缘起

始于近代，中华民族命运多舛。因为战争，在上世纪前半叶，除了尊严，这个民族几乎失去所有能够失去的东西。上世纪的后半叶，这个民族奔波于果腹与温饱之间。千禧年后，在我们有机会重回世界之巅时，爆发了中美贸易战。上世纪欠下的债，终要这个世纪来还。在这一次战争中，使用的武器不再是枪炮，而是不足一握的半导体芯片。

半导体是一种特殊的材料，这种材料有时表现为导体，有时表现为绝缘体。地球蕴含许多半导体材料，最常见的是石块。与传统的木匠活相似，将这些石块加工成半导体芯片，需要使用许多设备，经过多个步骤。木匠活三分看手艺，七分看家什儿，芯片的制作也是如此。

芯片制作的第一个环节是设计，等同于木匠活里的手艺。在设计环节结束后，工程师需要向半导体工厂提供刻在芯片上的图形文件。今天的半导体芯片集成了几十亿个晶体管，使用手工绘制这个图形并不现实。工程师需要书写程序，然后借助EDA （Electronics Design Automation） 工具，将程序转换为图形文件。

EDA工具的提供商经过多年的优胜劣汰后，Synopsys、Cadence与Mentor三家瓜分了绝大部分市场，这三家本质上都是美国公司。EDA厂商除了提供工具之外，还为工程师提供了许多组成模块。在今天的半导体芯片内，包含了几亿到几十亿个晶体管，工程师们不可能再从一颗颗晶体管开始搭建，会使用许多已经实现好的组成模块。

有些模块可以从EDA或者其他厂商处购买；有些模块需要自己实现；还有一些模块即便是自己实现，依然需要给他人支付专利费用。高通在通信领域中的一些算法，只要你使用了就要付费，高通不需要为此提供任何技术支持，仅需要派出几名律师。诸如此类的条款，在半导体设计领域随处可见，只是没有高通这样霸道，这样引入注意。

工程师完成设计工作后，将图形文件提交给半导体工厂，半导体工厂需要备齐各类原材料与制造设备，制作出一颗颗芯片。半导体芯片分为两类，一类是分立器件，一类是集成电路。由一个独立的二极管或者晶体管构成的芯片，被称为分立器件；集成电路是将多个晶体管、二极管、电阻和电容等元件互连在同一个晶片上，所构成的芯片。

1947年，John Bardeen，Walter Brattain和William Shockley所发明的第一个晶体管，可视为分立器件；随后Intel的Robert Noyce和TI的Jack Kilby，将多个晶体管组合在同一个半导体晶圆上，发明了集成电路。集成电路是半导体产业发展的重要里程碑，在其后诞生了摩尔定律。

摩尔定律的持续正确，推进了整个产业的发展，也逐步提高了半导体制造的门槛。Noyce时代的集成电路并不难做，使用木匠活的墨斗加斧刨锯凿加工即可。而后集成电路由摩尔定律指引，每两年在同样大小的半导体芯片上集成的晶体管数目增加一倍，使芯片的制作愈发艰难。

摩尔定律推动了集成电路的进步，也使得半导体设备所需提供的精度，从毫米开始，过渡到微米，最后步入到纳米世界。在纳米世界中，半导体材料的通行法则不是传统的经典物理，而是在上世纪初兴起的量子力学。没有量子力学的突破，半导体无法到达今日的高度。

现代智能手机中的处理器，已经集成了几十亿个晶体管，设计复杂度不亚于一座北京城。但是这个北京城需要在指甲见方处搭建，这对设备精度提出了近乎无限的追求。这使得激光——这个至今为止，人类所能控制的，最准的尺与最快的刀——参与半导体制造成为必然。

光刻相当于传统木匠活中的墨斗，主要用来打线测量；加工半导体晶圆的是蚀刻、研磨、切割、打孔这些设备，相当于木匠活中的斧刨锯凿。半导体制作的第一步，是使用激光将准备好的设计图案印在晶圆上，这个过程也被称为光刻，之后斧刨锯凿协力，制作出一颗颗芯片。

在现代半导体晶圆制作中，光刻占据了大约40～50％的时间，其他制作步骤紧密围绕着光刻进行。因此半导体产业的所有制造设备可以简约为两类，光刻与辅助光刻的设备；硅这个主材料之外，剩余的材料也可以简约为两类，光刻与辅助光刻的材料。

