前段时间,美国有一个华人芯片科学家团队突破了一个芯片技术难题,据说这个突破还挺重要的,因此在国内的互联网上闹得沸沸扬扬。

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但说实话,这并不稀奇,在芯片领域,华人乃至中国籍的工程师非常多。

以前我们都说硅谷已经被印度给攻占了,这话没毛病,毕竟在硅谷中,印度裔的CEO确实挺多的,但是在芯片这块最具含金量的科技领域中,印度裔早被华人甩到了十万八千里远。在全球十大芯片设计公司中,有八家都是由华人创立或者担任CEO的。

华为任正非曾说过:卡住中国芯片脖子的不是美国人,而是华人。

当时这句话我是不相信的,在我的印象里,中国芯片发展得比较晚,中国人在芯片领域是比不上国外的。

直到我看了中微半导体创始人尹志尧的访谈后我才知道原来这是真的。

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尹志尧曾在英特尔、应用材料等芯片企业工作过,但是他上班的第一天就傻眼了,原来在英特尔内部搞研究的大部分人都是华人,而且还占据了很多重要岗位,像芯片研究所组长或者项目经理也都是华人担任的。

除了英特尔,尹志尧工作过的芯片企业也是如此,华人研究员不仅占有非常重的比例,甚至在美国半导体的发展史上,华人都具有非常关键的作用。

那么问题来了,任正非和尹志尧说的是真的吗?华人到底在半导体上扮演了什么样的角色呢?

大家好呀,我是熊猫,今天咱们就说说华人与芯片的故事。

1958年9月,德州仪器的工程师杰克·基尔用锗晶体管研制出了世界上第一块集成电路,这也是现今所有半导体的起源;6个月后,仙童半导体的罗伯特·诺伊斯用硅晶体管复现了这一成就。

凭借这一成就,杰克·基尔获得了2000年的诺贝尔物理学奖,而德州仪器和仙童半导体作为世界芯片行业的诞生地,凭借着先发优势,成为了那一时期的王者。

但很多人不知道的是,这两家世界知名的芯片企业的发展,背后都有华人的重要贡献。

先说下仙童半导体,它成立于1957年,创始团队非常强大,包括发明了第一块硅基集成电路的罗伯特·诺伊斯;未来的英特尔创始人以及提出摩尔定律的戈登·摩尔等著名科学家。

两年后,一位华人科学家加入这个团队,并且领导了仙童半导体固态物理组研究,他就是萨支唐

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仙童半导体现在已经衰落了,因此很多小伙伴并不认识这家伟大的企业,也不认识萨支唐,但实际上他俩在半导体上的地位非常重要,一个号称“美国半导体行业的黄埔军校”,一个号称“半导体的先驱者之一”

这么说有些人或许觉得有些夸张,但是他们的贡献却是不容否认的。

仙童半导体不仅主导了美国上世纪60年代半导体的发展,而且还培养出许多的优秀工程师,其中就有很多华人工程师。

1969年,美国阳光谷(Sunnyvale) 举行了一次半导体产业头面人物的会议,这场会议总计有400多人,其中超过370人都是仙童的前雇员,而且还有不少华人,比如萨支唐,虞有澄等。

这些雇员取得的成绩同样很辉煌,不仅引领了技术的迭代,而且孵化出数十家半导体企业,包含了英特尔和AMD等等世界巨头。

有人曾经做过统计,仅在上个世纪70年代初,美国半导体企业与仙童相关的就高达40多家。苹果公司的乔布斯曾评价仙童说:“它就是成熟的蒲公英,你一吹它,创业精神的种子就随风四散。”

可以说,仙童半导体就是硅谷半导体行业的奠基者,是世界半导体行业的摇篮,它直接影响了今天的世界半导体行业格局,而对于仙童半导体而言,华人萨支唐的研究就是它发展的基石之一。

1932年,萨支唐出生于北平,他的父亲萨本栋是中华民国第一届中央研究院院士,国立厦门大学第一任校长。

1949年,萨支唐从福州英华中学毕业,赴美国伊利诺伊大学香槟分校学习;1953年,萨支唐获得电机工程和工程物理双学士学位,1956年,萨支唐又花了三年的时间,获得了斯坦福大学的电机工程硕士和博士学位,可以说是一位不折不扣的学霸了。

1956年博士毕业之后,萨支唐加入了由“晶体管之父”肖克利创建的肖克利半导体实验室,从事半导体领域的研究。

在MOS半导体器件领域,萨支唐提出了萨支唐方程,方程式有些复杂我就不说了,我们只要知道这个方程是所有MOS晶体管研究的基础,相当于牛顿定律在力学中的地位,因此他也被称为半导体行业的先驱者之一

