王志華：關(guān)鍵是競爭，不是卡脖子
2023-11-27 16:47:14榮智慧
南風(fēng)窗 2023年24期
榮智慧
在美國，新的芯片大戰(zhàn)即將揭幕。10月底，先是高通發(fā)布了筆記本電腦芯片Snapdragon X Elite，宣稱性能超越蘋果的M2 Max和英特爾同級別處理器。同一天，蘋果新發(fā)布會預(yù)熱，將推出3納米技術(shù)的M3處理器。英偉達(dá)、AMD也公開同類產(chǎn)品新計(jì)劃，兩年內(nèi)上市。
幾乎同一時期，美國政府頒布新一輪對華芯片及半導(dǎo)體制造設(shè)備出口規(guī)則，中國芯片企業(yè)的外部環(huán)境越來越險惡。
芯片承載著人類最先進(jìn)的技術(shù)。近年來，國家和企業(yè)在芯片領(lǐng)域的競爭日趨“白熱化”。
在這樣的背景下，清華大學(xué)學(xué)術(shù)委員會委員、教授王志華接受南風(fēng)窗采訪。他認(rèn)為，無論外部壓力如何，中國芯片企業(yè)向產(chǎn)業(yè)鏈上游競爭，是一個必然的過程。同時，硅基晶體管技術(shù)的地位無可替代，尋找集成電路增量市場的努力也將一直存在。
關(guān)鍵是競爭，不是卡脖子
南風(fēng)窗：“集成電路是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)的糧食、安全的根本”，為什么這么說？如果我們的成熟制程芯片作為“糧食”已經(jīng)“夠吃”了，還有必要追逐最先進(jìn)制程嗎？有種說法是“吃飽就行，不用吃好”。
王志華：今天的狀態(tài)是歷史的必然，是一個演變而來的過程。1947年人們發(fā)明了第一個晶體管的時候，不會意識到它可以給人類生活帶來這么大的影響，不會想象到晶體管可以帶來人類社會的信息時代。
晶體管無非就是一個電子器件，它能夠代替電子管。因?yàn)殡娮庸苁钦婵展?，體積大，不結(jié)實(shí)，功耗高。晶體管可以做得很小，多個晶體管可以同時制造出來，這樣就可以用多個晶體管組成集成的模塊，讓做整機(jī)的人用模塊去完成不同的功能。晶體管制造技術(shù)的發(fā)展，帶來了集成電路慢慢演變的過程。
在集成電路設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，中國是一個后來者。對于后來者而言，也要與前人一樣繼續(xù)演變，產(chǎn)業(yè)上別人走的路，你也需要重新走一遍，重新走一遍也占了便宜。為什么？因?yàn)閺澛范贾懒?，能走得通的都是直路，就一定可以走得通。在這個意義上講，中國發(fā)展半導(dǎo)體是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然，是一個技術(shù)、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)、市場競爭的問題，不完全是卡脖子的問題。
什么叫卡脖子呢？我掐脖子你就死了，只有在戰(zhàn)爭上才有卡脖子，普通百姓的生活里不存在卡脖子的問題。沒有筆記本電腦、沒有手機(jī)，人還是活著的。只不過要想用電腦、手機(jī)，你得讓別人掙錢。要是不想讓別人掙錢，就得自己做，不會做你就慢慢學(xué)，這其中就存在競爭，就這么簡單。
整個產(chǎn)業(yè)鏈，材料設(shè)備的產(chǎn)值最小，從最下游開始，下游一點(diǎn)是芯片，它的產(chǎn)值大一點(diǎn)，全世界6000億美元。再往下游電視機(jī)、交換機(jī)、電話機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱等等加起來，大概1.5萬億美元。再往下游走是運(yùn)營商，中移動、中聯(lián)通，大概達(dá)到百萬億美元的量級。再往下，長在運(yùn)營商之上的增值服務(wù)，阿里巴巴、騰訊、京東……產(chǎn)值就更大。
