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从巅峰到“疯癫”,半导体供应链老兵都有谁(美国篇)

从巅峰到“疯癫”,半导体供应链老兵都有谁(美国篇)

在数万年的历史长河中,近两百多年的人类世界发生了最显著的变化,而这主要是源于工业和科技的力量。从信息时代开始人类开始形成一个完整的世界和紧密的协作关系。1946年诞生的计算机,1947年的晶体管,1956年提出AI,1958年首颗集成电路,1973年有了手机,1991年万维网向公众开放……而半导体是这一切技术和产业的基石。

尽管美国近几年频频在高科技领域压制中国企业海外自由营商环境,通过制裁华为、中兴、海康等中国企业,试图将中国科技创新发展进程扼杀在摇篮中,然而,不可置否的是,作为信息技术革命发源地的美国确实拥有先发优势。但随着科技的不断进步 ,后来者纷纷布局,美国在半导体产业制造方面的优势大不如前,甚至到了倒退的地步。AjDesmc

来自面包板的博主草木本芯汇总了美国半导体产业巅峰时刻的代表,简析了美国半导体产业发展历程的发展优势和不足,并对国内半导体产业发表了自己的看法。AjDesmc


在数万年的历史长河中,近两百多年的人类世界发生了最显著的变化,而这主要是源于工业和科技的力量。从信息时代开始人类开始形成一个完整的世界和紧密的协作关系。1946年诞生了计算机,1947年诞生了晶体管(Transistor),1956年提出AI(人工智能,Artificial Intelligence),1958年诞生了IC(集成电路,Integrated Circuit),1973年诞生了手机,1991年万维网向公众开放……半导体(Semiconductor)是这一切技术和产业的基石。AjDesmc

在整个电子制造业体系中,处于上游的半导体产业是核心,资本和技术含量最密集,壁垒也最高,掌握这一环节关键技术的经济体,就会在供应链的全球体系中处于支配地位。WSTS (世界半导体贸易统计,World Semiconductor Trade Statistics)将半导体分为分立器件、光电子器件、传感器和IC四大类。半导体产业在电子业产值中占比约1/3左右,其中IC的产值占整个半导体产业约84%的比重。2018年全球半导体市场规模为4780亿美元,其中IC的市场规模为4016亿美元。在没有特别说明的情况下,业内常以半导体指代IC。IC产业本身又可分为设计、制造、封装测试等环节,以及为其提供支撑的EDA、IP核、原材料和设备。时至今日,IC产业已发展成为一个异常庞大而复杂的系统性工程,供应链在全球各地进行细化分工,各环节互相协作和支持,缺一不可。参与国际分工的企业,一旦某一环节出现问题,或得不到支持,技术发展就会受阻,产品将不再有经济性可言。发展IC产业需要长期不间断的投入、庞大的资金、专业的人才队伍和大量的经验积累,尤其在制造环节更是涉及一整套极其复杂而精密的工艺与设备、高精度原材料和顶级专家。二战后,信息产业革命由美国发端,并在之后扩展至欧洲日韩和中国台湾,而内地因长期受制于技术封锁和发展不均衡等因素,半导体的高精尖技术及基础科研同发达经济体相比存在较大差距。AjDesmc

真空管的贡献

1946年,美国造出了人类第一台计算机,据说占地约170平米,重约30吨,而运算能力只有5000次/秒,构成却有约18000多个真空管……这个大笨象有一点IC雏形的意思,以后人们做的工作就是让它不断缩小并提升它的性能,当然首先还要解决材料问题。不过很快,第2年就诞生了晶体管,第12年诞生了真正的IC,即将电路所有元件嵌入单片半导体中。1947年,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿三人合作发明了锗晶体管,这是20世纪的一项重大发明,是微电子革命的先声,晶体管在出现后以其尺寸、能耗、可靠性、寿命等优势逐步取代了电子管(真空管,Vacuum Tube)。AjDesmc

