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为什么60年前半导体列入国家紧急措施,现在我们还被卡脖子?| 科技与政策

撰文 | 园子里的悟理人(悟理哥)
 
再过不到一个月,就是我国第一个建制化半导体研究机构—— 中国科学院半导体研究所成立60周年的日子。
 
在这家国字号研究机构的主页中,是这样介绍成立背景的:1956年,在我国 “十二年” 科学技术发展远景规划中,半导体科学技术被列为当时国家新技术四大紧急措施之一。为了创建中国半导体科学技术的研究发展基地,国家于1960年9月6日在北京成立中国科学院半导体研究所,开启了中国半导体科学技术的发展之路。
 
于是问题来了:为什么60余年前半导体技术已经被列为国家紧急措施,到现在我们还被卡脖子?
 
对于这个问题,本文将溯源历史,进行探究并尝试回答,全文大约6500字,分为三个部分:
 
 
1. 从最成功的科学规划到国家紧急措施,以及两位女性的高度
 
2. 从失去的10年到窘迫的20年,以及两家企业的选择
 
3. 从乱花渐入迷人眼到梦醒时分,以及两件事情的影响
 
 
 
半导体产业,也是我国很多产业发展的镜子
 
 
 
01
从最成功的科学规划到国家紧急措施,以及两位女性的高度
 
 
1964年,我国第一颗原子弹爆炸成功,1967年,我国研制成功第一颗氢弹。“两弹一星” 的成功,为新中国政权的挺立,以及后面重返联合国成为“五常”,起到了巨大作用。而 “两弹一星” 的成功,源自我国第一个科技规划《1956-1967年科学技术发展远景规划纲要(草案)》的成功。
 
毛泽东接见参加制定十二 年科技规划的科学家
 
 
1956年1月,周恩来总理在全国知识分子工作会议上,代表党中央向全国人民发出 “向科学进军” 的号召。半个月后,毛泽东主席在最高国务会议上号召:“我国人民应该有一个远大的规划,要在几十年内,努力改变我国在经济上和文化上的落后状态,迅速达到世界上的先进水平。” 新中国的科学事业发展规划随即被提上议事日程。
 
1956年3月,国务院正式成立以陈毅副总理为主任的科学规划委员会,李富春、聂荣臻等负责具体组织领导工作。对于这个规划,领导人给予厚望,比如周恩来指示要求,要按照需要和可能,把世界科学的最先进成就尽可能迅速地介绍到我国来,把我国科学事业方面最短缺而又最急需的门类,尽可能迅速地补足起来,根据世界科学已有的成就来安排和规划我们的科学研究工作,争取在第三个五年计划期末,使我国最急需的科学部门能够接近世界先进水平。
 
作为最高领导人发话的新中国第一个科技规划,集中了全国各领域最牛的科学家参与,包括钱三强、华罗庚、李四光、赵忠尧、赵九章、葛庭燧、殷宏章、吴文俊、钱学森、罗沛霖、侯祥麟、钱伟长、邓稼先、马大猷、王大珩、陈芳允等等,其中很多人是我国主要学科领域的奠基人,在世界上也都是数得上的科学家。这批顶尖科学家的加入,再加上苏联和东欧专家的帮助,从视野和技术上保障了规划的科学、合理。
 
600万字的规划草案完成后,根据周恩来总理的意见,规划委员会秘书长、时任中国科学院党组书记张劲夫,决定请其中一些专家,包括钱学森、钱伟长、钱三强、黄昆、王大珩、罗沛霖、马大猷等,进一步凝练提出最重要、最紧急的任务。
 
经过深入讨论,科学家们达成共识,认为最重要、最紧急的有6项,即原子弹、导弹、计算技术、半导体、自动化技术、无线电电子学。前两项属于军工技术,国家已有特别安排。后面的四个领域,国际上发展很快,在我国还是空白,但它们又是直接服务于 “两弹” 的前沿尖端技术。专家们认为,必须采取紧急措施,把它们搞上去。于是,《四项紧急措施方案》成稿并上报中央,得到批准后,实施 “四大紧急措施” 的任务就交给了中国科学院。
 
1956年下半年,计算技术研究所、自动化及远距离操纵研究所、电子学研究所相继在中关村成立,同时,在应用物理研究所建立了 “半导体物理研究室”,负责人正是本人的师公王守武先生—— 中国第一个晶体管工厂中科院109厂的创建者、中国第一只砷化镓半导体激光器、4K和16K的DRAM芯片的研制者。1960年9月6日,在中国科学院物理研究所半导体研究室基础上,中国科学院半导体研究所正式成立。
 
