半導體的發明&Intel的創立 - 晶片戰爭(上)

《晶片戰爭》是一本商業學書籍，講述了半導體產業的歷史和發展。書中詳細介紹了半導體的發明故事，從蕭克利實作半導體開始，一個取代真空管功能的元件開始改變了世界，從蕭克利公司離職的八位工程師，創立了日後影響世界的快捷半導體，而半導體又怎麼代替越戰後的美國在東亞抵抗共產黨赤化，美國又怎麼利用在晶片製程的優勢打贏與蘇聯的軍備競賽，美國又是如何在DRAM的戰場上輸給了日本，又用了什麼手段贏了回來。

快捷半導體 英語：Fairchild Semiconductor），俗稱仙童半導體[註 1]，是美國的一家半導體設計與製造公司，目前總部設在桑尼維爾。曾經開發了世界上第一款商用積體電路（略微領先於德州儀器公司）。當前半導體行業的重要公司英特爾、AMD等的創始人都來自此公司。快捷半導體公司在矽谷的發展史上佔有重要的位置。

本書內容很多，本篇文章會先從半導體的發明開始，快捷半導體怎麼讓半導體普及化，Intel的創立與美國怎麼在越戰後取回世界龍頭的位置。

真空管的下一代 - 半導體之父蕭克利

在二次世界大戰期間，戰爭基本上已經是算力的世界。美國利用真空管電腦來計算投彈的軌道，但真空管的體積與發光（吸引昆蟲）與損壞率過高，讓科學家們不得不找出一個能替代真空管的運算元件。

真空管的主要功能是負責 0 與 1 的運算，更簡單的說是個開關。蕭克利利用了半導體製做出了一個電晶體開關，這為新世界打開了一道大門。電晶體很快就取代了真空管，體積比真空管小雖然是優點，但也加深了佈線的難度。為了解決這個難題，德儀基爾比利用鍺片實作了台面式電晶體，取代電容、電阻、電晶體分別製做再拉線的方法，藉由一片鍺（矽）切割出不同的區域作為電晶體、電容及電阻，並以手工的方式將金屬線連結不同的元件以完成整體電路功能。接著快捷半導體的霍爾尼利用矽片與二氧化矽蝕刻孔洞，製造了電晶體的所有部件（平面法）。與基爾比不同的是，這種製造法可以在同一個矽片上製造多個晶片。後來德儀發展了光投影製造半導體，半導體的量產變得穩定。

剛剛提到的快捷半導體，在半導體市場上是很重要的公司。八名工程師離開蕭克利公司後，建立了快捷半導體。快捷半導體的地位，如果拿海賊王來舉例，大概就是洛克斯海賊團的地位。現在晶片界四皇之二的 Intel、AMD 的創辦人都是從快捷半導體海賊團出來的。

一開始半導體市場的需求還是以官方為主方，不管是幫軍方還是登月計畫。1960 年，摩爾提出了摩爾定律。當時的晶片都是特化型的晶片，都是針對特殊的裝置設計的晶片。摩爾推論，在未來的十年內，快捷每年都會讓矽晶片上可容納的元件數增加一倍，這不僅會創造出更強大的算力，也會降低每個電晶體的價格，在不遠的未來，積體電路不止能用在火箭與雷達，而是手機與電腦。這讓快捷半導體的諾伊斯看見了比軍用市場還大的民用市場。但當時，軍方還是主導技術研發的方向，快捷半導體決定走不同的路，他們的研究計畫並沒有跟著自己的最大客戶軍方走。反而，他們有自己的計畫。他們大幅降低了晶片的價格，這個降價策略與生產技術一樣是重大的創新，晶片一片從 20 美元到 2 美元。這個為民用電腦打開了新市場。

蘇聯抄不了的作業 - 美國世界的積體電路

蘇聯擁有不輸給美國的資源與科學家，在軍武界與太空界初期分別都與美國分庭抗禮，但蘇聯的矽谷卻沒有像美國的矽谷一樣。

半導體的製程非常複雜與精密，只靠抄襲與針對成品反向研究並沒有辦法完全的複制整個製程，許多如機台設定參數需要反覆的測試，製程的改良也需要大量的工程師而不是科學家。而在碰到機台或原料問題時，蘇聯也不像美國可以借鑒德、法、英等國家其他先進產業的製程。這是產業上蘇聯本身的劣勢，國家主導的經濟模式在複製貼上很有優勢，但在追求各領域的先進製程時，需要由企業主導的自由市場。