1963年,萨支唐与伙伴再次提出了CMOS技术的构想,这个构想同样非常伟大。

它是一种降低半导体芯片能耗,提高运行速度的工艺,可以延缓摩尔定律。现在几乎所有大规模、超大规模集成电路中都在应用这项技术。

凭借这些卓越的贡献,萨支唐获得了半导体工业协会(SIA)授予的行业最高荣誉——罗伯特·诺伊斯奖,被公认为是半导体和微电子行业的“泰斗”。

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因此有些人说没有萨支唐的研究,半导体行业的第一定律——摩尔定律或许早就被终结了,当然这句话有点夸张,但是也说明了他的贡献。

1959年,萨支唐受邀加入仙童半导体,他担任固态物理组的负责人,领导着一个64人的研究团队,要知道,当时的仙童半导体员工总数不过几百人,能够担任一个64人研究团队的负责人,毫无疑问已经进入了仙童半导体的高管行列。

而固态物理组同样是仙童半导体研究团队的核心,负责研发第一代硅基半导体及其制造工艺,以及研制第一代功率半导体——mos场效应管,这些都是仙童半导体的核心业务。

在萨支唐的帮助下,仙童半导体德州仪器引领了半导体行业长达十多年,为美国半导体的发展奠定了基础,直到六十年代末,仙童公司才逐渐衰弱。

除了萨支唐,还有三位华人都在不同的时期扮演了类似萨支唐的作用。

第一位就是虞有澄,他被称为“掌握英特尔技术命脉的华人”

仙童半导体虽然开创了半导体行业,但是它的应用还很局限,主要是以航空航天和工业为主,市场规模并没有像现在这么大。

到了70年代中期,半导体商业化才加快了脚步,涌现了一大批半导体巨头,其中英特尔和AMD等企业开始取代仙童的地位,引领世界半导体市场。

1975年,美国MITS公司推出了世界上第一台商业化非常成功的个人电脑——Altair 8800,它彻底改变了人们的生活方式,拉近了全球人之间的距离。

这台改变了世界的电脑搭载的CPU,正是英特尔的8080处理器。

除了8080外,英特尔还发明了世界上第一个商用微处理器——4004,世界上第一块1KB容量动态随机存储器,直到今天,英特尔仍然是世界上最大的CPU设计和生产商,是当之无愧的半导体行业霸主。

正如仙童半导体一样,英特尔里也有很多华人,其中同样有一位华人影响深远,他就是虞有澄

虞有澄出生于上海,后来前往美国求学,在斯坦福大学获得硕士和博士学位。博士毕业之后,虞有澄先是进入了IBM,1967年,又跳槽到有“硅谷黄埔军校”之称的仙童半导体,做到了总监级别,并在那里认识了英特尔的三位创始人。

1972年,虞有澄在英特尔创始人安德鲁·格罗夫的招揽下,降职降薪加入英特尔。

在初期虞有澄并不算特别出彩,当时英特尔初期的业务是内存,市场竞争非常激烈。虞有澄并不看好这项业务,多次建议向微处理器也就是芯片领域转型,也就是我们常说的CPU芯片,但这项建议一直都未得到采纳。

结果事实证明虞有澄的眼光是对的。

1984年前后,随着日本半导体厂商的崛起,英特尔主要业务内存业务缩水得非常严重,市场占比从90%跌到了20%,主营业务受挫,英特尔财政很快就无法维持。

在倒闭的危机下,时任英特尔总裁的安德鲁·格罗夫终于下定决心转型。

虞有澄也临危受命被任命为英特尔英特尔微处理器事业部的负责人,全权负责英32位处理器的研究。

1985年10月,英特尔推出了CPU史上的一代经典——386芯片

386芯片是计算机技术领域的一座里程碑,英特尔凭借这颗芯片第一次实现了在PC行业的垄断,甚至中国都有它的身影,很多中国人第一次接触到的电脑就是386电脑。

做出了突出贡献的虞有澄随即被火速提拔为英特尔资深副总裁兼微处理器产品事业部总经理,负责英特尔最核心的CPU业务。

在随后的时间里,虞有澄领导英特尔研发团队相继开发了486、奔腾5、奔腾6等数代经典CPU,都大获成功,彻底奠定了英特尔在CPU市场的垄断地位。

英特尔前总裁格鲁夫曾评价他说:没有人比虞有澄更有资格说出,英特尔是如何塑造芯片的。

可以说,虞有澄深刻影响到了CPU乃至整个芯片产业的格局。

同样对芯片行业产生巨大影响的还有另外两个华人:一个是越南华裔科学家:林本坚,还有一个是美籍华人:胡正明

如果说萨支唐帮助仙童奠定了半导体行业,虞有澄帮助英特尔改变了芯片的格局,那么林本坚和胡正明则影响的是整个芯片行业的未来,因为他们解决了芯片行业一个非常危险的定律:摩尔定律

