【編者按】
當(dāng)今世界，軍事、經(jīng)濟(jì)和地緣政治力量的較量中都包含著芯片的戰(zhàn)爭(zhēng)，從制導(dǎo)導(dǎo)彈到微波爐，從智能手機(jī)到股票市場(chǎng)，都離不開(kāi)芯片。誰(shuí)在芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位，誰(shuí)就能在科技和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域獲得巨大的優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)、日本、韓國(guó)以及歐洲各國(guó)，都在芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域進(jìn)行著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，經(jīng)濟(jì)歷史學(xué)家克里斯·米勒在《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)》一書(shū)中較為完整地描述了各國(guó)為控制芯片技術(shù)而進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的斗爭(zhēng)歷程，本文摘編自該書(shū)。
美國(guó)至少可以依靠英特爾，因?yàn)橛⑻貭栐诎雽?dǎo)體行業(yè)擁有無(wú)與倫比的地位。安迪·格魯夫于2016年去世，戈登·摩爾現(xiàn)年90多歲，退休后住在夏威夷。雖然英特爾的創(chuàng)始人已經(jīng)離開(kāi)公司，但英特爾將DRAM商業(yè)化并發(fā)明微處理器的名聲依然存在。沒(méi)有哪家公司在將創(chuàng)新芯片設(shè)計(jì)與制造能力相結(jié)合方面有著更好的紀(jì)錄。英特爾的x86架構(gòu)仍然是個(gè)人電腦和數(shù)據(jù)中心的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今，個(gè)人電腦市場(chǎng)停滯不前，因?yàn)閹缀趺總€(gè)人都擁有電腦，但這仍然為英特爾帶來(lái)了可觀的利潤(rùn)。英特爾每年提供數(shù)十億美元投資于研發(fā)。在21世紀(jì)第二個(gè)十年，英特爾每年在研發(fā)上的花費(fèi)超過(guò)100億美元，這是臺(tái)積電的四倍，是DARPA總預(yù)算的三倍。世界上只有幾家公司的花費(fèi)比英特爾多。
隨著芯片行業(yè)進(jìn)入EUV光刻機(jī)時(shí)代，英特爾似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好了占據(jù)主導(dǎo)地位。格魯夫在20世紀(jì)90年代初首次投資2億美元，對(duì)EUV光刻機(jī)的出現(xiàn)起到了至關(guān)重要的作用。現(xiàn)在經(jīng)過(guò)數(shù)百億美元的投資（其中很大一部分來(lái)自英特爾），阿斯麥的這項(xiàng)技術(shù)終于成為現(xiàn)實(shí)。但英特爾沒(méi)有利用這個(gè)晶體管縮小的新時(shí)代，浪費(fèi)了自己的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，錯(cuò)過(guò)了人工智能所需的半導(dǎo)體架構(gòu)的重大轉(zhuǎn)變，搞砸了自己的制造工藝，未能跟上摩爾定律的步伐。
面對(duì)來(lái)自亞洲的壓力，美國(guó)芯片制造商在創(chuàng)新方面展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。在英特爾，接替戈登·摩爾擔(dān)任首席執(zhí)行官的安迪·格魯夫，20世紀(jì)80年代初與比爾·蓋茨結(jié)盟。40年后，微軟的Windows軟件和英特爾的x86芯片繼續(xù)主導(dǎo)個(gè)人電腦業(yè)務(wù)?！Ａ_·薩庫(kù)馬（Paul Sakuma）/美聯(lián)社
