第二章　摩尔定律

一

仙童半导体在1960年代就像一间开着窗户的教室——每个人都聪明，每个人都想干事，但谁也管不住谁。

诺伊斯不像那种”我来管你们”的老板。他喜欢穿开领衬衫，开会时把脚翘在桌上。有工程师说，诺伊斯最大的本事是让公司里所有人都觉得自己是主人。好处是士气高，坏处是没有人听统一指挥。仙童变成了一个八个创始人各自为政的拼盘公司——诺伊斯管研发，摩尔管工艺，布兰克管测试，格里尼克管设备，拉斯特管扩散，克莱纳管营销，罗伯茨管调整，最后一个人管制造。八个脑袋，没有统一的声音。

问题从1965年开始发酵。仙童的母公司——费尔柴尔德摄影器材公司——开始觉得这帮人不好管了。利润上来了，但管理层觉得自己对公司没有控制权。他们换了销售负责人，撤了仙童一部分自主权。诺伊斯去找母公司谈判，谈完回来，脸色不太好。对摩尔说了一句：“还是得自己干。”

1968年7月，诺伊斯和摩尔提交了辞职信。他们在仙童的瑞斯大道305号门口停了一下，没有回头——就像五年前他们在帕罗奥图肖克利楼门口停了一下一样。

新的公司叫”Intel”——“Integrated Electronics”的缩写。诺伊斯想注册”摩尔·诺伊斯电子”，缩写是MORE，摩尔说：“太土了。“最后用了Intel。

公司的第一条使命陈述，诺伊斯写在一张黄色便签上，贴在办公室门后：

“让集成电路成为计算机的基石。”

二

英特尔成立那年，有一件事大家不怎么提：公司的第一款产品不是微处理器，是内存芯片。

1969年，英特尔推出3101——一种双极型静态随机存取存储器，256比特。芯片很小，但代表了一个方向：用硅取代磁芯内存。当时的计算机内存，是靠小磁环编起来的——工人们坐在流水线前面，用针把铜线穿过比米粒还小的磁环，一个一个穿。一台计算机需要十几万个磁环，穿错一个，整台机器报错。

英特尔的3101芯片，把这件事变成一个硅片。

但真正让英特尔出现在地图上的，是1971年。

那年11月15日，英特尔发布了一页全页广告，在《电子新闻》杂志上。广告只有一句话：

“宣告一款微可编程计算机的单芯片。”

芯片叫4004。

这块芯片上面有2300个晶体管，能执行四比特的计算。放在今天，智能手机的芯片里有上百亿个晶体管，4004就像一个单细胞生物。但在1971年，这页广告改写了计算本身的定义：计算机不再是一间屋子、一台机柜、一堆电路板——它可以是一块芯片。

诺伊斯当时对4004的市场定位很模糊。他跟营销团队说：“卖给日本人吧，他们的计算器需要这个小东西。“日本人的计算器行业确实买了——Busicom公司，以高价购入4004的定制版本。

但摩尔在内部备忘录里写了一段话，日后被历史学家反复引用。他是这么写的：

“我们卖给Busicom的，不是芯片。我们卖给他们的，是一个不需要改动硬件就能改变产品功能的东西。这是历史上第一次，‘改变想法’比’改变硬件’更便宜。”

这段话的意思是：以前你想让计算器加一个功能，要重新设计电路板，重新焊一遍原件。现在你只需要重写一段代码，芯片会自动执行新指令。软件和硬件的关系，从”软件和硬件是两个世界”变成了”软件跑在硬件上”——前者终于可以独立迭代了。

这件事的意义，当时几乎没有人理解。

三

1971年，一个叫特德·霍夫的英特尔工程师，在4004的项目里做了一次设计调整。这个调整后来被叫做”通用处理器”的雏形。

霍夫的核心想法，换个说法就是：与其给每一款计算器专门设计一块芯片，不如设计一块芯片，然后用代码告诉它该做什么。这就好比以前你每换一家餐馆就要换一套餐具，现在你学会了用餐馆的餐具吃任何东西。