半导体设备与材料的进步是摩尔定律持续向前的源动力。摩尔定律的持续正确，使人类获得了更强的计算能力；计算能力的提高进一步促进了设备与材料的发展；设备与材料的持续进步，捍卫着摩尔定律的持续正确。这使得摩尔定律在相当长的一段时间成为真理。整个半导体产业，在这个自身能够驱动自身发展的良性循环中，奋而向前。

在半导体产业中，设计与制造紧密相关，材料与设备耦合在一起。设备与材料的前进步伐缓慢，研制周期漫长。这使得貌似可以通过良性循环，而无限上升的产业总会遭遇波折，使这个产业呈现出一定的周期。从半导体产业诞生之日起，形成这个周期已经成为必然。

源自于贝尔实验室的晶体管诞生后，引发了欧美日所有巨头的关注。IBM、HP、摩托罗拉、飞利浦、西门子、NEC、东芝、日立前后进入半导体产业。在当时，半导体工厂所需要的超重资产对多数小公司可望而不可及。

小公司没有钱，没有好工厂，但是可以加班拼命。上帝是公平的，赋予了小公司以创新。地处德克萨斯州的一个小公司TI，在1954年发明了基于硅的晶体管。晶体管的发明者Shockley，从贝尔实验室来到硅谷后，培养了IT史上著名的八个叛徒。后来这八个人成立了仙童半导体，为首的是Intel的创始人诺伊斯，他与TI的Jack Kilby同时发明了集成电路。

在当时，一个半导体公司或者大公司的半导体事业部中，不仅有半导体设计人员，半导体厂房的工人，还有研发半导体设备与材料的科学家。

那时的半导体公司一定很热闹。一边是歪在椅背上唱着歌，异想着天开的设计灵魂；一边是一根针掉在地上，非要分辨出是针头还是针尾先落地，Copy Exactly工厂哲学的捍卫者；还有一边是两耳不闻天下事的科学家。那时的半导体工厂在管理哲学上存在的一定不止是两难。到后期，这几伙人还能在一起上班的很大一部分原因，可能是在看究竟是谁先挺不住离开这里。

1987年成立的台积电，打破了这个僵局，此后出现了一批仅从事制造而不进行设计的半导体工厂。设计人员纷纷独立，在整个硅谷、美国与欧洲，出现了许多没有工厂，仅从事半导体设计的公司。设计与制造的分离促进了半导体产业的发展，这是一段属于半导体的黄金时代。

半导体产业的进步，推动了处理器的发展。上世纪90年代，Intel的处理器进入奔腾时代；Apple、IBM与摩托罗拉共同发布PowerPC微架构；SUN与TI联手搭建SPARC芯片；还有将计算机体系结构推向巅峰的Alpha处理器。那是一个属于半导体与处理器的辉煌岁月。

处理器很快席卷了整个世界。处理器的性能更加强大，与此相关的生产资料也更加完备，完备的生产资料提高了人的效率。当所有人的效率都得到显著提升后，量变的积累引发了质变，全人类的合力重构了整个世界。电子信息时代终告降临。

在处理器的推动下，出现了程控交换机、以太网与路由器。在这些网络设备的基础之上，互联网崭露头角并迅速泡沫化。互联网产业需要许多服务器与网络设备，这些设备需要大量的半导体芯片。半导体产业在这个需求的刺激下，欣欣向荣也孕育着泡沫。这个泡沫很快与互联网泡沫走到了一起，相互借力，相互配合，搭建了一个巨大的空中楼阁。

2000年3月10日，纳斯达克指数在达到5048这个高点后开始崩塌，半导体产业无法独善其身。至2003年，半导体产业进行大规模的合并重组已势在必行。我愿意相信，推倒合并重组的第一块多米诺骨牌，是发生在2003年10月的摩托罗拉分拆半导体事业部。我愿意选择这个时点作为半导体新周期的标志，也愿意以此作为对摩托罗拉的回忆。

资本的无知叠加着行业的恐惧，半导体产业一片废墟。

互联网泡沫的塌陷，刺穿了半导体产业的泡沫。在2001年，半导体产业出现了大约30％的降幅，直到2004年，半导体产业才逐渐复苏。此后半导体芯片的需求在缓慢地上升，但是摩尔定律也顽强地走了几步，使得半导体芯片的集成度更高，在一定程度对冲了这个需求。

