揭秘鮮為人知的美蘇”晶片戰爭”:復制戰略的失敗

早在1980年代,面對日本半導體產業的崛起,美國就曾對日本發起了第一次“晶片戰爭”,搞垮了日本半導體產業,使得日本半導體產值全球占比從最高峰67%,降至了現在的不到10%。

但鮮為人知的是,在數十年前,美國和蘇聯其實也發生過一場“晶片戰爭”。

在上世紀五六十年代,蘇聯在敏銳地認識到半導體產業的廣闊前景後,迅速通過官方交流和地下渠道“獲取”了美國最先進的技術和設備,並打造了“莫斯科的矽谷”。

然而,復制策略只讓蘇聯享受了一時的輝煌,在多重因素作用下,蘇聯的半導體產業很快被美國和日本遠遠甩在了身後。

向美國學習晶片製造

上世紀50年代,美國物理學家鮑勃·諾伊斯在仙童半導體公司發明了集成電路,德州儀器等公司隨後跟進,半導體工業開始蹣跚起步。

這時,一位“不速之客”來到了史丹福大學和仙童公司的所在地——加州帕洛阿托。

1959年秋天,在蘇聯首個人造衛星首次繞地飛行兩年後,來自蘇聯的半導體工程師阿納托利·特魯特科搬進了史丹福大學一所名為克羅瑟斯紀念館的宿舍。

雖然當時冷戰已經進入巔峰,但兩個超級大國依然互派學生交流,特魯特科就是蘇聯挑選的為數不多的留學生之一。

他在史丹福大學花了一年的時間,和美國頂尖的科學家一起學習美國最先進的技術,他甚至參加了另一位集成電路發明者威廉·肖克利的講座。

一堂課後,特魯特科請這位諾貝爾獎得主在他的代表作《半導體中的電子與空穴》上簽名。

“致阿納托利”,肖克利簽了名,然後對著這位年輕的科學家大吼大叫,抱怨蘇聯拒絕為這本教科書的俄語版支付版稅。

就像五角大樓一樣,克里姆林宮意識到電晶體和集成電路將改變製造業、計算和軍事力量。

在肖克利的教科書出版兩年後,蘇聯人就將其翻譯成了俄語。

1959年CIA的一份報告稱,當時美國生產的電晶體在質量上只領先蘇聯2到4年。

從20世紀50年代末開始,蘇聯在全國各地建立了新的半導體設施,並指派最聰明的科學家來建設這個新產業,其技術負責人是尤里·奧索金。

奧索金的大部分童年時光都是在中國度過的,他的父親在大連市的一家蘇聯軍事醫院工作。

從年輕時起,奧索金就以超強的記憶力而出名。中學畢業後,他獲得了莫斯科一所頂級學術學院的入學資格,專攻半導體。

畢業後,奧索金被分配到里加的一家半導體工廠,那里的工作人員都是蘇聯最好的大學的畢業生,奧索金領導他們為蘇聯的太空計劃和軍隊製造半導體器件。

廠長給奧索金的任務是在一塊鍺上建造一個有多個元件的電路,即所謂的集成電路,這是蘇聯之前沒能做到的。

1962年,奧索金完成了任務,拿出來的集成電路原型已接近矽谷的水平。

當時的蘇聯科學正在崛起,重工業航空業領先於美國,奧索金和其他蘇聯科技工作者都認為在半導體工業趕超美國也是遲早的事。

“莫斯科矽谷”的誕生

蘇聯領導人赫魯雪夫致力於在各個領域超越美國,包括在半導體工業。當時的蘇聯國家無線電電子委員會第一副主席亞歷山大·肖金給了他承諾。

“電視可以做成煙盒那麼大。這就是蘇聯半導體工業的承諾。”他對赫魯雪夫說。為了實現這個承諾,肖金啟用了王牌:兩個克格勃間諜。

喬爾·巴爾是俄國猶太人的後代,他在紐約布魯克林的貧民區長大,後來被紐約城市學院錄取,學習電氣工程。

在學生時代,他結識了一群志同道合的共產主義者,發現自己認同他們對資本主義的批判,以及他們認為蘇聯最適合對抗納粹的觀點。

他結識了同為電氣工程師、共青團員的阿爾弗雷德·薩朗特,他們成為終身好友,共同推動共產主義事業的發展。

在20世紀40年代,薩朗特和巴爾在美國兩家領先的科技公司西部電氣公司和斯佩里陀螺儀公司從事機密雷達和其他軍事系統的研究工作,他們對新武器系統中的電子設備了如指掌。