觀察整個產(chǎn)業(yè)鏈具備三個特點(diǎn)。第一，越往下游中國越先進(jìn)，越往上游中國越落后，原因在哪兒？中國沒趕上那個時代。人家發(fā)展半導(dǎo)體的時候是上世紀(jì)40年代。第二，中國人在整個產(chǎn)業(yè)鏈在蠶食。什么叫蠶食？中國人從電子系統(tǒng)的整機(jī)開始，逐漸占據(jù)了產(chǎn)業(yè)鏈的下游，下游的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值高，利潤率低，但利潤總量不低，下游產(chǎn)品稅收高、就業(yè)高。很長時期，全球化背景下的國際市場趨勢是資本驅(qū)動的效率最高，利潤最大，中國人搶占了產(chǎn)業(yè)鏈的大頭，創(chuàng)造了無窮多的就業(yè)和無窮多的稅收，是一件好事，不是壞事。第三，隨著國際政治的變化，你就得變，變了也是一個競爭，這個競爭從70年代到現(xiàn)在一直持續(xù)，這個過程是必然的。
產(chǎn)業(yè)上別人走的路，你也需要重新走一遍，重新走一遍也占了便宜。為什么？因?yàn)閺澛范贾懒?，能走得通的都是直路，就一定可以走得通?/blockquote>硅基晶體管不會被替代
南風(fēng)窗：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨兩件事：搶占存量市場，創(chuàng)造增量市場。存量怎么搶，增量會出現(xiàn)在哪些賽道呢？
王志華：行業(yè)的增量市場一直存在，而且一直在發(fā)展。比如說，電子信息存儲的器件，過去是磁存儲為主，今天形成了電存儲器芯片的產(chǎn)業(yè)；再比如用于中國第二代身份證的芯片，成就了國內(nèi)4個上市公司，這個市場原來是沒有的。2005年，第二代身份證剛剛在中國推廣之際，全球重要的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)推廣其集成電路卡芯片，比如用于電子護(hù)照的芯片，介紹市場占有率時，一定要說除了中國的身份證之外，它們的芯片在世界上占了多大的比重。
增量市場一直存在，但現(xiàn)在人們找不到像手機(jī)一樣、每人一個兩年一換的單一產(chǎn)品大市場?，F(xiàn)在的產(chǎn)品迭代并不是人們的剛需，是產(chǎn)業(yè)需要，企業(yè)做個新東西能多賣錢。
南風(fēng)窗：晶體管及其技術(shù)會被替代嗎？
王志華：在可預(yù)見的未來，電子信息技術(shù)是不可能被替代的，支撐電子信息技術(shù)的硅基晶體管也是不可被替代的。回想一下人類最初種植、養(yǎng)殖技術(shù)。有了種植和養(yǎng)殖技術(shù)，人類才能定居，定居下來才有文明的發(fā)展，這是人類最古老的技術(shù)。今天又有了眾多新技術(shù)，但種植、養(yǎng)殖技術(shù)廢了嗎？沒廢，它們依然為人類所做貢獻(xiàn)。
人類文明發(fā)展出了機(jī)械加工技術(shù)，車、銑、刨、磨、鑄為代表的機(jī)械加工技術(shù)引領(lǐng)人類進(jìn)入了機(jī)械時代。數(shù)百年來，機(jī)械技工技術(shù)并沒有被替代。再之后，人類發(fā)明了可以將能量從一個地方傳遞到另外一個地方的電力技術(shù)。信息技術(shù)的出現(xiàn)，也沒有消滅機(jī)械加工和電力技術(shù)。機(jī)械技術(shù)也替代不了種植養(yǎng)殖技術(shù)，電力技術(shù)替代不了機(jī)械技術(shù)，電子技術(shù)同樣不可能替代電力技術(shù)。