今天的智能手机，复杂程度远超之前的功能机，所使用的芯片数目却没有增加。在iPhone Xs中，半导体芯片不过30个左右。智能手机产业没有使半导体行业受益。随身听、卡片相机、GPS导航仪，还有许多曾经辉煌的产品，最后被塞入了智能手机之中。

智能手机从功能机时代的5亿部提高到15亿部，依然无法弥补这些消失的电子设备对半导体的需求。智能手机一路高歌的时代，也是半导体产业逐步低迷的时代。这个产业在资本的撮合下，在西方进行了大规模的合并重组，以抱团取暖。

在智能手机时代，移动互联网风靡整个世界。智能手机打开了应用之窗，也关闭了硬件之门。应用为王的理念在智能手机时代逐步成立，夺去了硬件创新的接力棒。与应用场景相伴的是各类跨界的微创新，这些微创新会培育许多好公司，但不是伟大的公司。这使得在电子信息产业，我们将长期面临一个缺乏创新的时代。

在历史上曾经出现过的伟大公司，有几个是听从了现有应用场景的意见，然后在此基础之上精益求精，逐步发展起来的？我们之前经历的多数创新，是少数人对未知领域做出了准确预判，提前布局这个未来，是自己创造出新的需求，并指引着这个未来。

这些创新在初期，通常与当时的常理相悖，需要历经叛逆、前卫、流行与怀旧这个必经之路。机会如同小偷，来时悄无声息，走时方知损失惨重。无数公司因为错失一次创新的机会，远离了舞台中央。PC诞生之日，IBM持续质疑着Intel与Microsoft；乔布斯拿出第一部iPhone时，诺基亚的诋毁与否定，不是因为吃不到这颗葡萄。

PC之后不再有PC，iPhone之后不再有iPhone。这两个划时代的产品完成了各自的历史使命。这两个产业不是起始的百家争鸣，而是落幕的孤芳自赏。从2003年开始的，半导体产业的并购重组，伴随着PC与智能手机时代的结束而结束。此时西方已经没有剩下几个半导体公司，可以继续合并重组了。

更少的公司形成了更强的垄断。美国政府拿起这个垄断，作为武器。

在中美贸易战的前夜，美国在很多领域仅剩几个巨头在死撑门面。在中国加入WTO后，勤奋而聪慧的，能过得起苦日子的中国人抓住了一切机会，掏空了原本属于西方世界的下游产业。如今这些下游已经淹没在珠长三角的人海之中，很难再次回归欧美。

下游产业更加庞大的产值，更多的参与者，使应用场景集中于这片古老的东方大地。勤奋的中国人，在下游产业中，没有给欧美这些发达国家，也没有给亚非拉这些相对落后的国家任何机会。西方在PPT层面讨论IoT与AI时，华强北路已经把样品准备好了；西方考虑将产业链转移到东南亚时，中国人在越南与缅甸不知道度过了多少个日夜。

美国人希望拿回自己失去的下游，中国人也不愿意在上游产业被持续勒索。东方的智慧与西方的哲学将再次碰撞，首先在半导体这个战场上一决高下。半导体产业一个全新的周期，将从这次贸易战开始，从东西方的这次碰撞开始，我们这一代人在退休之前，看不到结束。

近邻

日本人口众多，约为1．27亿人，排在世界第11位，因距离中俄太近，使其领土显得非常狭小。日本由本土四岛与周边七千多个小岛屿组成，面积略小于法国，大于德国与英国。日本岛屿大多在本土附近，还有几个向东、南方向辐射的岛屿，深入太平洋腹地。这些岛屿给日本带来了440万平方公里的海域面积，中国可控的海域面积仅为200万平方公里。

中日间在近代多有战事，在这几场战争中我们吃了大亏。日本人在中国人的心目中并不友好，我们却改变不了一个事实，中国和日本是一海相隔的邻邦，中国与日本有近两千年的文化交流。上世纪的前半叶是一个大战争时代，日本人并不幸运。生活在那个年代的人，不分地界、无论种族都是极其不幸的。战后的日本，与中国同样，在满目疮痍中重建家园。

二战后，盟军占领日本，麦克阿瑟要求东芝、日立这些电器公司，大量生产收音机，以保证每一个日本家庭，都能够收听到盟军的广播。在当时，日本这些公司制作的收音机，仅有10％的良品率。为此麦帅专门设置了一个为期八天的质量管理课程，让世界上最著名的戴明博士传授日本人，如何才能制作出合格的产品。至今“戴明奖”仍是日本科技界的最高荣誉之一。

