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“人类学的自然界”中的芯片(一、人工自然生态的视角1) 精选

已有 5511 次阅读 2024-2-12 07:44 |个人分类:科技|系统分类:论文交流

吕乃基,系统科学学报,2024年第一期。引用请注明出处。

拙文系业外人士跨界习作,敬请业内人士指教,幸勿拍砖。

如同自然界的生态,人工自然彼此间也形成某种相互依存或对抗的生态关系。

芯片,也具有自己的“生态”。

1.不一样的产业——安迪-比尔定律”说起

从空间上看,国方资本行业合伙人王磊认为,芯片作为基础是横向的底层技术,应用于彼此有所不同的由众多环节1-100构成纵向的各行各业。如果有什么产业如今还没用到芯片,那是因为该产业尚未成熟尚未形成相对稳定的运行程序;正如马克思论及数学在科学中的地位和作用一样。

如果说及芯片自身的产业链,那么主要是芯片设计、晶圆制造以及芯片封装测试等。与其他行业的产业链相比,半导体产业链有三个特征,其一,多方面同时并进相互交叉,不像其他产业那样具有明显的前后相继的线性和单向的依赖关系,材料、设备、EDA和知识产权核等齐步推进各擅胜场半导体产业不像是“链”,而是一个综合体本身不存在明显的0-1与1-100这样的纵向关系。

其二,作为硬件的芯片与和层出不穷的各色软件的关系,简单说,也就是安迪-比尔定律(Andy and Bill's Law)。实际上不是半导体产业链本身的特征,而是芯片业与所有其他行业的关系中最重要的关系。芯片是软件的载体,软件赋予芯片生命。

安迪-比尔定律原话是“比尔要拿走安迪所给的(What Andy gives, Bill takes away.”安迪,英特尔公司已故CEO安迪·格鲁夫;比尔,即微软的比尔·盖茨。如果说安迪是硬件制造的代表,那比尔无疑是软件制造的代表。比尔,以及其他软件开发商(含游戏)制造的软件,会不断地吃掉”安迪所提升的硬件性能。很多新的软件在旧款机(手机、电脑……)上根本就跑不动。一旦有更高制程芯片问世,以前想都不敢想的应用软件就会蜂拥而至。

安迪-比尔定律把本来属于耐用消费品的硬件设备活生生变成了消耗型商品,从而“促逼”整个 IT 产业的增长。由此形成的周期是:微软软件开发商消化掉硬件提升带来的好处,迫使用户更新机器,让硬件厂商受益,再将新利润投入研发,按照摩尔定律预定的速度,提升硬件性能,为微软下一步更新软件、吃掉硬件所提升的性能做准备。

从消费互联网到产业互联网,以及从电脑、手机到智能汽车各种终端的演化更新,各行各业持续不断且越来越快地推出形形色色的软件,促使,实际上是迫使芯片升级换代;芯片作为软件存储和运行的基础,一次次翻番,存储更多,运行更快,以满足各行各业发展的需要。

令人惊讶的是,五十多年来人们总能突破极限,摩尔定律持续有效。而且这种进展十分稳定,几乎没有加速、下降或者停顿。战争与和平、繁荣与衰退,似乎对摩尔定律都没有影响,乃至于被历史学家称为“现代世界的节拍器”。

不同于往日一二三产产业链的1-100,相对来说节点之间呈现线性和可以替代;在芯片和芯片业的基础上,软硬结合,互相促进,各种软件彼此兼容难以替代,形成“人类学自然界”中独特的生态型的产业关系。各环节之间的耦合性强,一旦一个操作系统在市场上领先于竞争对手,那在生态链中的下家就会越来越多,进而在该操作系统下可用的软件也会越来越多,相互帮衬锁定,在一定程度上形成对外的生态壁垒,比如微软的 Windows 系统几乎已是不可撼动。

在这些产业链,在软件生态的底部,是芯片和芯片业。此即王磊所说之“横向”及其扩展。这是从空间上看。

从时间上看,在芯片问世后的数十年间,芯片中已经存储了包括巨量的知识和资本在内的社会资源。领先一步,招招领先;领先了那么多步,自然形成对于众多下游产业的巨大势差。这样的先发优势形成的时空壁垒,足以对所有后续行业和整个社会产生重大影响。

其三,知识前沿、密集、集成,以及资本密集。芯片被誉为人类智慧皇冠上的宝珠,关系到量子力学、量子化学、数学、认知科学、纳米技术、信息技术、人工智能等前沿领域,集中体现在芯片这一“方寸之间”三体,以及设计、制造、封装测试的过程中,这些知识互相依赖、耦合,科学技术浑然一体。知识的背后是知识产权、个人、各色机构,直至国家的制度安排和相互关系。一块小小的芯片,既存储和运行各种软件,也测试人际的契约和信任关系故而“深不可测”。

伦纳德·里德在《铅笔的故事》中讲述了一支仅含木头、油漆、标签、金属片和橡皮的铅笔,是在世界不同角落的各行各业生产者合作之下被生产出来的。这就是人的本质力量的对象简单铅笔亦然如此,复杂如芯片尤甚。根据埃森哲的分析,半导体价值链上的每个环节,平均有25个国家直接参与供应链的运作,23个国家提供市场支持,半导体产品在到达终端用户手中前,会在各国之间辗转超过70次。

芯片技术的不断进步使得制造成本与研发投入大大增大,由科学推向技术或技术回溯科学的难度也越来越大。从一项新技术方法在一篇研究论文中被引入,到大规模商业制造,预计平均需10-15年的时间。例如,极紫外线(EUV)技术是最先进的半导体制造节点的基础,从早期的概念演示到在晶圆厂的商业实现,花了近40年的时间。晶圆厂不是一朝一夕就能建立起来,扩增产能往往需要至少两年才能正式投产。中芯国际的高管认为,集成电路制造行业不存在弯道超车和跳跃式前进。



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