芯片行业的摩尔定律现在很多人都有一定的了解,就是指集成电路上植入的晶体管数目,每隔两年左右便会增加一倍,难度也会随着增加,这意味着芯片随着时间的发展早晚会陷入困境,就像现在的3nm芯片一样,它的晶体管数量已经超过百亿颗,设计和制造难度非常大,所以3nm虽然炒的很火,但是实际产品在哪里还不知道。

在未来除非有新的技术突破,不然接下来的2nm或者1nm芯片,则会更加难造,而在芯片历史上也有数次这样的危机。

这种危机有两种,一种是设计环节,需要非常强大布局,才能植入如此多的晶体管;还有一种是制造环节,需要超强的设备才能在晶圆内造出数十亿数量的晶体管。

第一次危机就是在制造环节,是半导体制程推进到45nm时遇到的,大家都知道,芯片就好比雕刻,雕刻的东西越小,用的刻刀也得更小更精细,对于刻刀的要求就越高。芯片制程由65nm过渡到45nm时就遇到了如何刻蚀的问题。

当时极紫外(EUV)光刻机还没被研发出来,市场上主流的就是DUV光刻机,但是最先进的DUV光刻机波长也才193nm的,是无法加工出45nm制程的芯片。

各大厂家都在想办法解决这个问题,有的在镜头材料上下功夫,有的在光源上下功夫,但是无一例外都因为难度和成本问题,难以推进。

这个时候,一位华人天才般的创新,却彻底改变了这一局面。

2002年,华裔越南科学家林本坚提出了一种全新的光刻机路线——浸润式光刻机

传统光刻机镜头到芯片中间,填充的是空气,而林本坚却大胆地提出了用水代替空气,将镜头和芯片都浸润在超纯水中的方案。

用水替换掉空气的话,不用更换镜头材料和光源,就能够调节更适合的波长,不仅能够节省大量的成本,还能实现跨域式进步,连续几代制程都不用更换设备了。

这样天才的发明,一经推出就引起了业界的轰动。

2003年,ASML很快被这项技术吸引,他们倾尽全力押注这项技术,并且成功研发出浸润式光刻机,解决了摩尔定律的难题,芯片制程的更新迭代因为这项技术,才能延续至今。

如今28纳米、16纳米、14纳米芯片用的都是浸润式技术,一直到在14nm以下制程时,才被EUV光刻机取代。

浸润式光刻机辉煌了十几年,至今仍然是世界芯片制造业中的主力机型。而压注失败的尼康和佳能,在光刻机领域迅速衰落,光刻机行业由此进入了ASML一家独大的时代。

中国苦苦求而不得的光刻机技术,竟然源于一个华人,不得不说这是一个莫大的讽刺。

说回芯片危机来,半导体制造遇到的第二次危机,则是在芯片制程达到22nm以下时遇到的,解决问题的则是就是华人科学家:胡正明教授

他研制的鳍式场效应晶体管(FinFET),同样打破摩尔定律的制约。

芯片也叫集成电路,最基本的组成单元,就是一个个极微小的开关电路,芯片之所以能够运行,靠的就是用这无数的小开关不停地通电断电来进行二进制运算。

但是,在芯片制程进入到28nm以下时,科学家们遇到了一个问题,随着单个电路大小的缩短,相应的内部隔绝电子流动的沟道也会缩短,就会产生漏电的问题,这个现象被称为短沟道效应

这就好比,原本两户农田本来是用一条小水沟隔离,彼此互不干扰,想种什么就种什么,想怎么喷洒农药都可以,但是当小水沟变得足够小时,两户农田的庄稼就不能随意种了,不然很容易长到别人家上面去。

当然这个比喻不一定对,大家能理解就行,总之就是因为隔绝电流的沟道小到不起作用了,就产生了漏电,严重影响芯片的性能,让芯片内部的运算不再可靠。

如果不解决这个问题,那么芯片制程就无法继续下去,而这个困扰整个半导体行业的难题被胡正明教授解决了。

1999年,胡正明教授率领研究团队,研制出世界上第一个鳍式场效应晶体管(FinFET),它与传统半导体晶体管最大的不同在于,把原本隔绝用的过道变成了一堵墙,隔绝漏电的能力大大提高。

