序
去年底，我突然发现有一本畅销书的名字叫做《芯片战争》，于是找到了它的电子版。然而，这本畅销书，流行得快，消失得也快，不久它就离开了畅销书榜单，不过这并不妨碍我把它读完。
芯之所属–《芯片战争》
去年有一个非常值得纪念的时刻，就是华为破天荒地发布了搭载了自研CPU的手机，著名的“遥遥领先”时刻。作为一名IT人，我深为这种里程碑似的成就感到自豪，然而我的理智告诉我，虽然我们前进了一步，但是我们距离发达国家的信息产业的距离依然很远。
书中讲述的几段故事深深地打动了我，一个是张忠谋原来是车间主任出身，另一个便是美国使出了浑身解数也没法重夺光刻机产业。
车间主任张忠谋
发明是至关重要的，但光靠科学还不足以建立芯片产业。半导体的传播既得益于学术物理，也得益于巧妙的制造技术。麻省理工学院和斯坦福大学等学校在发展半导体知识方面发挥了关键作用，但芯片产业之所以起飞，是因为这些院校的毕业生花了多年时间优化生产流程，使大规模生产成为可能。正是工程和直觉，以及科学理论，使贝尔实验室的专利变成了一个改变世界的行业。
当一切都标准化时，大规模生产才有效。通用汽车公司能够将许多标准的汽车零件用于所有从装配线上下线的雪佛兰。在半导体方面，像TI这样的公司，缺少可检测出制造集成电路的原料是否符合标准的工具。化学品中含有当时无法检测到的杂质，温度和压力的细微变化可能会引起意外的化学反应，投射光线的掩模可能被灰尘颗粒污染，一点点杂质就可能使整批产品报废。唯一的改进方法是反复试验，TI组织了数千次实验来评估不同温度与化学物质组合对生产工艺的影响。
张忠谋毕业于麻省理工大学，TI开始准备自己生产硅片的时候，加盟了TI，负责晶体管生产线。他负责经营一条用于IBM电脑的晶体管生产线，当时这种晶体管太不可靠了，TI的成品率几乎为零。几乎所有产品都有缺陷，会导致电路短路或故障，因而不得不被扔掉。
作为一名桥牌高手，像玩他最喜欢的纸牌游戏一样，张忠谋有条不紊地从事制造业工作。到达TI后，他开始系统地调整不同化学物质组合的温度和压力，以确定哪种组合最有效，他的直觉让同事们感到惊讶和害怕。一位同事回忆道：“你和他一起工作时必须小心。他坐在那里，吸着烟斗，透过烟雾看着你。”为他工作过的得克萨斯州人认为他“像一个佛陀”。在烟雾的背后，是一个无与伦比的大脑。一位同事回忆道：“他对固体物理学有足够的了解，足以支配任何人。”他以“强硬的老板”标签著称。一名下属回忆道：“张忠谋对待员工非常苛刻，如果你没有被张忠谋折磨过，你就没有在TI工作过。” 不过，张忠谋的方法产生了效果。几个月内，他的晶体管生产线的成品率跃升至25%。美国最大的科技公司IBM的高管来到达拉斯研究他的方法。很快，他被任命为TI整个集成电路业务的负责人。
早在20世纪70年代中期，当张忠谋还在TI工作时，他就开始考虑创建一家半导体公司，生产客户设计的芯片。当时，像TI、英特尔和摩托罗拉这样的芯片公司主要生产自己设计的芯片。1976年3月，张忠谋向TI的高管们介绍了这一新的商业模式。TI的其他高管并不信服。1976年，当时还没有任何“无晶圆厂”的公司设计芯片，尽管张忠谋预测这些公司很快就会出现。TI已经赚了很多钱，所以在还不存在的市场上赌博似乎有风险，这个想法被悄无声息地否决了。
在TI工作了20多年后，张忠谋没有被聘为首席执行官，于20世纪80年代初离开了该公司。TI的超高效制造工艺是他在提高产量方面的实践和专业知识的结晶。他亲自帮助建立了世界半导体产业。他想要的TI首席执行官职位将使他在芯片行业处于领先地位，他与罗伯特·诺伊斯或戈登·摩尔不相上下。