战胜国的权威，使得所有日本企业家俯首帖耳，日本最顶级企业的总经理全部参加了这次培训。这些即将在未来重新塑造日本的企业家，在上课的时候一定不会想到，这位戴明去美国的汽车巨头福特解决质量问题，已是上世纪八十年代的故事了。麦帅的无心插柳，使质量优先于技术的哲学，在日本生根发芽。十年后，美国在多个产业受到了这个国家的直面挑战。

这个坚忍的民族，在很长的一段时间里，始终在模仿着美国，抄袭着美国，并开始逐步超越美国。日美贸易战前夕，物美廉价的日货几乎要全面占领美国。上世纪50年代末，日美贸易战爆发。从纺织品开始，历经了钢铁、家电、汽车、电信与半导体行业。战火还进一步延伸到了金融与汇率领域。

日美贸易战之间最惨烈的战场，发生在半导体领域，这也是日本希望能够负隅顽抗的最后一块阵地。当时日本生产的半导体芯片已经比美国好很多了，在质量与价格这两个层面同时超过了美国。在上世界八十年代，日本半导体产业已占据全球的半壁江山，并在半导体存储行业形成垄断，Intel生产的存储芯片堆积如山。Intel危矣，硅谷危矣，美国危矣。

美国人有力的拳头，将胳膊牵引得很长，强迫日本在1986年签署了一份为期5年的《日美半导体保证协定》。这个不平等的条约重创了日本半导体产业。日本强大的半导体存储行业，逐渐被韩国，甚至台湾超越。日本的一味退让没有换来太平，等待大和民族的是失去的二十年。

在那段时间，日本所接受的条件，除了屈辱，还是屈辱。这份屈辱，日本人忍受了三十余年，日本人没有理由不恨美国人。在中美贸易战爆发之前，这个国家一直在卧薪尝胆，厚积薄发。今天他们终于等来了机会。

2018年，中美贸易战爆发。贸易战打响时，有许多中国人包围了肯德基与麦当劳，准备抵制美国货，后来发现，准备抵制美国货的不是中国人，而是美国人自己，美国不准备卖芯片给中兴通信，这个公司快破产了。中国人是应该抵制美国货，还是抵制美国不卖给我们美国货。

中国购买的半导体芯片数量太多，与当年购买巴西与澳洲的铁矿石类似，多到了丢失了话语权。在半导体领域，我们无论是买，或者是卖，都面临着一个极难翻越的刀锋。不出意外，中国在半导体的设备、材料、制造与设计，这四个领域全面处于下风，面对来自美国发起的半导体之战，中国没有反制措施。这也是美国在贸易战中，选择半导体产业作为先锋的重要原因。

中国半导体产业之殇，始于上游。

半导体产业上游产业的落后，是中国所有产业在上游领域落后的缩影。半导体产业的上游是设备与材料，在这个上游之上，较量的是物理、化学等基础学科。我们的落后，不是因为不够聪明，恰是太过聪明。上游产业不需要聪明人，需要愿意破釜沉舟，十年磨一剑的傻瓜。

半导体的上游，包括与光刻直接相关的设备与材料，及辅助光刻的设备与材料。其中最重要的设备当属光刻机。荷兰的ASML在高端光刻机阵地独占鳌头，日本的Nikon与Canon在中低端有一些存在感。光刻机的上游是激光源与光学系统。高端的激光源仅剩下ASML旗下的美国公司Cymer，与日本的Gigaphoton。

最好的光学系统来自德国的卡尔蔡氏。在中国还在打鸦片战争时，这家公司就在专心致志地磨镜头，至今还在磨。源自于这家公司的阿贝成像原理，奠定了光学系统的理论基础。日本人的执着，使Nikon与Canon在光学系统中，也有一席之地。

光刻机的辅助设备很多，包括蚀刻、研磨、等离子注入、沉积等百余种设备，绝大多数份额被美国的应用材料、泛林科技与日本的东京电子瓜分。在半导体晶圆的生产过程中，还有一个重要的领域是晶圆的前道测试。晶圆的前道测试与制造紧耦合。这个领域的核心设备，是基于经典物理与量子力学的各类探针与显微镜，被美国的科天垄断。

半导体设备是物理的世界，材料是化学的天堂。日本的工匠精神，使其在精细化学领域打遍天下无敌手，也使得半导体材料大多数都在日本手中。高纯度单晶硅晶圆最重要的两个供应商，是日本的信越与胜高。与光刻直接相关的材料，光刻胶几乎被日本的JSR、信越与TOK垄断。剩余的其他辅助材料被日本与欧美企业瓜分。