如今，英特爾保持著巨大的利潤(rùn)，仍然是美國(guó)最大、最先進(jìn)的芯片制造商。但自格魯夫在20世紀(jì)80年代決定放棄DRAM，把一切都押在微處理器上以來(lái)，英特爾的未來(lái)比任何時(shí)候都更加令人懷疑。在接下來(lái)的五年里，英特爾仍有機(jī)會(huì)重新獲得領(lǐng)導(dǎo)地位，但它也很可能最終會(huì)倒閉。問(wèn)題不僅僅是一家公司，而是美國(guó)芯片制造業(yè)的未來(lái)。如果沒(méi)有英特爾，就不會(huì)有任何一家美國(guó)公司能夠制造尖端處理器。
英特爾作為硅谷的異類(lèi)進(jìn)入了21世紀(jì)第二個(gè)十年。包括英特爾的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD在內(nèi)的大多數(shù)美國(guó)大型邏輯芯片公司都出售了自己的晶圓廠，只專(zhuān)注于設(shè)計(jì)。英特爾固執(zhí)地堅(jiān)持將半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造結(jié)合在一起的集成模式。英特爾的領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為，設(shè)計(jì)和制造流程可以相互優(yōu)化，這是生產(chǎn)芯片的最佳方式。相比之下，臺(tái)積電別無(wú)選擇，只能采用通用制造工藝，這種工藝可以與AMD服務(wù)器芯片一樣適用于高通智能手機(jī)處理器。
英特爾認(rèn)為集成模式有一些好處是正確的，但也有很大的缺點(diǎn)。因?yàn)榕_(tái)積電為許多不同的公司制造芯片，現(xiàn)在每年制造的硅片數(shù)量幾乎是英特爾的三倍，所以臺(tái)積電有更多的時(shí)間打磨自己的工藝。此外，在英特爾將芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司視為威脅的地方，臺(tái)積電看到了制造服務(wù)的潛在客戶(hù)。由于臺(tái)積電只有一個(gè)價(jià)值主張——高效制造，其領(lǐng)導(dǎo)層堅(jiān)持不懈地致力于以更低的成本制造更先進(jìn)的芯片。而英特爾的領(lǐng)導(dǎo)者不得不將注意力分散在芯片設(shè)計(jì)和芯片制造之間。他們最終把兩者都搞砸了。
事實(shí)證明，英特爾拒絕史蒂夫·喬布斯為蘋(píng)果手機(jī)制造芯片的提議是一個(gè)非常糟糕的決定。英特爾首席執(zhí)行官保羅·歐德寧后來(lái)說(shuō)：“我沒(méi)想到?！薄枴っ深D（Karl Mondon）/ 阿巴卡通訊社
英特爾的第一個(gè)問(wèn)題是人工智能。到21世紀(jì)第二個(gè)十年早期，英特爾的核心市場(chǎng)——個(gè)人電腦處理器的供應(yīng)，已經(jīng)停滯不前。如今，除了游戲玩家之外，幾乎沒(méi)有人會(huì)在新型號(hào)發(fā)布時(shí)興奮地升級(jí)他們的電腦，而且大多數(shù)人不會(huì)太在意電腦使用的是哪種類(lèi)型的處理器。英特爾的另一個(gè)主要銷(xiāo)售數(shù)據(jù)中心服務(wù)器處理器的市場(chǎng)在21世紀(jì)第二個(gè)十年蓬勃發(fā)展。亞馬遜云、微軟云、谷歌云和其他公司構(gòu)建了龐大的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，提供了使“云”成為可能的計(jì)算能力。我們?cè)诰€使用的大部分?jǐn)?shù)據(jù)在這些公司的數(shù)據(jù)中心中處理，每個(gè)數(shù)據(jù)中心都需要使用英特爾芯片。但在21世紀(jì)第二個(gè)十年早期，也就是在英特爾完成對(duì)數(shù)據(jù)中心的征服之際，處理需求開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變。新的趨勢(shì)是人工智能，但是英特爾的主要芯片設(shè)計(jì)不佳，無(wú)法解決這一問(wèn)題。
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，英特爾專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為CPU的芯片，個(gè)人電腦中的微處理器就是一個(gè)例子。這些芯片在電腦或數(shù)據(jù)中心中充當(dāng)“大腦”。它們是通用計(jì)算的主要工具，可以打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或運(yùn)行微軟的Excel（電子表格軟件），或者進(jìn)行許多不同類(lèi)型的計(jì)算，用途廣泛，但它們進(jìn)行的計(jì)算是一個(gè)一個(gè)串行的。