4004之后，英特尔在1972年推出8008，1974年推出8080。8080是一块八位微处理器，在当时性能最强——它运行在2兆赫兹的频率上，能寻址64K内存。

这些数字在今天听起来像个笑话。2兆赫兹，比你现在手机运行速度的百万分之一还慢。64K内存，连一张表情包都存不下。

但在1974年，有一群人看到了这些数字背后的可能。

他们中的一个，叫埃德·罗伯茨。他在新墨西哥州阿尔伯克基经营一家叫MITS的小公司，做电子计算器套件。1974年，计算器市场价格战把MITS打得快倒闭了。罗伯茨在看一本杂志的时候，在封面上看到了8080芯片的广告——“只要360美元，你就能拥有一块微处理器。”

他做了一个决定：我要用这块芯片，造一台人人都能买的计算机。

四

1975年1月，《大众电子学》杂志的封面是一台金属盒子的照片。标题写着：

“世界首台微型计算机套件，挑战商业电脑，售价不到400美元。”

盒子叫Altair 8800。里面有块8080芯片，前面板有一排开关和灯。你要用手拨开关输入二进制程序，然后按”运行”，灯会闪，告诉你结果。没有键盘，没有屏幕，没有操作系统。

但这台机器卖出去了。

第一批出厂的机器，每台都配了一份小小的使用手册。手册的最后一页是最关键的——上面写着如何往机器里输入一个程序。输入方法复杂到需要用一张纸逐一记录每个开关的位置，然后照着拨。

保罗·艾伦把这个封面拿给比尔·盖茨看的时候，盖茨还是哈佛法学院一年级的学生。他看了一会儿，说了一句：“这东西不需要BASIC吗？”

那是盖茨脑子里的一个念头：Altair 8800没有软件。有人造了硬件，但没有人给它写语言。用机器码编程，就像用摩斯密码打电报，能发，但效率极低。

盖茨和艾伦做了一件事：他们在哈佛的PDP-10大型机上，用汇编语言给Altair 8800写了一个BASIC解释器。这个软件能把人类友好的BASIC代码，翻译成8080芯片能理解的机器语言。写完之后，他们把纸带打孔成一行一行代码的二进制表示，打包寄给了MITS公司。

这是微软的第一款产品。

同年，1975年，在加州洛斯阿尔托斯的一间车库里，另外两个人也在忙。史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼亚克，正在把一块6502处理器焊到一块木板上，然后给木板上接了一组键盘和一台电视机的视频接口。

他们给它起名叫Apple I。

五

1960年代末，中国。北京，中关村。

中科院半导体研究所的楼比原来大了，但里面的设备还是十年前的型号。扩散炉的温控旋钮已经磨得露出了铁皮，真空镀膜机的玻璃罩上有裂纹，用胶带缠着。

从这栋楼里走出来的人，确实如第一章结尾所写，后来成了寒武纪、龙芯、华为海思的骨干。但1960年代末，他们的名字还只能在《半导体技术》之类的内刊里出现，印刷量很少，订户主要是研究所和工厂。

1970年代初，中国半导体行业迎来了一个小小的转折点：1972年，北京大学物理系设计出了中国第一块PMOS集成电路。PMOS是一种用p型硅做通道的工艺，比仙童的平面工艺慢，但当时中国没有那么高的性能要求。

这是中国第一款自主设计的集成电路。

IC上有几十个晶体管。与仙童1959年的水平相比，差距是十三年。但1972年的这个”第一款”，有一个仙童永远没有的东西：它是在中国的车间里被设计、在中国的大炉子里被烧制、在中国的测试台上被验证的。没有苏联图纸，没有美国设备，没有合资公司。

当然，产量很低。第一款集成电路的生产批次，一共做了六片。良率是零。

六片片子，全部不能工作。原因后来查出来是光刻版图案偏移了半个微米。

负责这个项目的工程师，叫王阳元。他后来成了中国微电子领域的奠基人物之一。1972年，他三十六岁，站在六片废片前面，把桌上那杯茶喝完，然后在实验记录上签了字，写了下一轮工艺调整的方案。