当张忠谋接受了台湾的请求，要在岛内发展半导体产业时，希望找一家外国芯片公司提供先进的生产技术的时候，TI和他的前同事们都拒绝了，最后是荷兰的飞利浦支持了他。然而当年最先进的光刻机在美国，得益于台积电的使用，荷兰的ASML才得以不断地发展，变成了世界上唯一一家能提供极紫外光光刻技术的厂家。
看到这里，我意识到台积电并不是一个普通的公司，而和TI、Intel一个量级的大巨头。一开始，张忠谋就参与了半导体产业从技术变成工程的过程，而且还是以主导者的身份。不难想象，一个具有丰富的一线技术和超强理论功底的专家，开辟一个他思考了很久的产业，无视其他主流的大厂的笑话和嘲讽，是有足够的底气的。
含恨的诺伊斯
发明晶体管的诺贝尔奖授予了肖克利、巴丁和布喇顿。基尔比后来因发明了第一个集成电路而获得诺贝尔奖。如果诺伊斯没有在62岁时去世，那么他会与基尔比分享这个奖项。作为英特尔的创始人，他看准了DRAM的市场潜力，并全力投身于通用处理器的研发和制造。如果没有诺伊斯的眼界和努力，摩尔定律是不会出现，并变得如此深入人心。
1986年，罗伯特·诺伊斯对一名记者说：“我们正处于死亡螺旋中。你能说出一个美国没有落后的领域吗？”在更悲观的时刻，诺伊斯想知道硅谷是否会像底特律一样。”为了拯救处于劣势的光刻机技术，诺伊斯站了出来，作为集成电路的共同发明者和两个美国最成功创业公司的创始人，他拥有业内最好的技术和商业资历。没有人能比得上他在硅谷的魅力和人脉。如果说有人能重振芯片产业，那只能是这位创造了芯片产业且名声显赫的诺伊斯。
那就是Sematech计划。1987年，美国一群领先的芯片制造商和美国国防部成立了一个名为Sematech的财团——一半由业界出资，一半由五角大楼出资。诺伊斯领导下的Sematech是一个奇怪的混合体，它既不是一家公司，也不是一所大学，更不是一个研究实验室。没有人确切地知道它应该做什么。诺伊斯一开始试图帮助GCA等制造设备公司，其中许多公司拥有强大的技术，但难以创建持久的业务或有效的制造流程。
在Sematech中，51%的资金流向了美国的光刻机公司。诺伊斯简单地解释了这个逻辑：光刻机公司得到了一半的钱，因为光刻机公司是芯片行业面临的“一半问题”。 没有光刻机，公司就不能制造半导体，美国仅存的主要生产商仍在苦苦挣扎。美国可能很快就会依赖外国设备。1989年，诺伊斯在美国国会作证时宣称：“在很大程度上，Sematech的成功与否，可能会由它在拯救美国光刻机制造商方面有多成功来判断。”
1990年，诺伊斯在晨泳后死于心脏病。他创建了仙童和英特尔，发明了集成电路，并将支撑所有现代计算的DRAM芯片和微处理器进行商业化。但诺伊斯的魔法被证明对光刻机技术无能为力。
ASML，最后的胜者
诺伊斯的努力，没能拯救到美国的光刻业，佳能、尼康和飞利浦瓜分了这个市场。1984年，荷兰电子公司飞利浦剥离内部光刻部门，创建了阿斯麦，这家看起来不见经传的小公司最后获得了胜利。
阿斯麦从飞利浦分拆出来的历史也以惊人的方式促进了与台积电的深厚关系。飞利浦一直是台积电的基石投资者，曾将其制造工艺技术和知识产权转让给初创的台积电。“阿斯麦和台积电最初都是芯片行业边缘的小公司，但它们共同成长，形成了一种伙伴关系。如果没有这种伙伴关系，那么如今的计算技术进步将停滞不前。
