《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》第三部分：運送垃圾

《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》是美國經濟史學家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導體產業全球分工為主線，追溯從冷戰至今的芯片技術發展歷程，闡釋芯片在現代軍事、經濟和地緣政治中的戰略地位。全書涵蓋美國通過技術博弈確立主導地位、臺灣半導體產業崛起、華為5G技術受限等案例，分析全球芯片短缺與供應鏈危機背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補貼政策、EUV光刻機研發困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術領域的核心博弈。

運送垃圾

當日本巨頭撕裂美國高科技產業時，不僅僅是生產DRAM芯片的公司陷入困境，它們的許多供應商也面臨同樣問題。1981年，被譽為美國“最熱門的高科技公司”之一的GCA（美國地球物理公司），通過銷售使摩爾定律成為可能的設備而迅速發展。 自從物理學家杰伊·萊思羅普首次將顯微鏡顛倒過來照射光刻膠，并在半導體晶圓上制作圖案以來的20年里，光刻過程變得十分復雜。羅伯特·諾伊斯開著老爺車在加利福尼亞州101號公路上來回行駛，為仙童的臨時照相設備尋找電影相機鏡頭的日子早已一去不復返了。 現在，光刻技術是一門大生意，20世紀80年代初，GCA處于領先地位。

盡管光刻技術已經比當時萊思羅普的倒置顯微鏡精確得多，但原理仍然不變。光線穿過掩模和透鏡，將聚焦的形狀投射到涂有光刻膠的硅片上。在光線照射的地方，化學物質與光發生反應，然后被溶解，暴露出硅片上的微小凹痕，以去除凹痕下面的材料，或者淀積某種新的材料，再用特殊溶液去除剩余的光刻膠，最終讓具有完美凹痕形狀的新材料留在硅片上。這個光刻過程通常需要五次、十次或幾十次，通過沉積、蝕刻和拋光才能制造出集成電路。每一次光刻都需要與上一次嚴格對準。隨著晶體管的小型化，光刻工藝涉及的每一部分，從化學物質到透鏡，再到使硅片與光源完美對準的激光器，都變得更加困難。

世界領先的透鏡制造商是德國的卡爾·蔡司（CarlZeiss）和日本的尼康（Nikon），盡管美國也有一些專業的透鏡制造商。珀金埃爾默公司（Perkin Elmer）是康涅狄格州諾沃克的一家小型制造商，曾在第二次世界大戰期間為美國軍方制造炸彈瞄準器，并為冷戰時期的衛星和間諜飛機制造透鏡。該公司意識到這項技術可以用于半導體光刻，并開發了一種芯片掃描式光刻機，該光刻機可以憑借近乎完美的精度讓光刻光源對準硅片，這一點至關重要。這臺機器像復印機一樣在晶圓上移動光線，將光刻膠覆蓋的晶圓逐一曝光。珀金埃爾默公司的掃描式光刻機可以制造出柵長接近1微米（百萬分之一米）的芯片。

20世紀70年代末，珀金埃爾默公司的掃描式光刻機主導了光刻市場，但到了20世紀80年代，它被GCA公司取代。GCA公司由一位前空軍軍官領導。他后來成為地球物理學家，名叫米爾特·格林伯格（Milt Greenberg），他是一位雄心勃勃、固執、滿嘴臟話的天才。

第二次世界大戰后，格林伯格和一位空軍伙伴利用洛克菲勒兄弟的種子資金成立了GCA。作為一名軍事氣象學家，格林伯格利用自己對大氣層的了解和與空軍的聯系，成為一名國防承包商，生產高空氣球等裝備，用于測量和拍攝蘇聯照片。

格林伯格的野心很快就變得更大了。半導體行業的增長表明，真正的資金來自大眾市場，而不是特別的軍事合同。格林伯格認為，其公司用于軍事偵察的高科技光學系統可以用在制造民用芯片上。20世紀70年代，在GCA為芯片制造商宣傳其產品的一次行業會議上，TI的張忠謀走到GCA展臺前，開始查看GCA的設備，并詢問設備是否可以一步一步地移動，從而逐個將硅片上的每個芯片曝光，而不是一次掃描整個晶圓。 這樣的“步進式光刻機”比當時已有的掃描式準確得多。雖然以前從來沒有設計過步進式光刻機，但GCA的工程師相信，他們可以創造出一個，以提供更高分辨率的成像，從而造出更小的晶體管。

幾年后的1978年，GCA推出了第一臺步進式光刻機。 銷售訂單開始滾滾而來。在步進式光刻機出現之前，GCA每年的軍事合同收入從未超過5000萬美元，直到GCA壟斷了這種價值極高的機器，其收入很快達到3億美元，公司股票價格也開始飆升。

但隨著日本芯片產業的崛起，GCA開始失去優勢。首席執行官格林伯格把自己想象成一個商業巨頭，打賭自20世紀80年代初開始的半導體繁榮將無限期地持續下去，他破土動工興建了一座大型的新制造廠。但他花在經營企業上的時間較少，更多的是與政客們來往。結果，管理不善，成本失控。一名員工竟在衣櫥里偶然發現了價值100萬美元的精密鏡片。關于高管們用公司信用卡購買科爾維特（Corvettes）超級跑車的傳聞流傳開來。格林伯格的一位合伙創始人承認，公司花錢就像“喝醉了的水手”。