这样一来,即便芯片制程继续缩小,沟道继续变短也不会出现严重的漏电问题。

FinFET技术,可以说是给半导体制造业续了命,让半导体芯片的制程得以进一步降低,半导体芯片的晶体管密度才能不断提高。

2011年,英特尔率先推出了商业化的FinFET,应用在22nm制程上。随后台积电和三星也都跟进。

胡正明教授的发明在互联网时代可能又是还不明显,但是在移动时代,这项发明被无限放大,因为如今14nm、7nm、5nm、3nm制程芯片上,几乎都采用了FinFET技术,它们最大的用途就是在手机等消费电子产品上。

可以说,目前的所有先进半导体以及搭载它的产品,都仰赖胡正明教授的发明。

2015年,胡正明教授获得了美国国家技术和创新奖,2016年,他又获得了美国国家科学奖章,由时任美国总统奥巴马亲自在白宫为他颁奖。

除了胡正明外,在移动互联网时代,还有一个华人同样在芯片领域做出了卓越的贡献,他就是任职于高通的邹求真

大家都知道互联网时代的标志就是通信信息的发展,而通信芯片,无疑是移动互联网时代的基石之一,而高通又是通信芯片和技术绕不开的企业。

他们不仅掌握着3G、4G、5G时代的一系列通信标准,还是世界上最大的通信芯片厂商,就连苹果手机上用的都是高通的通信基带。

然而,大家不知道的是,高通赖以起家的通信芯片技术,正是由华人科学家邹求真带领团队做起来的。

邹求真是一个天才式学霸,年仅15岁就考入东南大学少年班。

1992年,邹求真到美国斯坦福大学研究生院学习,他又只用了8个多月,就获得了斯坦福大学的硕士学位。

同年,年仅19岁的邹求真击败一众美国博士,成功取得高通的录取通知书,从事CDMA技术研究。

当时的高通规模还不大,整个公司只有几十个人,和爱立信、化电、诺基亚等通信巨头根本无法相提并论。

邹求真在这里如鱼得水,仅用四年时间就从一名普通的工程师成长为项目负责人,其中就包含CDMA芯片。

在他带领团队的那几年,高通芯片以每年一次迭代的速度,让高通的CDMA技术从不能用变得能用,再变得好用,最终得到市场的认可。

1999年,高通的CDMA力压爱立信被国际电联认定为3G通信标准之一。

他们依靠这一技术,制定非常高的专利税赚得盆满钵满,但是因为垄断了CDMA技术专利,让全球国家都无可奈何,只能咬牙交钱。

2014年时,高通就实现264.9亿美元的收入,净利润高达79.9亿美元,比其他通信企业要高得多,由此有了“高通税”这个称号。

但不管怎么说,高通借助CDMA芯片快速崛起,很快就超过爱立信,诺基亚等通信企业,然后他们将业务扩展到CPU、通信基带等消费芯片上,也成长为了世界上最大的芯片设计公司之一。

邹求真的母校曾有人说,他间接的打造出了一家世界上最大的芯片企业,这句话同样有些自夸的味道,但是他对于高通的崛起起到了关键的作用。

其实不只是邹求真,芯片的每一代发展背后都有华人的身影,他们的研究间接或者直接推动了芯片的技术迭代,打造了如今的多样芯片。

看到这边你是不是已经觉得华人在芯片上的贡献很大,如果是,那么你对华人在芯片上的地位一无所知。

为啥全球十大芯片设计公司中,有8家的创始人和CEO都是华人?

因为华人可不仅仅会做芯片研究,还会懂得如何管理芯片企业,其中最让人津津乐道的就是一谋二总

谋就是台积电创始人张忠谋,二总就是:英伟达总裁黄仁勋以及AMD总裁苏姿丰,这两人一个号称“老黄”,一个号称“苏妈”,是一对能让英特尔治好多年挤牙膏的华人。

张忠谋大家最熟悉,他在创立台积电之前曾担任过德州仪器的副总经理。

德州仪器和仙童半导体并称世界半导体的祖师爷,不仅发明了世界上第一台晶体管收音机、第一部集成电路计算器、第一款单芯片控制器,还曾为美国的阿波罗登月计划供应芯片,至今仍然是世界前十大半导体制造商之一。