到2010年末，荷兰光刻机公司阿斯麦已经花了近20年的时间试图使极紫外光刻发挥作用。要做到这一点，阿斯麦就需要在世界上搜寻最先进的部件、最纯净的金属、最强大的激光器和最精确的传感器。
- 稳定的极紫外光源：要想产生足够的EUV，需要用激光轰击一个小锡球。最好的方法是以大约每小时200英里的速度在真空中射出一个三千万分之一米直径的小锡球，然后用激光照射锡两次，第一次脉冲加热锡，第二次脉冲将锡球轰成温度约为50万摄氏度的等离子体，这比太阳表面热很多倍。然后，这个轰锡过程每秒重复5万次，以产生制造芯片所需强度的EUV。
- 最强大的激光器：一种由四个部件组成的激光器。一是两个“种子”激光器，虽然其功率低，但能精确地控制每个脉冲，使激光每秒能击中5万个锡滴；二是四个增加光束功率的谐振器；三是一个超精确的“光束传输系统”，可以将光束引导到锡液滴室，光束路径超过30米；四是一个最终聚焦装置，以确保激光每秒直接命中数百万次。激光室中的特殊气体必须保持恒定密度。锡滴本身能够反射光，反射光有可能进入激光系统形成干扰。为了防止这种情况的出现，激光系统需要特殊的光学部件。通快需要工业钻石来提供激光离开腔室的“窗口”，必须与合作伙伴合作开发新的超纯钻石。
- 超强的散热器：在二氧化碳激光器产生的能量中，大约80%是热量，只有20%是光，所以从机器中抽取热量也是一个关键的挑战。通快公司之前设计了一种鼓风机系统，风扇每秒转动1000次，由于速度太快，鼓风机无法依靠物理轴承。最终，该公司学会了使用磁铁，因此风扇可以在空气中飘浮，并且在从激光系统中吸出热量时不会与其他部件发生摩擦，也不会危及可靠性。
- 超纯钻石：13.5纳米波长的EUV更接近X射线而不是可见光。与X射线一样，许多材料吸收EUV，而不是反射EUV。蔡司开始开发由100层交替的钼和硅制成的反射镜，每层厚度为几纳米。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员在1998年发表的一篇论文中确定了这是目前最佳的EUV反射镜。但是，制造这样一个具有纳米级精度的反射镜被证明几乎是不可能的。最终，蔡司创造了有史以来最光滑的镜子，其中的缺陷小到几乎难以察觉。
蔡司表示，如果EUV光刻系统中的镜子按比例放大到德国面积大小，它们最大的不平整度是十分之一毫米。为了精确地引导EUV，EUV光刻系统中的镜子必须保持完全静止，这需要机械和传感器高度精确，以至蔡司宣称其可以让激光击中月球上的高尔夫球。
除了世界上最大的芯片制造商外，制造尖端处理器对每个人来说都太昂贵了，即便是拥有格芯的波斯湾王室成员的财力也不够雄厚，当前能够制造前沿逻辑芯片的公司数量只有三家，台积电，英特尔和三星。
结语
产生计算能力的惊人复杂性表明，硅谷的故事不仅仅是一个关于科学或工程的故事。技术只有在找到市场时才会进步。半导体的历史也是一个关于销售、营销、供应链管理和成本降低的故事。
回到1958年12月，寒冷的华盛顿特区举行了一次电子会议——就在同一年，张忠谋、帕特·哈格蒂、韦尔登·沃德、杰伊·莱思罗普和杰克·基尔比都在TI工作。
张忠谋、戈登·摩尔和罗伯特·诺伊斯参加了会议，然后他们出去喝啤酒。夜深后，年轻而兴奋的他们迎着雪花，哼着歌儿，慢悠悠地回到酒店。
在街上经过他们的人肯定都不会想到这是未来的三位科技巨头。他们不仅在海量的硅片上留下了持久的印记，而且在我们所有人的生活中留下了持久的印记。