他没有说”我们会成功”之类的话。他只是在那行方案后面加了一句：“建议增加光刻对位精度检测，每批至少三次。”

那是中国半导体行业的1960年代尾巴——没有掌声，没有标题，只有六片废片和一条改进建议。

六

1975年，一辆灰色的雪佛兰开在加州101公路上。

开车的人是戈登·摩尔。副驾驶上坐着诺伊斯。后座塞着二十箱英特尔内存芯片的样品。他们要去旧金山的一家酒店，参加一个行业会议，摩尔要在会上做一个关于内存芯片成本的演讲。

车窗开着，风很大。诺伊斯把胳膊伸到窗外，感受风速。摩尔在翻一叠打印出来的生产数据，每页都是一个表格，列着型号、日期、晶体管数、成本。

“你看这个数字。“摩尔指着其中一个单元格。

诺伊斯收了胳膊，看了一眼。然后他什么也没说，头又转回窗外。

不是因为他没看到。是因为这个数字太简单了——每十二到十八个月，芯片上的晶体管数量翻一倍，成本降一半。他在1965年那篇文章里已经说过这个规律，现在不过是在更新的数据上证实了它。

规律之所以可怕，是因为它不吃人、不碰运气、不等待任何人。它只是发生了。中国人在做第一批集成电路的时候，摩尔定律在走。日本人在追捕盗版录音机的时候，摩尔定律在走。苏联人在造更大的导弹的时候，摩尔定律在走。

没有人能停下来。包括摩尔自己。

他后来回忆说，1975年那个下午，他在101公路上看着那些数字，第一次生出了一个念头：如果这条曲线永不停止，会怎样？

这个念头，把硅谷和其他所有人的命运，绑在了一起。

七

1985年，张忠谋从通用仪器公司辞职。

那年他五十四岁。在德州仪器干了二十五年，做到了资深副总裁，管着全球六万员工里的半导体业务。他是德州仪器职位最高的华人。但1983年，德州仪器决定退出消费电子，张忠谋被调到了一个闲职——“品质与人事”。他每天坐在达拉斯的大办公室里看报告，看了一年半。有一天他看着自己桌子上那台德州仪器生产的计算器，忽然笑了一下。

不是高兴的笑。

第二年，台湾工研院请他去当院长。他飞回了台北。工研院给了他一个任务——“把台湾的半导体产业做起来”。他在台湾考察了几个月，看完几十家电子厂之后，得出一个判断：台湾没有能力跟日本和美国拼芯片设计，但有一件事台湾能做——制造。专门制造。不是设计芯片，也不是卖整机，就是在别人的设计上，把沙子刻成电路。

这个想法在当时听起来非常荒谬。半导体行业的主流模式是IDM——Integrated Device Manufacturer，一家公司自己设计芯片、自己生产、自己封装测试。英特尔这么干，德州仪器这么干，摩托罗拉这么干，西门子这么干。没人想过把”生产”拆出来专门做——这就好比说”我们开一家只做发动机、不造整车的汽车厂”。

张忠谋认为这就是对的。他算了笔账：一家芯片工厂的投资是两亿美元起步，一条生产线需要两到三年才能投产。不是每一家设计芯片的公司都烧得起这个钱。但如果有一家公司替所有人烧这个钱——那它的客户将是全世界所有想设计芯片的人和公司。

他管这个模式叫”纯代工”。

1987年，台湾积体电路制造公司在新竹科学工业园区挂牌。启动资金两亿两千万美元：台湾政府出百分之四十八，张忠谋自己找来了飞利浦，出了百分之二十八，剩下的，他自己凑。

飞利浦的人问：“你的客户是谁？”

张忠谋说：“暂时还没有。”

飞利浦的人沉默了几秒。张忠谋补了一句：“但他们都会来的。”

第十二年，台积电的营收超过了十亿美元。第二十五年，全球百分之八十以上的先进芯片从台积电的工厂里走出来。苹果、英伟达、高通、AMD——所有你能想到的芯片公司的设计图纸，最后都在张忠谋的新竹工厂里变成硅。