40年代末,FBI開始在美國各個科研機構捉拿蘇聯間諜,在被抓住之前(1956年初),薩朗特和巴爾逃離了美國,最終到達了蘇聯。

據史料顯示,來到蘇聯之後,他們似乎更名為了【斯塔羅斯(Staros)和伯格(Berg)夫婦】。

他們到蘇聯後領導了 SL-998 實驗室,該實驗室隸屬於蘇聯航空業的 OKB-11(後來的 SKB-2,然後是 KB-2、LKB)。蘇聯國防部部長烏斯季諾夫本人曾參觀了該實驗室,並全權委託他們開發新型軍用計算機。

1959 年,薩朗特和巴爾開發了第一台為蘇聯所獨有的微型計算機(尚未在混合電路上,而是在微型卡上)——UM-1(um在俄語中是“頭腦”的意思),旨在作為控制機器或車載電腦。

△UM-1NX及其內部的的模塊。照片來源:1500py470.livejournal.com/、ru.bmstu.wiki 和 controlengrussia.com

他們的工作引起了蘇聯電子工業負責人肖金的注意。他們與肖金合作,打算說服赫魯雪夫興建蘇聯的矽谷。他們認為蘇聯需要一座城市專門生產半導體,擁有自己的研究人員、工程師、實驗室和生產設施。

1962年1月,在莫斯科市議會紅廳的建築項目年度審查中,在一份關於衛星城(未來的澤列諾格勒,原計劃為紡織中心)建設嚴重失衡的報告後,肖金希望說服赫魯雪夫打造一座以半導體產業為重心的科學新城(澤列諾格勒)。

肖金設法安排了蘇聯領導人赫魯雪夫參觀列寧格勒的電子工業第二特殊設計局的計劃,這是蘇聯電子技術前沿研究所。為了打動赫魯雪夫,設計局花了數周時間為赫魯雪夫的來訪做准備。

1962年5月4日,赫魯雪夫來了。斯塔羅斯和伯格也完美地履行了自己的職責——向赫魯雪夫宣傳即將成立的最高級別的微電子中心。

他們向赫魯雪夫展示了一台可以列印出自己名字的第一台具有原始架構的蘇聯微型計算機。它是 PDP 機器的一種仿製品,它的出現,比 PDP-5 晚了 1 年,並以小批量發布,但主計算機單元很容易放在桌子上,整個機器和外圍都在一個標準的 175x53x90 厘米機架中。

斯塔羅斯還毫不猶豫地將一個微型無線電接收器(微型收音機)塞入了赫魯雪夫的耳朵。雖然它只捕捉到了兩個地方電台,但它的尺寸要比電子管收音機“Rodina”的尺寸小的多得多。

郝魯曉夫欣喜若狂,問了很多東西,聽著微型收音機像個孩子一樣高興。很快,斯塔羅斯將關於在澤列諾格勒建立一個科學城的計劃交給了他,並向他進行了介紹。

△左圖:斯塔羅斯向赫魯雪夫宣傳澤列諾格勒計劃;右圖:澤列諾格勒成立後的實際負責人——肖金的門生費多爾·維克托羅維奇·盧金(FedorViktorovich Lukin)戴著一頂不變的帽子 (圖片來源:topwar.ru)

赫魯雪夫立刻對這個宏大工程著了迷,他也給了斯塔羅斯和伯格一個擁抱,承諾全力支持。

幾個月後,蘇聯政府批准了在莫斯科郊區建設半導體城的計劃。

△澤列諾格勒(Zelenograd),圖片來源:vk.com

蘇聯“矽谷”——澤列諾格勒很快就破土動工,這個城市在俄語中意為“綠色城市”。

但事實上,它被設計成科學天堂。肖金希望它成為一個完美的科學定居點,有研究實驗室和生產設施,還有學校、日托所、電影院、圖書館和醫院——半導體工程師所需的一切都能在這里找到。