可以預(yù)測，此后人類一定還會發(fā)明新的技術(shù)，但新技術(shù)的出現(xiàn)，對當(dāng)今的信息技術(shù)不是替代關(guān)系。新技術(shù)出現(xiàn)的時候，人們一般并不知道它會有多大影響。新技術(shù)對社會的影響，是技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，不是技術(shù)發(fā)展的目的。技術(shù)一定要應(yīng)用，沒有應(yīng)用的一定不是好技術(shù)。
南風(fēng)窗：你曾提出一個“王氏定理”，以某個成果誰先知道為標(biāo)準(zhǔn)，來區(qū)分它的含金量。你是在什么契機(jī)下想到這個定理？半導(dǎo)體行業(yè)多了很多“熱錢”，科研圈是否也多了亂象？
王志華：現(xiàn)在自媒體也多了，為了吸引眼球，每天啥話都敢說。我所謂的“王氏定理”，給外行人判斷一件事情特別的牛，或者一個人特別牛提供了一個簡單的判斷方法。
通常，你突然知道一個人或者一件事兒特別牛，這種牛若是同行先知道，公眾后知道，大致是真牛；要是同行不知道，公眾先知道，大致是吹牛；要是同行不知道，公眾也不知道，“牛人”自己整天喋喋不休地說，大致是一個神經(jīng)質(zhì)或神經(jīng)病。這是外行判斷科技成果靠不靠譜的簡單方式。
從工科科研的本質(zhì)來說，最核心的目的就是解決工業(yè)界想解決而沒有解決的問題，或者說是工業(yè)界解決了、但沒有解決好的問題。這個問題解決了，對學(xué)科有用，對行業(yè)有用，對國家有用、對人類有用，這是科學(xué)研究的目的。
我可以告訴你，拿到科研項(xiàng)目的資助，是工科科研的必要條件，不是科研的目的。極端情況下，如果一個人拿了很多國家的項(xiàng)目資助，花了很多納稅人的錢，沒有產(chǎn)生對工業(yè)界、對人類有價值的成果，這個過程是犯罪。
在工科領(lǐng)域，你有任何一個成果被工業(yè)界用了，而且工業(yè)界承認(rèn)是你的結(jié)果，你就是牛人。
在可預(yù)見的未來，電子信息技術(shù)是不可能被替代的，支撐電子信息技術(shù)的硅基晶體管也是不可被替代的。類似地說，什么樣的學(xué)校是世界頂級大學(xué)？有三條標(biāo)準(zhǔn)：第一，全世界的年輕學(xué)子都到這里求學(xué)。第二，全世界的青年學(xué)者爭先恐后到這里求職。第三，在你所從事的學(xué)科領(lǐng)域里，有很多成果被社會所公認(rèn)，源自這個學(xué)校。這種頂級，不需要看各種排名機(jī)構(gòu)的排名。
技術(shù)發(fā)展變慢給后來者提供追趕機(jī)會
南風(fēng)窗：在技術(shù)層面，我們從0到1的原創(chuàng)性思想是很缺乏的。而從1到10的“制造”層面的刻度里，我們做到的可能是3到7。這方面很多學(xué)者也有疑問：能做到從0到1的，制造上從8到10也能做。如果沒有從0到1的原創(chuàng)，后面做3到7也就到頂了。像美國制造業(yè)，外移也很多年了，但從技術(shù)—制造—應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)看，他們依然是第一梯隊(duì)的；中國制造離“智造”尚有很大的距離。您怎么看這種說法？
王志華：現(xiàn)代信息技術(shù)多發(fā)源自美國，他們的優(yōu)勢就是占了高利潤階段，中國是后來者也有優(yōu)勢，后來的優(yōu)勢就是沒有彎路。
比如說拿二氧化碳轟擊在錫材料上，就能產(chǎn)生13納米的光，這是前人花很長時間、花很多錢、做了很多試驗(yàn)得到的結(jié)果，中國沿著這個技術(shù)路徑一定能做出來。這中間曾經(jīng)有很多彎路，中國人不會再走彎路了，后發(fā)優(yōu)勢就在這兒。