这里需要穿插说明一下电子管,1904年发明第一只真空二极管,1906年发明第一只真空三极管后,之后大约半个世纪的时间里,电子管被广泛应用于电视机、收音机、电话放大器、海上和空中通讯等领域,1960年前后,西方国家的无线电工业年产10亿只电子管。同理,在飞机、雷达、火箭的发明与进一步发展上,电子管也功不可没。但是,电子管由于在尺寸、能耗、寿命等方面存在缺陷而基本被淘汰。现在,在高级音响设备等个别领域还有应用。二战后的那个时代,美国科技界真的是英雄辈出。一个重要因素是当时除了北美大陆完好无损外,全世界大部分区域都被第二次世界大战毁的一塌糊涂。AjDesmc

八个“叛徒”和"天才"

晶体管技术在诞生之初曾因成本问题难以推广,其后美国军方为了扭转在美苏太空竞赛中的不利局面,把火箭所用器件的性能作为优先考虑,晶体管得以推广。没多久,IC诞生后迅速成为主角,半导体产业开始了狂飙突进。这一切要从仙童(也叫飞兆,FairchildSemiconductor,简称FSC)半导体公司说起,鼎鼎大名的Intel、AMD(超微半导体,Advanced Micro Devices )的创始人最早都是仙童的员工,而据《硅谷热》书中所说硅谷大约79家半导体公司的半数是仙童的直接或间接后裔,有人还说“仙童就像成熟的蒲公英,风一吹创业精神的种子就会四处飘扬”。据统计,到2013年为止由仙童公司衍生出来的公司92家,其中上市的30家公司的市值更是超过了2.1万亿美元,仙童给旧金山湾区带来了半导体产业,加州的「圣塔克拉拉谷」1971年开始称——硅谷。AjDesmc

而仙童的核心人物是被“晶体管之父”肖克利骂为“The Traitorous Eight”(八叛徒)罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)、戈登·摩尔(Gordon Moore)、谢尔顿·罗伯茨(Sheldon Roberts)、朱利亚斯·布兰克(Julius Blank)、尤金·克莱纳(Eugene Kleiner)、金·赫尔尼(Jean Hoerni)、杰·拉斯特(Jay Lsat)、维克多·格里尼克(Victor Grinnich),这几位二三十岁的年轻人,均是博士、教授或某方面的专家。肖克利在1956年获得诺贝尔奖,年轻人们的好建议却总被他傲慢地拒绝,于是,他们集体辞职,另谋出路。The Traitorous Eight”成了最具传奇色彩的代名词,叛逆精神、创新精神的起源。AjDesmc

辞职后,他们在金融界人士洛克和科伊尔的帮助下找到了(Fairchild Camera & Instrument)的老板、谢尔曼·费尔柴尔德(Sherman Fairchild),为项目出资150万美元,后来,洛克也因为独到的眼光和卓越的投资艺术成为投资界的教父。在此需要重点思考,那时八个年轻人籍籍无名,而且还被名满天下的肖克利骂为叛徒,但为什么还会获得投资呢?如果这事发生在其它地方会怎么样?AjDesmc

几位天才辛勤地、开创性地工作,拿下了IBM的订单,发明了IC,发明“平面处理工艺流程”,开始跟老牌企业TI(德州仪器,Texas Instruments)竞争。FSC的诺依斯和TI的(Jack Kilby)在1959年开始关于IC的专利争夺战,10年后法院判决为两个人共同的发明。1964年,八天才之一的摩尔提出了“摩尔预言”(摩尔定律的说法并不准确),说芯片上被集成的晶体管数目,大约每18个月增加一倍,数十年内保持着这种增长趋势,后来证明预言变为现实。这一结果跟摩尔掌舵的Intel在业内的地位密不可分。AjDesmc

话说FSC的业绩飞速增长,前途不可限量,但八天才缺少决策权,而决策者只关心短期利益,变得固步自封,加之母公司的重点目标也不在硅谷的事业,于是八天才纷纷离去。1961年八叛逆中的Jean Hoerni与Jay Last和Sheldon Roberts出走,他们三人创办了Teledyne(泰瑞达),从事半导体测试业务。1962年尤金克莱纳(Eugene Kleiner)出走,创办了Edex,1967年又创办了Intersil。AjDesmc

1968年,诺伊斯带着摩尔与工艺开发专家安迪·格鲁夫(Andrew S·Grove)离开FSC,他们三人所创立的公司就是业界霸主英特尔。第二年,FSC的销售部总管、桑德斯也带着几位员工离开了,并创办了AMD、Intel今后的欢喜冤家,而且AMD是诺伊斯带头支持,我们很有必要重点记住诺伊斯、这位硅谷之父、IC之父。AjDesmc