这段历史中,有两位秀外慧中的女性,对我国半导体和计算技术发展起到了巨大推动作用。
 
一位是被称为 “中国半导体材料之母” 的林兰英。林兰英1918年生,福建莆田人,是第一个在宾夕法尼亚大学获得博士学位的中国人。她1957年辗转回国,1958年即在中科院拉出中国第一根硅单晶—— 我们今天所说的硅晶圆,就是在硅单晶棒基础上切片得到的。林兰英随后又转向砷化镓材料及器件研究并取得重大进展,又被称为是“中国太空材料之母”。终身未婚的林兰英,一生在半导体材料方面创造过多个中国第一,包括我国第一台高压单晶炉、第一根无位错硅单晶,第一个砷化镓单晶样品、第一片异质结 SOI 外延材料,等等。
 
 被誉为“中国半导体材料之母”的林兰英
 
 
另一位是被称为 “中国计算机之母” 的夏培肃。夏培肃1923年生于重庆,1950年获得爱丁堡大学博士学位,1951年回国,一年后加入华罗庚召集的计算机研制小组。1960年,主持完成我国第一台自行设计的通用电子数字计算机—— 107机。70年代末期,主持研制成功高速阵列处理机150-AP,用低成本实现运算速度高于美国当时对我国禁运的同类产品的性能,为我国石油勘探等领域作出了重大贡献。1990年代开始,夏培肃多次向国家建言开展高性能处理器芯片的设计,建议国家大力支持通用CPU芯片及其产业的发展,避免在高性能计算技术领域受制于人。
 
被誉为“中国计算机之母”的夏培肃
 
 
虽然有人不赞成 “之母” 的说法,但在中国的历史进程中,这些女性确实扮演着 “关键先生” 的角色。
 
 
02
从失去的10年到窘迫的20年,以及两家企业的选择
 
从氢弹爆炸成功之后到改革开放,我们国家发生了什么事大家都知道了。但是,科技发展并不等人,这十几年也是半导体技术迅猛发展的时候:
 
1967年,美国应用材料(Applied Materials)公司创立,这家名为材料的公司,实际上是全球最大的半导体制造设备供应商。1981年,该公司推出 AME8100 刻蚀系统,此后该公司的刻蚀设备和技术一直独步天下。对了,我国最厉害的半导体设备商中微半导体的不少核心骨干,就在这里历练过。
 
1968年,MOCVD 技术发明。MOCVD 即金属有机化学气相沉积,到今天也是制备半导体化合物材料的主流关键技术,广泛应用于半导体、LED、太阳电池等多种行业材料的制备。1968年由美国洛克威公司提出,80年代初开始实用化。
 
1968年,分子束外延(MBE)技术发明。贝尔实验室的科学家卓以和发现,在超高真空容器中通过精细控制束流的大小和时间,能够按照需要生长不同层数、不同种类的半导体材料,因此发明了MBE技术和设备。
 
1968年,戈登·摩尔等人在美国硅谷成立Intel公司,“晶体管集成度每18个月翻一番,而价格降低一半”,这正是摩尔当时发现的集成电路发展规律,即摩尔定律。1971年,Intel公司推出全球第一个微处理器4004,1972年推出性能翻倍的8008微处理器,1974年推出8080微处理器并用于世界上第一台个人电脑Altair。1982年推出具有第一款具有强大软件兼容性的286(80286)微处理器……
 
1969年,美国AMD公司成立,初期主要业务是在Intel公司产品基础上,进行性能参数优化后,向市场提供速度和效率更优的二次开发产品(挺像聚划算与淘宝的关系)。随后,AMD公司逐渐发展成为高性价比处理器的代名词。
 
 
……
 
 
 
这就是我们失去的10年。这10年错过的东西,有的导致我们现在还需要补课,比如 MOCVD。
 
改革开放以后,知识分子成为工人阶级的一部分,领导人宣誓我们迎来了 “科学的春天”。正当很多科研人员以为可以回归正常大干一场的时候,有些人发现,自己的饭碗保不住了。
 
在国民经济崩溃边缘的起点上,要想重新发展半导体等高新技术,无疑难比登天,最直接的困难是没钱。整个1980到1990年代,造原子弹的不如卖茶叶蛋的,搞半导体的也是如此。为开放搞活,很多科研机构不得不进行下海分流的改革,比如中国科学院当时就实施 “一院两制” 的办院模式,只保留一支精干的队伍进行基础研究和高技术追踪。大量的科研人员,或被动,或主动,放弃科研工作,融入茫茫商海。
 