摩尔定律说的是”芯片上的晶体管每隔十八个月翻一倍”。张忠谋把它变成了一个物理事实——他建了一条永远在更新、永远在缩小、永远在提速的流水线，让全世界所有设计芯片的人，只需要操心图纸，不需要操心机器。

2020年的春天，台积电在亚利桑那州凤凰城破土动工。张忠谋退休后唯一一次公开站台，就是在那个开工仪式上。

他站在凤凰城的阳光下，头发全白了。他身后的工地上，推土机正在翻土，黄的土，红的铁架。

和1987年他在新竹看第一块地的时候，一模一样的画面。

八

1987年，和台积电挂牌同一年，一个四十三岁的中年男人在深圳蛇口的一间简易房里，拿出两万一千块钱——那是他全部的转业费——注册了一家公司的营业执照。公司的名字叫”华为”。

他叫任正非。

转业之前，他是中国人民解放军基建工程兵的一名技术副团职干部，在辽阳石油化纤总厂做过技术。转业之后被分配到深圳南海石油后勤服务基地，几年后在一笔生意中被骗走了两百万。公司把他开除了。他老婆跟他离婚了。他带着父母住在深圳的棚屋里，自己出去找活干。他在一份后来的口述记录里说——“我没有别的路可走了。”

那两万一千块钱注册的公司，最初的业务是卖用户交换机——就是从香港进货，卖给深圳的企业。很普通的买卖，赚差价。没人知道这个公司跟半导体有什么关系。

但卖交换机卖了三年之后，任正非发现了一个问题：所有的设备核心技术都在外国人手里。C&C08万门数字程控交换机——华为第一款自己研发的核心产品——1993年才出来，投入了公司全部的利润和几乎所有人的全部精力。任正非后来在内部讲话里说：研发的时候他把公司账上最后八百万现金全砸进去了，如果失败，华为就没有了。

华为活了下来。C&C08卖出了第一台。然后是第二台。然后是中国农村电信市场对低成本交换机的巨大需求，像潮水一样涌进来。

1998年，华为的营收突破了一百亿人民币。任正非在这一年写了一篇影响深远的内部文章，叫《华为的冬天》。里面有一句话：

“十年来我天天思考的都是失败，对成功视而不见。”

1987年的那个秋天，没有人看得到这条线。台积电在新竹挂牌的那天，深圳的那间简易房里，一个转业军人正在把营业执照装进一个塑料文件袋。

这两件事发生在同一年的同一片土地上。一条线在台湾，做芯片的制造。一条线在深圳，做通信的设备。两条线在此后的三十多年里反复交错——台积电的芯片装进了华为的交换机，华为的交换机铺满了中国的土地。而当二十五年后的那个春天到来时，这两条线将同时被卷入一场没有任何人能预料到的风暴。

九

1980年代是全球半导体版图最动荡的十年。

日本人来了。

1976年，日本通产省发起了一个名为”VLSI技术研究组合”的联合攻关计划，把日立、NEC、富士通、三菱、东芝五家公司的研发人员集中在一起，攻关超大规模集成电路技术。四年时间，政府投了七百亿日元。这不是市场竞争，是国家级别的研发攻坚。

到1985年，日本企业在全球DRAM市场的占有率超过了百分之八十。英特尔的安迪·格鲁夫有一天走进办公室，看到桌上放着一份市场份额报告。日本人的那条线，已经把美国人踩在了脚底下。他看了很久，然后把报告翻过来，背面朝上。

格鲁夫在1985年的一封信里写：“与其在内存这一块死磕日本，不如放弃DRAM，把全部子弹押在微处理器上。”

英特尔退出了内存业务。这个决定在当时几乎等于承认失败。但在未来三十年的史书上，它被重新定义为：战略性撤退。

美国没有只在企业层面反击。1986年，美国政府与日本签署了《美日半导体协议》——贸易史上第一次针对特定商品的政府间协议。协议规定日本半导体必须”公平定价”，承诺外国产品在日本市场占有率达到百分之二十。日本人签了字。但签字之后，日本半导体产业的鼎盛期，就在这份协议的纸墨未干的时候，开始了悄无声息的滑落。

