2023年05月26日
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鲜为人知的美苏芯片竞争

2023年05月26日

  向美国学习集成电路

  20世纪50年代,美国物理学家鲍勃·诺伊斯在仙童半导体公司发明了集成电路,得州仪器等公司随后跟进,半导体工业开始蹒跚起步。这时,一位“不速之客”来到了斯坦福大学和仙童公司的所在地——加州帕洛阿托。

  1959年秋天,在苏联首颗人造卫星首次绕地飞行两年后,来自苏联的半导体工程师阿纳托利·特鲁特科搬进了斯坦福大学一所名为克罗瑟斯纪念馆的宿舍。虽然当时冷战已经进入巅峰,但两个超级大国依然互派学生交流,特鲁特科就是苏联挑选的为数不多的留学生之一。他在斯坦福大学花了一年的时间,和美国顶尖的科学家一起学习美国最先进的技术,他甚至参加了另一位集成电路发明者威廉·肖克利的讲座。

  一堂课后,特鲁特科请这位诺贝尔奖得主在他的代表作《半导体中的电子与空穴》上签名。

  就像五角大楼一样,克里姆林宫意识到晶体管和集成电路将改变军事力量。在肖克利的著作出版两年后,苏联人就将其翻译成了俄语。1959年美国中情局的一份报告称,当时美国生产的晶体管在质量上只领先苏联2到4年。

  从20世纪50年代末开始,苏联在全国各地建立了新的半导体设施,并指派科学家来建设这个新产业,其技术负责人是尤里·奥索金。1962年,奥索金拿出来的集成电路原型已接近硅谷的水平。

  “苏联硅谷”的诞生

  苏联领导人赫鲁晓夫致力于在各个领域超越美国,包括在半导体工业。当时的苏联国家无线电电子委员会第一副主席亚历山大·肖金给了他承诺,“电视可以做成烟盒那么大。这就是苏联半导体工业的承诺”。为了实现这个承诺,肖金启用了王牌——两个克格勃间谍。

  乔尔·巴尔是俄国犹太人的后代,他在纽约布鲁克林的贫民区长大,后来被纽约城市学院录取,学习电气工程。他结识了同为电气工程师、共青团员的阿尔弗雷德·萨朗特,他们成为终身好友。在20世纪40年代,巴尔和萨朗特在美国两家领先的科技公司——西部电气公司和斯佩里陀螺仪公司从事机密雷达和其他军事系统的研究工作,他们对新武器系统中的电子设备了如指掌。

  20世纪40年代末,美国联邦调查局开始在美国各个科研机构捉拿苏联间谍,在被抓住之前,萨朗特和巴尔逃离了美国,最终到达了苏联。抵苏之后,他们告诉苏联的官员想要制造世界上最先进的计算机,并开始建造属于他们的第一台计算机。他们的工作引起了苏联电子工业负责人肖金的注意。他们与肖金合作,打算说服赫鲁晓夫兴建苏联的硅谷。

  为了说服赫鲁晓夫资助这座科学新城,肖金安排这位苏联领导人参观了列宁格勒的电子工业第二特殊设计局,这是苏联电子技术前沿研究所。设计局花了数周时间为赫鲁晓夫的来访作准备。

  1962年5月4日,赫鲁晓夫来了,巴尔和萨朗特向他展示了苏联微电子学的成就。赫鲁晓夫立刻对这个宏大工程着了迷,他给巴尔和萨朗特一个拥抱,承诺全力支持。几个月后,苏联政府批准了在莫斯科郊区建设半导体城的计划。

  位于莫斯科西北的泽列诺格勒市很快就破土动工,这个城市在俄语中意为“绿色城市”——但事实上,它被设计成科学天堂。半导体工程师所需的一切都能在这里找到。从外面看,这里就像是硅谷。

  没有希望的复制战略

  就在赫鲁晓夫宣布支持建造泽列诺格勒的同时,克格勃设立了一个新的部门——T总局,任务是“获取西方的设备和技术”。

  到了20世纪80年代初,克格勃雇了大约1000人来窃取外国技术,大约300人在国外工作,其余大部分人都在克格勃位于莫斯科卢比扬卡广场总部的8楼工作。

  “苏联硅谷”成立初期,一个名叫鲍里斯·马林的苏联学生从美国宾夕法尼亚留学回来,行李里有一个小装置——得州仪器SN-51,美国最早在市场上销售的集成电路之一。肖金把马林和其他一群工程师叫到他的办公室,把芯片放在他的显微镜下,透过镜头仔细观察、“复制”。他命令他们,“一个对一个,不能有任何偏差。我给你们三个月的时间。”

  当时的苏联并不缺乏世界顶尖的物理学家,包括半导体方面。但是,肖金的复制战略在根本上存在缺陷。那时的得州仪器和仙童公司已经开始学习如何大规模生产芯片,而在半导体工业中,规模化生产的关键在于可靠性,这是苏联科学家没有意识到的差距。

  苏联能大量生产煤炭和钢铁,但在几乎所有类型的先进制造业上都落后于美国。此外,西方国家还通过一个名为COCOM(巴黎统筹委员会)的组织,禁止向苏联等社会主义国家转让包括半导体元件在内的先进技术。因此,苏联的半导体设施经常使用精密度较低的机器和纯度较低的材料,结果导致生产工艺极度不可靠。

  半导体工艺在飞速进化。即使苏联人成功地复制了一种设计,获得了材料和机械,复制了生产过程,这也需要很长时间。而像得州仪器和仙童这样的美国公司,每年都会发布晶体管数量更多的新设计。到20世纪60年代中期,半导体技术开始腾飞,晶体管的尺寸和能耗都在缩小,抄袭过时的设计是完全没有希望的策略。

  也就是说,复制战略让苏联在晶体管技术上一开始就落后美国好几年,而且再也没有赶上来。

  对军事客户的过度依赖,也导致苏联无法像美国、欧洲和日本那样,迎来消费市场的蓬勃发展。事实上,民用半导体市场为半导体供应链的专业化提供了资金,催生了从超纯硅晶圆到光刻机等各个领域的专业公司。但苏联当时几乎没有消费市场,也就没有能力进行再投资。

  到了苏联解体之前,戈尔巴乔夫重振芯片工业的努力也彻底失败了。2010年,泽列诺格勒市被取消,成为莫斯科最小的行政区,并被规划为一个创业园区,目前仅有300多家初创公司在那里经营。据《看天下》 陈劲松/文

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