靠近市中心的是一所大學,莫斯科電子技術學院,這是比照斯坦福而建的大學。從外面看,這里就是矽谷,只是少了一點灣區的陽光。

在接下來的時間里,澤列諾格勒市陸續建成了一大批的微電子工廠:

1962年:NIIMP、Komponent、NIITM、Elion;

1963年:NIITT推出Angstrem,NIIMV推出Elma;

1964年:NIIME、Mikron、NIIFP;

1965年:MIET、Proton;

1969年 :專業計算中心 (SVC) 和 Logika 工廠(1975 年竣工)。

1966 年,Elma 生產了 15 種特殊材料(即 IP 的原材料),而Elion生產了 20 種技術和控制及測量設備(盡管其中大部分仍然需要從國外采購,繞過了多次禁運)。

1969 年 Angstrem 和 Mikron 生產了 200 多種 IC,到 1975 年生產了 1020 種 IC。但他們生產的都是仿製的相關IC。

到 1971 年初,將近1.3萬人在澤列諾格勒的微電子領域工作。

值得一提的是,斯塔羅斯是一個雄心勃勃的人,他為澤列諾格勒制定了純粹的美國計劃,希望創建一個像貝爾實驗室這樣的成熟的研究公司,它是非國有的、無計劃的、自給自足的,開發計算機並每年生產數百萬台計算機。但這種煽動性的思想被蘇聯領導人扼殺在萌芽狀態。

斯塔羅斯希望自己成為澤列諾格勒項目的負責人,但是在他完成了演示之後,肖金就將其拋棄,並將澤列諾格勒的領導權交給了他的門生費多爾·維克托羅維奇·盧金(Fedor Viktorovich Lukin)。

1964年4月上旬,斯塔羅斯寫信給尼基塔·赫魯雪夫,指責肖金忘恩負義。但隨著10月勃列日涅夫的上台,肖金立即利用支持斯塔羅斯的赫魯雪夫的倒台,在四個月後,剝奪了斯塔羅斯所有職位並解僱了他。

沒有希望的復制戰略

就在尼基塔·赫魯雪夫宣布支持建造澤列諾格勒的同時,克格勃設立了一個新的部門——T總局(Directorate T),即技術學(teknologia)的縮寫,任務是:“獲取西方的設備和技術”。

到了上世紀80年代初,克格勃雇了大約1000人來竊取外國技術,大約300人在國外工作,其餘大部分人都在克格勃位於莫斯科盧比揚卡廣場總部的8樓工作。

“莫斯科矽谷”成立初期,一個名叫鮑里斯·馬林的蘇聯學生從賓夕法尼亞留學回來,行李里有一個小裝置——德州儀器SN-51,美國最早在市場上銷售的集成電路之一。

馬林身材瘦削,頭發烏黑,眼睛深陷,是蘇聯半導體器件領域的頂尖專家之一。

肖金把馬林和其他一群工程師叫到他的辦公室,把晶片放在他的顯微鏡下,透過鏡頭仔細觀察。並下令:“給我抄!完全照抄,不准有任何偏差,給你們三個月的時間。”

被指說直接抄襲國外的研究成果時,蘇聯的科學家感到很憤怒。他們對科學的理解,跟美國的化學家及物理學家一樣先進。

據悉,去美國的蘇聯交換學生表示,他們從肖克利的課堂上很少學到在莫斯科學不到的東西。事實上,蘇聯有世界上最頂尖的理論物理學家,包括半導體方面。

2000年,傑克·基爾比終於因發明集成電路而榮獲諾貝爾物理學獎時(當時集成電路的共同發明者羅伯特·諾伊斯已過世),是與俄羅斯科學家佐雷斯·阿爾費羅夫(Zhores Alferov)共同被授予諾貝爾獎的,他在1963年率先提出半導體雙異質結構,成為半導體雷射器的理論基石。

1957年發射的人造衛星,1961年尤里·加加林的首次太空飛行,1962年製造的奧索金集成電路,以及阿爾費羅夫的研究都為蘇聯正在成為科學超級大國提供了無可爭議的證據。

但是,肖金的復制戰略在根本上存在缺陷。那時的得州儀器和仙童已經開始學習如何大規模生產晶片,而在半導體工業中,規模化生產的關鍵在於可靠性,這是蘇聯科學家沒有意識到的差距。