滑落的原因不是协议本身，而是韩国的入场。

1983年，韩国政府把半导体列为”国策产业”。三星集团会长李健熙在这一年宣布：三星要做自己的DRAM。当时三星电子在半导体行业里只是一个给日本和美国做代工的”二道贩子”。但李健熙不这么看。他在内部会议上说了一句话：“别人已经走过的路，我们走得更快就行了。”

1984年，三星在韩国器兴建了第一条六英寸晶圆生产线。同年，三星派出一个技术团队去了美国美光科技——拜访、学习、挖人。团队在爱达荷州博伊西市——美光的总部所在地——待了整整三个月，每天泡在美光的工厂里。美光的工程师后来发现了很多”技术转移”的痕迹。讼诉打了三年，最后庭外和解。

1992年，三星成为全球最大的DRAM制造商。那个位子，英特尔坐过，日本人抢了过去，韩国人又抢了回来。此后三十年，三星从未从这个位子上离开。

摩尔定律的曲线在继续往上走。晶体管在缩小。成本在降低。日本人在退场，韩国人在前进，美国人在转型。

而每一家半导体公司的命运，都将被那根1987年在新竹工业园里埋下的水泥柱——张忠谋的纯代工模式——彻底改写。

一张全球半导体版图从此浮出水面：美国设计，台湾制造，韩国存储，日本退守设备和材料——摩尔定律自己不偏袒任何人，但在它的曲线上，有人上升，就一定有人滑落。

三星成为全球最大DRAM制造商的那一年，摩尔定律刚好走到了第二十七个年头。没有人知道这条曲线还能走多久。

但所有人在做同一件事——沿着它跑。

十

1987年。荷兰埃因霍温郊外，一栋灰砖厂房里。

一台机器正对着空气发呆。

这台机器叫光刻机——PAS 2500。它的原理说起来很浪漫：把电路图案缩微几千倍，用紫外光”印”到硅片上，像在沙子上写字，但精度必须控制到一根头发丝的千分之一。ASM公司花了六年时间做这款机器，投入了公司四分之一的预算。到了1987年，机器终于能跑了，但没有任何客户愿意买。

工程师们蹲在黄色安全灯底下，看着机器一遍一遍地刻同样的图案。良率不到百分之十。每做一百片，能用的不到十片。

ASM的老板叫德尔·普拉多。他看着PAS 2500的报表，做了一个决定：把光刻机部门拆出去，让它独立运营。

这家独立的公司叫ASML。

没人会多看它一眼。那是1987年，全世界在看IBM、苹果、英特尔。台积电在新竹挂了牌，华为在深圳注册了执照——半导体世界最喧闹的一切都发生在亚洲和美洲。欧洲的光刻机，不过是舞台边缘没有台词的群演。

但摩尔定律有一个残酷的前提：每十八个月，晶体管缩小一倍。缩小意味着刻线更细，刻线更细意味着需要更短波长的光。到三微米以下，汞灯不行了。到一微米以下，准分子激光也不行。最终，只有极紫外光——波长短到能在真空里被空气吸收的光——才能继续在硅上写字。

这束光，没有人能做出来。

二十五年后，ASML做出了EUV极紫外光刻机。一台机器售价两亿美元，交付需要四十个集装箱、三架波音747货机、二十名工程师安装三个月。全球只有ASML能做。英特尔排队，三星排队，台积电排队——全世界的芯片图纸，都等着荷兰那栋灰砖厂房里走出来的机器，把它们变成硅。

1987年的那个夏天，德尔·普拉多在ASML成立文件上签字的时候，厂房的窗外是一片空旷的荷兰平原。没有树，没有人，只有很低的云，和一辆停在停车场里很久没动过的灰色大众。

三十年后，在这片平原上不远处的另一栋楼里，一群工程师正在调试一台能让两纳米刻线变成现实的机器。机器运转时，除了冷却液循环的低鸣，什么声音都没有。

就像三十年前一样。