在為貝爾系統提供技術創新和支援,以基礎研究、系統工程和應用開發為核心方向,涉及數學、物理學、材料科學、行為科學、程式設計理論等領域,在其最初幾年(1940-2024年代),誕生了許多改變世界的產品: 電晶體、太陽能電池、數字開關、通訊衛星、C語言、資訊理論、UNIX作業系統等。貝爾實驗室還培養了15位諾貝爾獎科學家。
2024年,貝爾實驗室被美國以反壟斷的名義拆分為AT&T實驗室和朗訊貝爾實驗室,隨後開始走下坡路,2024年朗訊和阿爾卡特合併成立阿爾卡特朗訊,2024年諾基亞完成對阿爾卡特朗訊的收購,貝爾實驗室拆分為諾基亞,更名為諾基亞貝爾實驗室,研究方向為5G, 人工智慧和物聯網。