蘇聯能大量生產煤炭和鋼鐵,但在幾乎所有類型的先進位造業上都落後於美國。

此外,西方國家還通過一個名為COCOM(巴黎統籌委員會)的組織,禁止向蘇聯等社會主義國家轉讓包括半導體元件在內的先進技術。

雖然蘇聯人可以通過中立國奧地利或瑞士的空殼公司繞過COCOM的限制,但這種途徑很難大規模使用。

因此,蘇聯的半導體設施經常使用精密度較低的機器和純度較低的材料,結果導致生產工藝極度不可靠。

由於摩爾定律的存在,半導體工藝也在飛速進化中。即使蘇聯人成功地復制了一種設計,獲得了材料和機械,復制了生產過程,這也需要很長時間。

像得州儀器和仙童這樣的美國公司,每年都會發布電晶體數量更多的新設計。

到上世紀60年代中期,半導體技術開始騰飛,電晶體的尺寸和能耗都在縮小,而一平方厘米的矽所能承載的計算能力幾乎每兩年翻一番,抄襲過時的設計是完全沒有希望的策略。

蘇聯的領導人始終無法明白,為什麼抄襲策略使他們落後。

蘇聯整個半導體業的運作,就像一家國防承包商——秘密進行、由上而下、軍事系統導向,照著訂單供貨,幾乎沒有創意空間。

肖金部長的一名下屬回憶說,復制過程受到肖金部長的“嚴格控制”,一些晶片製造機器使用英寸而不是厘米單位,以便更好地復制美國的設計,但蘇聯的其他領域都使用公制單位。

也就是說,復制戰略讓蘇聯在電晶體技術上一開始就落後美國好幾年,而且再也沒有趕上來。

對軍事客戶的過度依賴,也導致蘇聯無法像美國、歐洲和日本那樣,迎來消費市場的蓬勃發展。

事實上,民用半導體市場為半導體供應鏈的專業化提供了資金,催生了從超純矽晶圓到光刻機等各個領域的專業公司,但蘇聯幾乎沒有消費市場,也就沒有能力進行再投資。

一位蘇聯工業人士估計,上世紀80年代末,僅日本在微電子領域的資本投資就達到蘇聯的8倍。

雖然澤列諾格勒在表面上就像沒有陽光的矽谷,但那里有蘇聯最好的科學家及復制來的機密。

不過,美蘇這兩個國家的半導體產業卻截然不同。

當矽谷的創業公司創始人不斷跳槽、不斷創業,孵化新的產品,並在廠房里累積實務經驗時,尤里·奧索金卻在里加過著默默無聞的生活,他無法與其他人討論改進他的設計。

年輕的蘇聯學生並不追求電氣工程學位,他們想成為奧索金那樣的人,即一個官僚,而不是設計新產品。

在過度關注軍事生產的情況下,民用產品總是放到最後。

最後一大挑戰是,蘇聯缺乏國際供應鏈。

矽谷與其他西方國家的科技公司合作,形成了一種高效的全球化分工。

日本主導了存儲晶片的生產,美國生產了微處理器,荷蘭的ASML公司提供了光刻機,東南亞的工人完成了大部分的最終組裝工作。

美國、日本和歐洲的公司在這種分工中各自爭搶份額,但他們還可以共享一個巨大的民用市場來分攤成本。

蘇聯的盟友屈指可數,除了東德外,大部分並沒有給蘇聯帶來多大幫助。

當時東德的晶片工業已經超過了澤列諾格勒,位於耶拿市的卡爾蔡司公司生產出了世界領先的光學器件。

東德的晶片產量在20世紀80年代末迅速增長。但即便如此,東德的生產工藝也比日本美國落後很多,成本則是日本的十倍。

到了解體之前,戈巴契夫重振晶片工業的努力徹底失敗了。

2010年,澤列諾格勒市被取消,成為莫斯科最小的行政區,並被規劃為一個創業園區,目前僅有300多家初創公司在那里經營。

本文摘自《晶片戰爭:爭奪世界上最關鍵的技術》 ,作者:克里斯·米勒(Chris Miller)

部分補充資料(藍色文字部分)來自topwar.ru《蘇聯飛彈防禦系統的誕生》

來源:快科技