中国在半导体设备与材料的全面落后，归根于上世纪对物理与化学这些基础科学的忽视。风花雪月的德布罗意的波粒二象性和薛定谔方程，解决不了当时中国老百姓的温饱问题。这个落后是冥冥之中，上帝对中国的安排。至今中国这个产业的落后已是悬崖百丈冰，只可徐徐图之。

在这个领域，日本是我们最好的老师。半导体的上游，曾几何时，由贝尔实验室、IBM等欧美公司掌控，后来逐渐在日本落地生根。今天的半导体上游产业，缺少欧美，大家最多是活得不够舒服；缺少日本，是没有办法活下去的。

日本在半导体产业上游的地位，是美国人逼出来的。最初日本紧跟着美国，弱者向强者取经，本无可厚非。只是在日美贸易战中，这个抄袭被刻意放大了，日本丧失了许多东西。他们只能做些美国也不会的东西，才不会被指责。他们没有失去20年，只是在很艰难地向产业的上游，向基础科学的方向上前行。这些在上世纪的努力，使日本在本世纪获得了许多诺贝尔奖。

这个国家能拿诺贝尔奖的不限于大学教授，还有一些是来自小公司的职员。在日亚工作的工程师中村修二重新发现了蓝光。在岛津制作工作的小职员田中耕一，为他在无意中的发现，生物大分子分析方法，写了一生中唯一的一篇论文，这篇文章使他获得了诺贝尔奖。如果没有这个发现，田中的一生，将与众多日本工程师一样，默默无闻，直到退休。

这些人是傻瓜，他们选择了一条不成功便成仁的不归之路。在日本有很多这样的傻瓜，日本的产业环境也在宽容着这些傻瓜，不断创造着能够培育这些傻瓜的土壤。这个国家，正是因为这些层出不穷的傻瓜，持续创造着奇迹。

在中美贸易战爆发的今天，日本具备了天时与地利。广场协议后，这个国家等待了三十余年，他们失去的，他们会拿回来。在半导体领域，韩国得到的也是日本失去的。中美贸易战之余，日本限制对韩国出口一些半导体材料，包括氢氟酸、光刻胶、与含氟聚酰亚胺。

电子级的氢氟酸较为普通，而半导体级的氢氟酸生产厂家很少。韩国需要的半导体级氢氟酸几乎全部来自日本。光刻胶是半导体制造中与光刻相关的最重要的材料，被日本的JSR、信越与TOK垄断。日本不提供光刻胶，三星电子的半导体事业部可以直接关门。

聚酰亚胺始于美国杜邦的发明，简称PI （Polyimide）材料，是一种工程塑料，因其热、电、力性能独特，广泛应用于机械、电子、航空与航天等多个传统工业领域。标准的聚酰亚胺，因为加工难度、颜色较深、亚胺化温度与介电常数偏高等原因，无法直接应用在半导体领域。

氟化的聚酰亚胺，可以有效克服这些问题，也使PI材料从传统工业进入到微电子、光纤与液晶显示领域。几乎任何高纯化学品，都会有日本人的身影，含氟聚酰亚胺并不例外。对于OLED，这个材料不可或缺。日本禁售含氟聚酰亚胺，三星电子的LCD事业部也可以重组了。

貌似伟大的三星电子，因为3个材料的禁售，面临着破产危机。这几个材料仅是日本上游产业的冰山一角。至今日本完全可以凭借在上游的强势，左右下游产业的布局。

日本对韩国有极强的制约能力，对中国也是同样。从另外一个角度上看，这个国家的上游产业与中国的下游产业的互补极强。如果可以与其合作，中国有机会化解在半导体领域存在的所有危机。中国在上游产业上存在的短板，决定了与这个国家只可结盟而不可用兵。

半导体上游的技术难度远高于下游。半导体设备与材料，在近60余年的发展历程中，已水乳交融，如光刻机与光刻胶，光刻胶与蚀刻液之间都存在关联关系。

材料与设备的研制，试错时间较长，试错机会匮乏。半导体工厂不会将宝贵的生产时间，过多用于新材料试错。新的设备与材料，通常在研发新的半导体制程时，在制造厂商的大力协助下，才有机会导入。对于一个没有老产品的新的材料与设备厂商，这种机会从何而来？