苏联的卫星上天，结果毁了自己的半导体产业

文：先行半步

俄乌战争后被全方位制裁的俄罗斯，最近启动了新的半导体计划：准备投入488亿人民币，希望今年年底，芯片制造工艺能实现90nm（纳米），到2030年能实现28nm芯片的量产。

90nm，这是英特尔2003年的水平；28nm，这是台积电2011年的水平。

就在6月7日，苹果发布的M2芯片，采用的是台积电第二代5nm制程工艺，拥有200亿个晶体管。

曾几何时，在半导体研发上，苏联与美国几乎是并驾齐驱的，后来都发生了什么呢？

故事得从苏联科技的高光时刻——卫星上天说起。

01

1957年10月4日，苏联人以每小时29,000公里的速度，把一颗83.6公斤的金属球发射到太空中。

这个斯普特尼克1号，是人类向外层空间成功发射的第一颗人造卫星，也让美国人大为恐慌：这玩意儿飞过头顶时，会监听我们吗？而且对手有这能力，也能轻松地把核弹扔到美国本土任何地方吧，地缘优势在黑科技面前不堪一击。

看热闹不嫌事大的英国科幻作家阿瑟·克拉克说，从苏联卫星绕地球转圈的那天开始，美国就沦为了二流国家。

唯恐天下不乱的美国媒体又造了个新词：斯普特尼克时刻，指人们认识到自己受到威胁和挑战，必须加倍努力，迎头赶上的时刻。

怎样赶上？电影《十月的天空》给出的方案很励志：矿工家庭出身的男孩Homer，第一次见到夜空中的苏联卫星，震惊之后开始了他的土法造火箭之路，在一次次失败后终获成功。

火箭男孩的故事现实中确实存在，不过“拯救”美国的另有其人。

在金属球飞天的半个月前，9月18日这一天，30岁的物理学博士罗伯特·诺伊斯，喊上7位同样觉得不受重用的年轻同事，集体给老板、晶体管的发明者肖克利交了辞职报告，准备另起炉灶。

肖克利大怒，把他们称为“八叛徒”。但这八个家伙很快就拿到菲尔柴尔德家族的138万美元投资，在当时还不叫硅谷的圣塔克拉拉谷租下一间小屋，成立了一家名叫仙童的半导体公司。

一边是卫星上天，一边是沙里淘金，这半个月的时间，不仅太空竞赛的帷幕拉开了，美苏的半导体探索道路，更是自此分道扬镳。

苏联踏上了电子管小型化的独木桥，美国奔向了晶体管与集成电路的阳关道。

这二者背后的半导体与电子工业，在接下来半个多世纪里，成为了人类科技发展的主动脉。

等到晶体管和集成电路，几乎渗透到普通人生活的每个角落后，苏联人才幡然醒悟。这时候，对手早已绝尘而去。

02

在半导体研发的起步阶段，苏联人并不算落后。

1946年情人节，历史第一台通用计算机ENIAC，诞生在美国宾夕法尼亚大学。这是个重达30吨、占地面积170平米的大家伙，一共用了18000个电子管。

这家伙能耗巨大，一开机就能让周围居民的电灯暗了不少。但每分钟能执行5000次运算，可以让美军计算一条炮弹弹道的时间，从20多分钟缩短到30秒，还能用来计算核武器的爆炸范围。

1950年，苏联自主研发的第一台通用计算机MESM也投入使用，用6000个电子管，做到每分钟约3000次运算。算力稍弱，但效率更高，找回了一点场子。

不过，想让这样的大家伙更广泛应用，就得尽量缩小体积、提高算力、节省能耗。

1947年12月，在一片锗晶体两个相距仅数十微米的接触式电极上，美国贝尔实验室的三名物理学家肖克利、巴丁和布拉顿，实现了对微弱电流的15倍放大作用，宣告晶体管的诞生。9年后，这三人一块获得了诺贝尔物理学奖。

苏联人也没掉队。1948年，物理学家克拉斯洛夫有位22岁的研究生苏珊娜·玛多延，在基辅一个封闭研究所里，完成了题为“晶体三极管材料研究”的论文，并造出了苏联第一个晶体管的实验室样品。也因此，克拉斯洛夫拿到了当年的斯大林奖。

这是双方在电子工业上，身位最近的一次。

晶体管能起到跟电子管一样的作用，且体积更小、能耗更低。但这时候，用锗造出来的晶体管也有致命短板，比如发挥水平很受电压和温度的限制，电压过大时，会导致击穿报废，温度变化较大时，性能也会发生剧烈变化，容易丢失参数。同时，晶体管的噪声要比电子管大，输出功率也比不上电子管。

这样一个充满潜力、优缺点同样突出的新东西，在不同的应用场景下，开始走向了截然不同的命运。

03

在美国，因为体积小巧能耗低，晶体管很受消费品市场欢迎，很快就成为助听器和收音机的核心部件。

1952年，纽约声通公司推出全球第一款晶体管消费品，助听器SONOTONE 1010，售价229.50美元，采用了两个真空管和1个晶体管。其中那个半导体锗晶体管，是由贝尔实验室技术授权生产的。

1954年，第一台晶体管收音机Regency TR-1上市，采用了德州仪器生产的4个NPN晶体管，售价49.95美元，上市第一年就卖了差不多10万台。

商业应用的场景，倒逼着晶体管的技术不断迭代，就在几年后，由新成立的仙童公司完成了关键一跃。

在仙童刚成立的时候，技术人员出身的诺伊斯，一开始想的都是商业逻辑：

首先，生产晶体管这样的硬件，大公司有成本优势，初创公司想要赢得竞争，就得研发出一种革命性的、超低成本的新工艺。于是，诺伊斯把团队分成两个小组，让他们竞争研发最新工艺，几个月后，没日没夜加班的技术人员成功了，发明了一个叫 “平面处理” 的新工艺，能将硅加工成晶体管。使用这种工艺，可以制造出可靠的硅三极管，成本还能下降很多。