還有一個優(yōu)勢，現(xiàn)在集成電路到了技術(shù)發(fā)展的晚期。3納米這樣的尺度，已經(jīng)差不多到頭了，再往前走的話，硅原子的直徑大致是0.11納米，物理學(xué)原理限制了人們不能繼續(xù)縮小器件的特征尺寸。技術(shù)發(fā)展比從前慢了，給后來者提供了追趕的機(jī)會。
值得注意的是，晚期的技術(shù)并不是要滅亡的技術(shù)。比如說機(jī)械加工，車、銑、刨、磨、鑄是數(shù)百年前的技術(shù)，機(jī)械加工技術(shù)帶來了蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)，那個時候技術(shù)的方向就已經(jīng)成熟了，現(xiàn)在做的只是精度比原來高一點(diǎn)點(diǎn)而已。如今，人類的工業(yè)文明，依然離不開這些工藝加工方法。
隨著晶體管加工技術(shù)的成熟，加工技術(shù)達(dá)到極限，不再進(jìn)步，它依然為會為人類解決信息問題，也帶來了很多的機(jī)會。當(dāng)然，這個機(jī)會在哪兒還不完全知道，但一定是有。
南風(fēng)窗：你的研究領(lǐng)域可以介紹一下嗎？
王志華：我的團(tuán)隊(duì)主要在用電子技術(shù)解決醫(yī)療的問題。試想數(shù)十年來，推動信息技術(shù)發(fā)展的主要應(yīng)用是“把計(jì)算機(jī)做小、做智能（To make computer smaller and smarter）”，大家可以看到，接近20年來，只要有任何人類的需求，一定有一個互聯(lián)網(wǎng)上的企業(yè)去滿足人類的這種需求：想買外賣就有美團(tuán)，想打車就有滴滴，想擺攤就有了eBay或閑魚，想開店就有了亞馬遜和淘寶，如此等等。但是互聯(lián)網(wǎng)上沒有真正的醫(yī)療企業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)上的醫(yī)療企業(yè)，除了賣真藥的就是賣假藥的。
為什么？這背后一定有技術(shù)上的原因。人的健康需求有兩個相互關(guān)聯(lián)的部分，疾病的診斷和疾病治療。先說診斷，診斷需要有儀器，儀器現(xiàn)在基本上是在醫(yī)院里，在醫(yī)院的實(shí)驗(yàn)室里，這些醫(yī)療器械通常體積大、智能化程度很差，需要專家操作。有沒有可能利用微電子技術(shù)把醫(yī)療器械變小、變智能？使得醫(yī)療器械可以從實(shí)驗(yàn)室搬到家里，從家里搬到桌面，從桌面搬到身上，是我最近的一個主要的努力方向。
在科學(xué)技術(shù)史上，凡是與電子競爭的技術(shù)，其競爭者無一例外都是失敗者。眾所周知的例子包括化學(xué)感光膠片與光電轉(zhuǎn)換器件的競爭；存儲器與電存儲的競爭，機(jī)械計(jì)時鐘表與電子鐘的競爭等等。
那么，如果我們試圖找一些針對某些疾病的診斷或者治療有價值的醫(yī)療器械，試圖用電的方式來替代它原來化學(xué)、機(jī)械或者生物部分，就有可能帶來很多研究的機(jī)會、創(chuàng)新的機(jī)會、創(chuàng)造的機(jī)會、創(chuàng)業(yè)的機(jī)會，就有可能帶來技術(shù)的革命。
南風(fēng)窗：你對技術(shù)的態(tài)度整體是很樂觀的。
王志華：愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，光可以變成電，到有人做出相機(jī)，整個過程產(chǎn)生了兩個諾貝爾物理學(xué)獎，隔了差不多小100年的時間。所以很多東西并不是說很快就能做到。
但技術(shù)的擴(kuò)散符合自然規(guī)律。什么叫自然規(guī)律？我們現(xiàn)在海南，海南天氣比較熱，人們希望房間里邊涼快，怎么辦？裝空調(diào)，得有能量。有了能量輸入，你才能做到屋里比外面涼快。修墻隔絕熱傳遞是沒用的，修再厚的墻，時間長了，也是屋里屋外一樣熱，這是熱的擴(kuò)散。