在通用CPU上運(yùn)行任何人工智能算法都是可能的，但人工智能所需的計(jì)算規(guī)模使得CPU的使用成本過(guò)高。訓(xùn)練一個(gè)人工智能模型所用的芯片及其用電成本可能高達(dá)數(shù)百萬(wàn)美元。（為了訓(xùn)練電腦識(shí)別貓，你必須給它看很多貓和狗，讓它學(xué)會(huì)區(qū)分這兩種動(dòng)物。你的算法需要的動(dòng)物越多，你需要的晶體管就越多。）
由于人工智能工作負(fù)載通常需要重復(fù)運(yùn)行相同的計(jì)算，每次使用不同的數(shù)據(jù)，所以找到一種方法為人工智能算法定制芯片對(duì)于使其在經(jīng)濟(jì)上可行至關(guān)重要。亞馬遜和微軟等大型云計(jì)算公司運(yùn)營(yíng)著大多數(shù)算法運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心，這些公司每年花費(fèi)數(shù)百億美元購(gòu)買(mǎi)芯片和服務(wù)器，還花費(fèi)大量資金為這些數(shù)據(jù)中心提供電力。在競(jìng)爭(zhēng)“云”市場(chǎng)份額時(shí)，提高芯片的效率是必要的。與通用的英特爾CPU相比，針對(duì)人工智能進(jìn)行優(yōu)化的芯片可以更快地工作，可以占用更少的數(shù)據(jù)中心空間，同時(shí)使用更少的電力。
在21世紀(jì)第二個(gè)十年早期，圖形芯片設(shè)計(jì)者英偉達(dá)聽(tīng)說(shuō)斯坦福大學(xué)的博士生使用它們的GPU做圖形以外的事情。GPU與標(biāo)準(zhǔn)的英特爾或AMDCPU的工作方式不同，CPU具有無(wú)限的靈活性，但是以串行的方式運(yùn)行所有計(jì)算。相比之下，GPU被設(shè)計(jì)為針對(duì)相同計(jì)算同時(shí)運(yùn)行多次迭代。這種“并行處理”很快就變得清晰起來(lái)，它的用途不僅僅是控制電腦游戲中的圖像像素，還可以有效地訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)。在CPU逐條處理數(shù)據(jù)時(shí)，GPU可以同時(shí)處理多條數(shù)據(jù)。為了學(xué)會(huì)識(shí)別貓的圖像，CPU需要一個(gè)像素一個(gè)像素地處理，而GPU可以一次“查看”許多像素。因此，GPU訓(xùn)練電腦識(shí)別貓所需的時(shí)間大大減少。
此后，英偉達(dá)將未來(lái)押在了人工智能上。自成立以來(lái)，英偉達(dá)將芯片生產(chǎn)外包給了臺(tái)積電，堅(jiān)持不懈地致力于設(shè)計(jì)新一代GPU，并對(duì)名為CUDA的特殊編程語(yǔ)言進(jìn)行定期升級(jí)，這使得設(shè)計(jì)使用英偉達(dá)芯片的程序變得簡(jiǎn)單易行。隨著投資者打賭數(shù)據(jù)中心將需要更多的GPU，英偉達(dá)成為美國(guó)最有價(jià)值的半導(dǎo)體公司。
但英偉達(dá)的崛起并不是有把握的，因?yàn)槌速?gòu)買(mǎi)英偉達(dá)芯片外，大型云公司谷歌、亞馬遜、微軟、臉書(shū)、騰訊、阿里巴巴等專(zhuān)門(mén)針對(duì)自己的處理需求，也開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的芯片，重點(diǎn)是人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。例如，谷歌設(shè)計(jì)了TPU（張量處理器）芯片。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，該芯片可以與谷歌的Tensor Flow軟件庫(kù)一起使用。你可以在艾奧瓦州的數(shù)據(jù)中心以每月3000美元的價(jià)格租用谷歌最簡(jiǎn)單的TPU，但功能更強(qiáng)大的TPU每月的價(jià)格可能超過(guò)10萬(wàn)美元?！霸啤笨赡苈?tīng)起來(lái)很空靈，但我們所有數(shù)據(jù)賴(lài)以生存的硅都是非常真實(shí)和昂貴的。