其次，初创公司一开始能搞定一些标杆客户，就不用为后面找客户发愁。于是，在投资人的牵线下，诺伊斯成功拿到了IBM的订单，并顺利交付。果然，美国军方的晶体管订单也过来了。这让仙童创办不到一年的时间，就实现了盈利。

更重要的是，在这个过程中，诺伊斯的技术灵感非但没落下，反而被商业竞争所激发。他从平面工艺中受到了启发，觉得与其把晶体管的硅片切割下来，用镊子在放大镜下装上导线，封装为成品，在制造电子设备时再一个个焊到电路板上，还不如把电子设备的所有电路和一个个元件都制成底版，然后一次性地刻在一个硅片上。

集成电路，这个电子科技大厦的基石，就这样发明出来。

但别以为这是个自由市场的故事，因为这后面，还有一只看得见的手在发力。

二战后，在麻省理工大学工程学教授范内瓦的推动下，美国政府开始建立起国家科技体系，成立了美国国家科学基金会、美国国防部高级研究计划局等一系列科技决策机构，投入了巨额资金去推动科技进步。

不过，美国政府的做法是，不躬身入局，而是退后攒局。

比如在研究上，国家科学基金会本身并不进行科学研究，而是在激烈的竞争、严格的挑选之后，把资金分配给大学研究人员，用基金会研究院在年度报告里的表述是，“每个想法，都必须与其他想法进行市场竞争。”

在研发的“发”上，美军也会把设计、制造高科技武器的工作，外包给了私人电子与航空企业，同时，国防部的官员们会去说服国会，加大给电子制造厂的税收优惠力度，并为这些公司购买生产军用设备所需的昂贵机器。

简而言之，就是给粮草、给政策、画大饼，你们跑吧。

就这样跑出了仙童，跑出了德州仪器和英特尔，跑出了硅谷。用《硅谷密码》作者玛格丽特·奥马拉的话说：

“这既不完全是一个大政府的故事，也不单纯是自由市场的故事，而是两者的结合。”

04

跟美国政府的迂回相比，苏联政府就简单直接多了。

在第一个采用晶体管的助听器投入到市场后，苏联人对晶体管的认识，出现了截然不同的两派。

时任国防部副部长、苏联科学院院士А.И伯格认为，晶体管是电子产业未来发展方向；另一位苏联科学院院士约飞，则反对晶体管的产业化发展方向。

双方各有一班拥趸，争执不下，结果到了1956年，在苏联部长会议的一次讨论上，作为苏联晶体管产业最大的甲方，军方最终做了裁定：“晶体管永远不会成为一个有用的东西，充其量就是做助听器，让社会保障机构去干吧！”

苏联科学家费多托夫后来回忆说，军方高层对晶体管前景缺乏了解，给苏联的电子产业做出了一次凶残判决。

但军方的理由，看着也很充分。他们认为美苏随时可能发生核武器大战，晶体管在核武器产生的EMP（电磁脉冲）下极为脆弱，皮实耐用、抗干扰能力强、可靠性高的电子管才是正道。

在研发第一颗卫星的时候，苏联的航天部门也争论过，电路系统到底选什么方案，是小型真空管、锗晶体管，还是硅晶体管？

当时苏联的硅料提纯技术有所欠缺，生产的硅晶体管良品率还不足20%，而锗晶体管还是老问题，需要在85℃以下才能良好运行，难以应付太空这样的恶劣环境，到最后，还是老朋友电子管可靠。

何况在这个时候，苏联科学院院士瓦伦丁阿夫迪夫也在电子管小型化上取得了突破，能把电子管做到了米粒大小的体积。最终赫鲁晓夫大手一挥，作出重要批示：

“不要搞晶体管了，电子管小型化就是今后的研发方向。”

05

在斯普特尼克卫星上天两年后，美国人在莫斯科举办了一场美国国家展览会。

当时根据文化交流协定，双方会相互在对方国家举办展览会，不涉及任何跟政治沾边的东西。不过大家心照不宣，都把这当作秀肌肉的舞台。

美国人显然做了精心布置，展出了他们心目中每个国民能拥有的一切，包括大量现代的、自动化的休闲娱乐设备，以显示美国规模巨大的商品经济和市场经济的繁荣。

这些奇技淫巧，赫鲁晓夫自然不屑一顾。在一个美式别墅的厨房展台前，面对时任美国副总统尼克松对厨房和美式别墅的炫耀，他反击了：

赫鲁晓夫：你们美国人造的房子只能用20年，所以开发商永远可以卖新房。我们盖房讲求坚固，我们的房子是为子孙后代盖的。

尼克松：美国的房子可以用不止20年。再说了，即便如此，住了20年之后，许多美国人都会想换新房子，或者翻新厨房。过了那么久，厨房都陈旧过时了……美国的制度设计就是要利用新发明和新技术。

赫鲁晓夫：这理论不成立。有些东西永远不会过时，比如房子。家具和装饰也许会过时，但房子不会。

赫鲁晓夫的气势更盛，坚固牢靠也是美好的追求，但他可能没想到——

那些容易过时的厨具、收音机与助听器中，却暗藏着科技演化的密码。