技術(shù)的擴(kuò)散也是同樣的道理，技術(shù)從水平高的地方往低的地方轉(zhuǎn)移，是自然規(guī)律。想要維持技術(shù)領(lǐng)先，采用制裁或者禁運(yùn)的措施，長期看來是沒有用的。維持領(lǐng)先就需要多投入，多研發(fā)，多花錢，多干活，這樣才能比競爭者強(qiáng)。
人類對生命的認(rèn)知太少
南風(fēng)窗：人工智能領(lǐng)域的技術(shù)爆發(fā)，對產(chǎn)業(yè)會有什么樣的影響？
王志華：如今的人工智能，與生物學(xué)上的智能，一毛錢關(guān)系都沒有。
人類技術(shù)發(fā)展歷史上，這樣的技術(shù)發(fā)明比比皆是。技術(shù)的發(fā)明只是創(chuàng)造出一個裝置，能替代人類做某些工作。例如，人跑得不夠快、力氣不夠大，就創(chuàng)造出車輛及各種機(jī)器；需要計(jì)算，發(fā)明了計(jì)算器。但這些發(fā)明通常與人類做事的方式?jīng)]有任何關(guān)系。例如，計(jì)算器的工作原理與人腦子的加、減、乘、除沒有任何關(guān)系；飛機(jī)與鳥的飛行原理也沒有一點(diǎn)關(guān)系。
在工科領(lǐng)域，你有任何一個成果被工業(yè)界用了，而且工業(yè)界承認(rèn)是你的結(jié)果，你就是牛人。今天所謂的人工智能，無非是在“暴力計(jì)算”的支持下，利用電腦為人類做更多的工作。此前，創(chuàng)造出機(jī)器多是替代人的體力勞動，今天創(chuàng)造出技術(shù)，部分替代了人類的腦力勞動。
以前計(jì)算機(jī)程序是確定性算法驅(qū)動的，某一個輸入產(chǎn)生一個固定的輸出，是確定性的?，F(xiàn)在所謂的人工智能方法，是依據(jù)概率選擇，這種選擇的概率（模型），是大數(shù)據(jù)驅(qū)動的。這個東西不是生物學(xué)上的智能。近期來看，你們從事文字工作的人可能會輕松一點(diǎn)。
南風(fēng)窗：算完形填空嗎？
王志華：完形填空要有確定的位置，后邊一定是那個數(shù)才是對的，它現(xiàn)在是大概率是這個數(shù)就對的。
南風(fēng)窗：看了《三體》這樣的科幻小說，有什么樣的感悟？
王志華：人類對生命的認(rèn)知，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有人類對物理學(xué)的認(rèn)知那么正確。
物理學(xué)有模型，一個原子核外邊有軌道，軌道外邊有電子。盡管到今天為止人們沒有實(shí)際看到過電子，但是用這種模型構(gòu)造的物理學(xué)體系，可以造衛(wèi)星，繞著地球旋轉(zhuǎn)，使用GPS導(dǎo)航；可以造飛船，飛到月球上去再回來；甚至可以造離開太陽系的飛船。這是大尺度的。
在小尺度里，人們造一個幾納米的晶體管，在納米的尺度下控制電子的運(yùn)動，來滿足計(jì)算需求。這些做到了，說明人們對物理學(xué)的認(rèn)知構(gòu)造的模型是正確的。
但是，人們對生命的認(rèn)知，完全處于一個20世紀(jì)以前的摸索階段，因?yàn)闆]有人有辦法用碳和水造出一個生命，而且這個生命可以自我繁殖。
在這樣的一個前提下，所有的研究、所有的探索都應(yīng)該支持，任何人愿意作為先行者或者實(shí)驗(yàn)者，對這種探索進(jìn)行嘗試，都應(yīng)該支持。但是用探索的結(jié)論來指導(dǎo)或者強(qiáng)制其他人的生活是錯誤的，因?yàn)槿藗兘裉鞂ι恼J(rèn)知本身不一定正確。
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