德州仪器对于半导体的影响丝毫不亚于仙童,而张仲谋带领团队攻克了世界上第一款集成电路计算器,第一款单芯片微控制器等先进产品,帮助德州仪器扛住并且反超仙童半导体,成为美国最重要的芯片企业。

1972年,张忠谋升任德州仪器的副总经理,管理公司近一半员工,而且大部分都是科研团队,其中还包括很多华人,比如中芯国际创始人张汝京就曾在他手下任职。

可以说,华人能在芯片领域上立足,张忠谋的提携起到了很大的助力,创立台积电后,更是为世界半导体培养了诸多人才,其中有很大一部分前往美国任职。

除了张忠谋外,黄仁勋和苏姿丰的影响力同样不小。

1993年,黄仁勋辞去AMD的职位创立了英伟达,专门从事显卡设计工作,1999年,黄仁勋第一次提出了图形处理器概念,由此诞生了GPU显卡这个全新的领域。

同年,英伟达就推出了全球第一款以GeForce命名的显示核心,玩过游戏的应该都知道RTX 系列显卡,这就是他们搞出来的,很多游戏玩家都亲切的称他为“老黄”。

2021年,黄仁勋获得美国半导体行业的最高荣誉 —— 罗伯特-诺伊斯奖,可以说黄仁勋的GPU芯片重新定义了计算机方式。

除了老黄,苏妈的影响力同样彪悍。

2014年,AMD濒临破产,苏姿丰临危受命升任AMD的CEO职位,刚上任的她就调整了AMD的发展战略,加快研发节奏,并且推出“zen”架构,将桌面级CPU的市场份额由20.6%提高到31%。

在AMD的影响下,英特尔感到了巨大的威胁,以往他们没有任何对手,所以对于研发都是挤牙膏式的研究,但是在苏姿丰的逼迫下,他们一改往日的傲慢,被迫加快CPU的研发节奏,很快,他们的CPU迭代就提高了40%性能。

可以说苏妈凭借一己之力挽救AMD公司,同时让消费者享受到芯片升级带来的体验,因此很多人将她称为“苏妈”。

2018年,苏姿丰获得美国国家工程院院士,2020年,苏姿丰又获得半导体至高荣誉:罗伯特-诺伊斯奖,2021年,又入选了美国总统的技术顾问委员会。

苏妈创造的奇迹还在继续,她和黄仁勋一起彻底颠覆了英特尔统治PC的时代。

其实何止是苏妈和老黄,整个华人创造的芯片奇迹一直在持续,他们跺跺脚,整个世界的半导体都得抖三抖,而且未来这种深化还将继续延续下去。

美国有一个华人半导体协会,这里面吸纳的都是华裔芯片从业者,会员数量高达6000多人,可见华人在美国从事芯片的人有多少。

这也证明了,中国的芯片问题,不是因为中国人不能做半导体。

当然也有些人用中国人研究出来的东西,卡住中国的脖子,说实话,我觉得很对,但不够准确,因为中国半导体发展其实挺晚的,因此人才的主要地还是以某省为主,张忠谋、黄仁勋、苏姿丰等等天才式人物,基本上都是从那里出来的。

再加上台积电,他们每年培养了大量的芯片人才,这些人有一部分就去了美国,中国当然也有,我们留美人才也有很多从事芯片。

但是要站在历史角度上看,其实返回国内的芯片人才也不少。

比如中国半导体科学奠基人-王守武,中国固体物理学奠基人-黄昆、麻省理工学院的谢希德、中国计算机之母-夏培肃、中国半导体学科创始人-汤定元、中国半导体之母林兰英等等科学家。

这些人都曾在美国留学,而且能力和才华丝毫不亚于留美芯片的科学家,但是回国干嘛了?答案是帮助我们半导体打造基础。

由于我们的基础太差,国外又对我们严格封锁,不给我们任何材料和设备,因此他们的才华根本无处发挥,只能依靠自己从头再来,比如制备材料,打造设备、编撰教材等基础领域,一步步把中国半导体基础打的更加结实。

如果没有他们,我们半导体或许比现在还要惨,因此在我心里,他们才是天才式的芯片科学家,把一片虚无的芯片打造成如今的基础。

在他们之后,中国缺的也不是芯片理论科学家,而是能将这些基础转化成成果的人,因此张汝京、尹志尧等等科学家这才有了用武之地!

除此之外,中国的待遇问题也一直被诟病,导致我们流失了很多的人才,直到现在我们的芯片行业才算是真正有了基础,人才有了发展的空间。

所以中国人并非不能做芯片,在美国能够创造的奇迹,未来也一定可以在国内实现。

好了,我是熊猫,我们下期见!