無(wú)論是英偉達(dá)還是大型云公司，英特爾在數(shù)據(jù)中心處理器銷(xiāo)售方面近乎壟斷的局面正在結(jié)束。如果英特爾找到了新市場(chǎng)，它失去這一主導(dǎo)地位的問(wèn)題就不會(huì)那么嚴(yán)重。但英特爾在2015年左右進(jìn)軍芯片制造業(yè)務(wù)，試圖與臺(tái)積電展開(kāi)正面競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果失敗了。英特爾試圖向?qū)で笮酒圃旆?wù)的客戶(hù)開(kāi)放生產(chǎn)線，但英特爾私下承認(rèn)，集成設(shè)計(jì)和制造模式遠(yuǎn)沒(méi)有英特爾高管所宣稱(chēng)的那樣成功。英特爾具備成為主要芯片制造企業(yè)的所有要素，包括先進(jìn)的技術(shù)和強(qiáng)大的生產(chǎn)能力，但要想取得成功，英特爾需要進(jìn)行重大的文化變革。臺(tái)積電對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)持開(kāi)放態(tài)度，但英特爾閉門(mén)保守。臺(tái)積電是面向服務(wù)的，但英特爾認(rèn)為客戶(hù)應(yīng)該遵守自己的規(guī)則。臺(tái)積電沒(méi)有與客戶(hù)競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)樗鼪](méi)有設(shè)計(jì)任何芯片；而英特爾是行業(yè)巨頭，其芯片幾乎與所有人競(jìng)爭(zhēng)。
圖為1972年在馬來(lái)西亞檳城開(kāi)設(shè)的英特爾工廠的女工。英特爾解釋道：“工人主要是女性，因?yàn)樗齻冊(cè)陟`巧測(cè)試中表現(xiàn)更好?！?/p>
2013—2018年擔(dān)任英特爾首席執(zhí)行官的布萊恩·克扎尼奇（BrianKrzanich）公開(kāi)表示，“過(guò)去幾年，我基本上一直在運(yùn)營(yíng)我們的代工業(yè)務(wù)”，并稱(chēng)這項(xiàng)工作“具有戰(zhàn)略重要性”。但客戶(hù)并不這么認(rèn)為，他們認(rèn)為英特爾沒(méi)有把代工客戶(hù)放在首要位置。在英特爾內(nèi)部，代工業(yè)務(wù)并未被視為優(yōu)先事項(xiàng)。與制造個(gè)人電腦和數(shù)據(jù)中心芯片相比，新的代工業(yè)務(wù)幾乎沒(méi)有得到內(nèi)部支持。因此，英特爾的代工業(yè)務(wù)在21世紀(jì)第二個(gè)十年只贏得了一個(gè)主要客戶(hù)。幾年后，該業(yè)務(wù)就被關(guān)閉了。
2018年，英特爾成立近50周年，衰退開(kāi)始了。英特爾的市場(chǎng)份額正在萎縮。創(chuàng)新發(fā)生在其他地方。最后一根稻草是英特爾對(duì)摩爾定律的拙劣處理，英特爾在其制造工藝的計(jì)劃改進(jìn)方面面臨一系列延誤，目前仍在努力糾正。自2015年以來(lái)，英特爾一再宣布推遲10納米和7納米制造工藝，盡管臺(tái)積電和三星已提前推出。
英特爾沒(méi)有做出任何解釋。它已經(jīng)花了五年時(shí)間宣布“暫時(shí)”推遲生產(chǎn)，其技術(shù)細(xì)節(jié)因員工保密協(xié)議被掩蓋。業(yè)內(nèi)大多數(shù)人認(rèn)為，英特爾的許多問(wèn)題源于它延遲采用EUV光刻機(jī)。到2020年，在英特爾資助和培育的所有EUV光刻機(jī)中，有一半在臺(tái)積電安裝。相比之下，英特爾剛剛開(kāi)始在其制造過(guò)程中使用EUV光刻機(jī)。
隨著這十年的結(jié)束，只有臺(tái)積電和三星兩家公司能夠制造最尖端的處理器。
《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)：世界最關(guān)鍵技術(shù)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)》，[美]克里斯·米勒著，蔡樹(shù)軍譯，浙江人民出版社2023年5月。
鄂公網(wǎng)安備 42010302001612號(hào) 