我们今天称颂以创新为特征的中关村精神,殊不知里面也附着了很多科研人员的悲歌。比如,被称为中关村民营科技第一人的陈春先,50年代初留学苏联,一度是中科院最年轻的博导,可是下海后屡战屡败、坎坷重重,最后在生活的困顿中辞世。
 
这一时期,大陆和台湾有两家跟集成电路相关的企业先后成立。一家是从中科院计算所起步,成立于1984年的联想,从代理电脑销售开始,成长为全球最大的PC生产商和供应商;而比联想晚三年成立的台积电,为全球第一家集成电路制造服务企业,目前是市场占有率超过5成、全球最大、技术最先进的晶圆代工企业。
 
联想(成立于1984年)与柳传志
 
 
两家公司创始人对比也很有意思。机械系出身的张忠谋,看准了半导体产业发展壮大并细分的趋势,开创了半导体代工行业,随后在半导体工艺制程方面一直引领着产业发展,他成功了。而在中国第一家专门从事计算机技术研究的机构工作,柳传志本来离芯片更近,但他选择了 “贸工技” 的发展路线,也大获成功。
 
台积电(成立于1987年)与张忠谋
 
 
或许,任正非的话最能解释柳传志的聪明与成功,“改变不了环境,可改变适应环境的办法”。也就是适者生存,在我们还缺乏积累的时期,社会环境也不是搞科技、搞创新的好时候。
 
总之,进入新世纪前的20年,由于经济原因,我国的科技事业和科技人才队伍,是不断收缩的,毕竟相比于半导体或其他科研工作,解决好眼前的吃饭问题,才是最最重要的事情。
 
不过,即使在中国科研如此窘迫的日子里,我国也保留了一支半导体研发队伍,并积极向美国、欧洲、日本等国派出大批留学人员,这为保持国内外科研联系交流,以及一部分人学成归国后发挥作用蓄积了力量。
 
 
03
从乱花渐入迷人眼到梦醒时分,以及两件事情的影响
 
加入WTO以后,我国进一步融入世界经济,国内外科技交流合作也进一步深化。
 
对于我国来说,民用半导体市场刚刚起步,由于科技积累和科技成果供给实在有限,且由于短平快的赚钱效应刺激,引进国外技术成为主流,即所谓 “造不如买,买不如租”。而对于欧美国家和企业来说,出于抢先占据中国庞大市场的考虑,也纷纷进入中国,把他们好的赖的,各种层次的技术产品都往中国输出,即“以技术换市场”。
 
比如,2005年10月,经过美国政府批准,AMD与科技部签署微处理器设计技术授权谅解备忘录,向科技部指定的技术受让机构—— 北京大学微处理器研究开发中心转让其所拥有的主流低功耗X86微处理器技术,被称为是当时中美半导体领域最具影响力的技术转让。
 
这段时间也是中美以及中国和主要科技强国之间的蜜月期,以至于没有人预料到作为全球化浪潮掀起者和规则制定者的美国,会有这两年对中国的表现。
 
在自主创新方面,随着我国经济实力提升,也开始有更多的余钱砸向科技领域特别是微电子领域,并进行整合提升。比如,中科院在其109工厂与中国科学院半导体研究所、计算技术研究所研制大规模集成电路的单元合并为中国科学院微电子中心,后改名为中科院微电子所。此外,北大、清华、复旦、上海交大、中电等多所大学和研究机构的微电子学院和工艺线相继建立。
 
这一时期还发生了两件在我国科技史上都有影响的大事。
 
一是 “汉芯” 事件。
 
集成电路是上海市重点发展的高新技术产业,为此上海不惜花大价钱引进企业和人才。以美国摩托罗拉公司芯片高管身份回到上海的陈进,因而成为官方重点支持和宣传的对象。2000年5月,陈进在上海交大组建芯片与系统研究中心,并开始承担国家863项目 “汉芯DSP芯片” 的研发。仅仅16个月,“汉芯1号” 就宣布研发成功,鉴定专家组认为,“汉芯1号” 及其相关设计和应用开发平台,达到了国际先进水平,是中国芯片发展史上一个重要的里程碑”。2003年2月26日,盛大的新闻发布会举行,上海市领导、信息产业部领导和有关院士等一众出席。随后仅1年左右,陈进很快又发布了 “汉芯” 二号、三号、四号。“汉芯” 的成功,使陈进获得了从上海市到国家大量科技经费和荣誉,比如陈进本人不但当上上海交大微电子学院院长,还荣获 “全国优秀科技工作者” 等称号。
 