公司的無節制行為還遭遇了不當時機。半導體行業一直是周期性的。當需求旺盛時，該行業會飆升；當需求不旺盛時，該行業又會回落。即使不需要設計火箭的高明科學家，GCA也有少數工作人員清楚在20世紀80年代初的繁榮之后，經濟衰退最終會隨之而來。但格林伯格沒有聽進去。一名員工回憶道：“他不想聽到市場部說‘經濟將出現下滑’。”因此，該公司進入了20世紀80年代中期半導體行業的低迷期。

1984—1986年，光刻設備的全球銷售下降了40%。GCA的收入下降了三分之二以上。一位員工回憶道：“如果我們有一位稱職的經濟學家，那么我們可能會預測到這一點。但我們沒有，我們只有米爾特·格林伯格。”

就在市場暴跌之際，GCA失去了可唯一制造步進式光刻機公司的地位。日本的尼康最初是GCA的合作伙伴，為其步進式光刻機提供精密鏡頭。但格林伯格決定放棄尼康，買下自己的鏡頭制造商——位于紐約的Tropel（特羅佩爾）公司。該公司曾為U2偵察機制造鏡頭，但難以生產出GCA所需的高質量鏡頭。與此同時，GCA的客戶服務萎縮。

一位分析師回憶道，該公司的態度是“買我們造的東西就行了，不要煩我們”。該公司自己的員工承認“客戶受夠了”。 這是一個壟斷者的態度，但GCA不再是壟斷者。在格林伯格停止購買尼康鏡頭后，這家日本公司決定制造自己的步進式光刻機。尼康從GCA獲得了一臺機器，對其進行了逆向工程。不久，尼康的市場份額就超過了GCA。

許多美國人將GCA失去光刻領導地位歸咎于日本的工業補貼。的確，日本的VLSI計劃促進了該國DRAM芯片的生產，也幫助了尼康等設備供應商。隨著美國和日本公司相互指責各自政府提供了不公平的幫助，商業緊張關系愈演愈烈。GCA的員工承認，盡管他們的技術是世界級的，但該公司在大規模生產方面舉步維艱。精密制造是至關重要的，因為光刻技術現在非常精密，室外陣陣雷雨可能會改變氣壓，從而改變光線的折射，足以扭曲制作在芯片上的圖像。 每年制造數百臺步進光刻機需要有人專注于制造和質量控制，但GCA的領導人把注意力都放在了其他地方。

人們普遍將GCA的衰落當成日本崛起和美國衰落的縮影。一些分析家則看到了美國更普遍的制造業衰退證據，這種衰退始于鋼鐵行業，然后影響汽車行業，后來蔓延到高科技行業。麻省理工學院諾貝爾獎獲得者、經濟學家羅伯特·索洛（Robert Solow）是生產率和經濟增長研究的先驅，他認為芯片行業受到了“不穩定結構”的影響，員工在公司和公司之間跳槽，公司拒絕對員工進行投資。著名經濟學家羅伯特·賴克（Robert Reich）對硅谷的“紙上創業主義”表示惋惜，他認為這種做法過于注重對聲望和財富的追求，而不是注重技術進步。 他宣稱，在美國大學里，“科學和工程項目正在失敗”。

美國DRAM芯片制造商的困境在一定程度上與GCA的市場份額崩潰有關。那些在硅谷競爭中勝出的日本DRAM公司更愿意從日本工具制造商那里購買，這讓尼康受益，GCA卻因此受損。但GCA的大多數問題是由不可靠的設備和糟糕的客戶服務造成的。學者們用了詳盡的理論來解釋日本的大型企業集團如何比美國的小型初創企業更擅長制造業。但現實是，GCA沒有聽取客戶的意見，尼康卻聽取了客戶的意見。與GCA打交道的芯片公司發現GCA“傲慢”且“反應遲鈍”。 但沒有人這樣評價其日本競爭對手。

因此，到了20世紀80年代中期，尼康的設備比GCA的要好得多。尼康的機器所生產的產品成品率明顯較高，而且故障率要低得多。例如，在IBM使用尼康步進式光刻機之前，IBM期望的機器平均無故障時間是75小時，而尼康的平均無故障時間是它的十倍。

GCA的首席執行官格林伯格永遠不知道如何使公司走上正軌。直到被解雇的那一天，他都沒有意識到公司有多少內部問題。當他在頭等艙喝著血腥瑪麗環游世界進行銷售訪問時，客戶認為該公司是在“運送垃圾”。員工抱怨說，格林伯格欠了華爾街的債，公司與股票價格需要同時關注。為了編制年終報表，GCA與客戶串通，在12月份將裝有用戶手冊的空板箱發貨，然后在次年交付機器。但這也無法掩蓋公司失去的市場份額。1978年，以GCA為龍頭的美國公司控制了全球85%的半導體光刻設備市場。十年后，這一數字下降到50%。但GCA沒有扭轉局面的計劃。

格林伯格本人將批評矛頭對準了公司的員工。一位下屬回憶道：“他會使用令人難以置信的四個字母的單詞。”另一位員工回憶起了禁止穿高跟鞋的決定，格林伯格認為高跟鞋毀了公司的地毯。隨著緊張氣氛的加劇，公司接待員與同事們約定了一個暗號，打開天花板上的燈表示格林伯格在大樓里，他離開大樓時，天花板上的燈就會被關掉。當他外出時，每個人都可以呼吸得輕松一點。 但是，這并不能阻止美國光刻技術領導者走向危機。