Sony的盛田昭夫 - 消費電子裝置的改革者

日本不同於蘇聯的選擇，授權而非抄襲，創立索尼的盛田昭夫的計畫是用新產品引導大眾，而不是問大眾想要什麼產品。他曾經發下豪語，大眾不知道什麼東西可能生產出來，但我們知道。

身為物理系學生的盛田昭夫，看到了美國生產最先進的晶片，馬上就意識到可以使用在消費性電子產品上，雖然日本在消費性電子產品上的成功會損壞美國利益，但基於政治上的考量，美國跟日本在關係上保持合作，同時在盛田昭夫的努力下德儀在日本開了海外工廠。

半導體業的全球化

半導體封裝與測試需要大量人力，多以女性為主，在1960年代，快捷半導體就到香港設廠，半導體廠的全球化早了世界十年，在不會碰上工會問題的東方是資本家的夢想。

因為真空管飛彈故障率高達66%，精準度9.2%。而受越戰的影響，空軍對地任務需求變多，這導致了精準打擊的需求提昇，德儀開始開發平價的高精準武器。

1972年，德儀的努力有了回報，使用舊式炸彈636次也打不掉的頷龍橋，在德儀新式炸彈下炸毀，德儀只是加了一個簡單的雷射感測器與電晶體，歷時九個月與9.9萬美元。精準打擊在這裡又提昇了一個檔次。

1968年，德儀開始與台灣商談合作建廠，德儀需要在亞洲地區找到組裝廠的新址，而臺灣適逢越戰結束，臺灣擔心美國會像對南越一樣放棄臺灣，故急需與美國有更緊密的合作，建設更多的半導體廠是個好主意，美軍對臺灣的安維可能不感興趣，但一定會保衛在島上的德儀。

算力大增 - Intel的創立

同樣也是1968年，諾伊斯與摩爾離開了快捷半導體，成立了Intel，Intel創立兩年後，發明了DRAM，DRAM取代了使用線路與金屬環的磁芯記憶體。記憶體元件與負責運算的邏輯元件不同，計算機的邏輯晶片與導彈導引系統的邏輯晶片不能通用，他們是不同類型的晶片，這種專業化推高了成本，但記憶體元件不需要特化，他是通用晶片，所以INTEL決定把重點放在生產DRAM上，靠量產創造規模經濟。

但無法抗拒工程難題的諾伊斯，在1969年為了日本計算機公司Busicom開立了一條生產線，並請旗下的工程師Ted Hoff為其最新的計算機設計晶片(手持計算機可視為1970年代的IPHONE)，Busicom的需求需要有12個不同的晶片，總計2.4萬個電晶體，這些晶片要按照他們的設計來排列，Hoff認為這對Intel這種小新創公司太複雜了。

Hoff在思考Busicom的計算機時，意識到他正面臨著客製化邏輯電路與客製化軟體之間的權衡，晶片製造是客製化的業務，為每台設備提供專用的電路，客戶不會認真考慮軟體。

但是，考量Intel的Dram領域的領先與後續成長，讓設計一個標準化的邏輯晶片，再搭配一個強大的記憶體晶片，可以讓晶片內建不同的軟體程式設計，就能計算許多不同的東西，如此就能做出通用型的邏輯晶片，他可以運用在不同類型的設備上，這場運算界的革命將會改變這個世界。

美國國防的新石油 - 晶片

從Intel的算力變革中獲益最多的，莫過於舊秩序的基石，國防部。

熟悉算力微型化的變革，了解Intel晶片強大的裴瑞進入了國防部擔任研究與工程事務副部長。在1977年剛加入國防部時，美國剛輸掉越戰，而且根據分析師的報告，在東南亞十年無意義的戰爭後，美國已經追不上蘇聯軍武的數量優勢，面對蘇聯的數量優勢，美國唯一的辦法是生產品質更好的武器，更快速的資訊收集、精密的指揮與控制、飛彈的終端導引，讓未來的戰爭變成一場精準度的競賽而非數量的競賽。

裴瑞知道這些未來戰爭的想像很快就能實現，他認為導引飛彈不僅會”抵銷”蘇聯的數量優勢，還會迫使蘇聯採取代價高昂的反飛彈措施來回擊。裴瑞計算蘇聯需要花5~10年與300億~500億美元才能防禦美國軍方的3000枚巡弋飛彈。但這其中的重點是，美國需要保持晶片產業的領先，保證美國都能拿到最新世代的晶片。

美國第一的隕落與復興 - 晶片戰爭(中)