汉芯丑闻影响深远
 
 
不过,假的东西终究长久不了。2006年1月,有人在清华大学BBS上,举报 “汉芯一号” 造假,并指其造假的方法,简单粗暴到刷新了人们的想象。陈进通过从美国摩托罗拉购买芯片,雇民工打磨掉其Logo后,再重新刷上汉芯的logo而宣称为自己的成果。这就是芯片测试出身的陈进,能在16个月内完成一款高端DSP芯片,从源代码设定到流片的秘密。此外,举报人还指陈进存在虚构经历、虚构交易等其他造假行为。
 
有关方面的调查证实了陈进的造假行为。不过,吊诡的是,除了收回下拨给陈进的经费、荣誉、职务之外,没有人对造假负责或道歉,更没有人受到处罚。这种包容造假的处理方式,无疑对我国的科研生态产生了较为负面的影响。而地方政府和有关部门发展集成电路的急于求成,直到今天也是值得长鸣的警钟。
 
二是设立国家科技重大专项。
 
1956年的12年科技规划是我国科技规划的成功样本,取得了 “两弹一星” 等代表成果,因此在历史上留下了浓墨重彩的一笔。50年以后,国家再次组织大批顶尖专家,研究编制《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,并通过规划确定了我国到2020年科技发展的16个重大专项,其中涉及集成电路的有2项,分别是 “核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”(俗称01专项或核高基专项)和 “极大规模集成电路制造装备与成套工艺”(俗称02专项)。
 
国家科技重大专项是当时的大手笔
 
 
01专项的目标是,到2020年,我国在高端通用芯片、基础软件和核心电子器件领域基本形成具有国际竞争力的高新技术研发与创新体系,并在全球电子信息技术与产业发展中发挥重要作用;我国信息技术创新与发展环境得到大幅优化,拥有一支国际化的、高层次的人才队伍,形成比较完善的自主创新体系,为我国进入创新型国家行列做出重大贡献。
02专项的目标是,“十一五” 期间(2006-2010年),重点实现90纳米制造装备产品化,若干关键技术和元部件国产化;研究开发出65纳米制造装备样机;突破45纳米以下若干关键技术,攻克若干项极大规模集成电路制造核心技术、共性技术,初步建立我国集成电路制造产业创新体系。
 
应该说,科技重大专项的部署,特别是把芯片和集成电路工艺列为排头的01和02专项,这是历史上从来没有过的重视,对我国集成电路的发展起到了标杆意义。但是,对于承担科技重大专项的单位和科学家是否 “中国地表最强”,还是存在一定争议的,且国家经费几十亿的投入,对于烧钱的集成电路产业来说,还是杯水车薪,因此也不能指望取得多大的成果,在这个过程中,培养锻炼一支队伍,尽量缩小与国外的差距就算达到目的了。
 
然而,形势比技术变化更大,机遇期的窗口就说关就关。最近几年,中美关系焦点从贸易转向科技,美国在科技特别是芯片领域,开始对我国进行一系列打压,那些从前经济学家认为不可能发生在 “灯塔国” 身上的 “骚操作”,也是接二连三发生,在此我们就不一一列举了。总之是 “一棒惊醒梦中人”,关键核心技术不能靠拿来主义、买来主义,还是得靠自己动手丰衣足食的 “南泥湾”。
 
通过上面的梳理,我们大致可以总结回答本文开头提出的问题:
 
计划经济时期,老一辈科学家的战略眼光,把半导体列为国家紧急措施,重在解决国防建设之急需。市场经济时期,半导体产业技术是综合国力的较量,是一项牵扯面广的系统工程,没有钱是万万不能的,急功近利没有耐心也不可行。
 
从战略机遇期到缠斗博弈期,我国需要从新时期国家安全(也包含产业安全)的高度,来审视半导体和集成电路产业技术。从治标来看,当前或许可以集中火力,尽快实现一些急需技术的自给,甚至拿下一两项可用于反制的技术。而从治本来看,非得从系统提升我国基础研究开始。
 
在这方面,日韩台湾等在美国 “一超” 之下,却也各自在半导体领域拥有独门功夫,给我们树立了可以借鉴的榜样。
 
 
 参考文献
 
1.http://www.most.gov.cn/ztzl/kjzg60/kjzg60dtxw/200909/t20090911_72745.htm
2.http://teacher.eol.cn/documents_8573/20090906/t20090906_405034.shtml
3.http://yszsjs.cas.cn/yszl/
4.https://baike.baidu.com/item/林兰英/3710884?fr=aladdin
5.http://www.ict.cas.cn/xwzx/jssxw/201408/t20140827_4193172.html
6.https://baike.baidu.com/item/汉芯事件/3675593?fr=aladdin
7.https://www.sciping.com/17994.html
 
 
 
 



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