一个人打下半导体的半壁江山

罗伯特·诺顿·诺伊斯(Robert Norton Noyce,1927年12月12日-1990年6月3日),是FSC(1957年创立)和Intel(1968年创立)的共同创始人之一,他有“硅谷市长”或“硅谷之父”(the Mayor of Silicon Valley)的称号,是集成电路的发明者之一,他的发明对个人电脑的普及起到关键性的作用。1953年获麻省理工学院(MIT)物理学博士学位。硅谷英雄扎堆,但一个人要想同时获得财富、威望和成就,那比登天还难,这大概只有诺伊斯一人做到了。本可获得两次诺贝尔奖,第一次是他在肖克利领导下形成的“负阻二极管”概念,但他被迫终止研究,第二年,日本科学家江崎玲于奈发现了这个现像并进行了理论分析,并于1973年凭此获得诺贝尔物理学奖。第二次是他和TI的基尔比共同发明IC,基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖,可惜诺伊斯已在十年前去世。AjDesmc

他生性随和,魅力十足,是一位天生的领袖人物,特别是在领导研究团队时,他的信条是“全力以赴成就大事”。他领导下的FSC的公司文化既悠闲又人性化,这在硅谷树立了永恒的典范。取消办公室墙壁,推行股权分享,把自由与平等带进硅谷,改变了美国企业的工作方式,人们评价说他的这份功绩绝对不亚于发明IC。不过,业有人认为FSC衰败的部分原因,也可能因为管理粗疏。1968年他和摩尔等人离开FSC,创建英特尔公司,研制出第一台微处理器,他极富远见,预料到微处理器将会极大地改变世界。他还是一个敢于上天下海的冒险家,带一个牧歌小组,有一个船队,驾驶喷气飞机。人们说像他这样的天才,感兴趣的是时刻准备发挥作用,而不是统领全军。AjDesmc

像他这样的英雄理应被崇拜,但不宜被神化。他获得如此卓越的成就,成长路上却吃过不少“苦头”。小时候,他乘坐兄弟俩制作的滑翔机、也可以叫作一个大风筝,结果摔得很差点丢了命;大学时,因为开Party偷了一只小猪而差点酿成大祸,好在他有个好爸爸(有的资料上说是有个好老师)帮他全力赎罪和减轻处罚……这经历是不折不扣的坏小子、闯祸精啊!被迫休学一段时间后再完成学业,不过他足够幸运的是,他的老师是晶体管发明者之一巴丁的同学,向他和同学们展示了巴丁赠送的晶体管,他对晶体管很着迷并做了大量实验,再后来他跑去MIT读了博士,此后一路开挂。或许是他那些离经叛道和被宽恕救助的经历,让他对科学对人对事都更多包容和通达。AjDesmc

与他那学生时代臭名昭著的偷猪事件相比,他在FSC时的下属桑德斯那“穿粉红裤子进IBM”的故事就更有名了。据说,桑德斯先生去巨头IBM公司推销产品时穿着一条粉红色的裤子,尽管生意谈成了,但“穿粉红裤子进IBM”却成为笑柄。FSC的同事都觉得桑德斯生活浮华且自吹自擂,经常讥笑和排挤他,送给他“硅谷小丑王子”的绰号,哪个科技精英会喜欢和他作朋友?谁会愿意雇一个自由散漫的家伙?桑德斯后来回忆说当时他对自己的窘境甚至考虑过自杀。在处境艰难时,唯有总经理诺伊斯不仅不嘲笑、讨厌桑德斯,还一直捍卫他、尊重他。诺伊斯早就从这个夸夸其谈的年轻人身上看到了与众不同的特质,所以不断提携他,更重要的是在他创建AMD之初的艰难时刻支持他,在他以后山寨和寄生Intel时还给他出路。AjDesmc

和桑德斯一样幸运地得到诺伊斯父兄般关照的还有乔布斯,没错!就是那位万人敬仰的、创建苹果公司的乔神。20世纪70年代末期,诺伊斯将公司的日常经营交了出去,将精力更多地放在推动产业发展和培养后起之秀上,其中重要的一个就是乔布斯。他对乔布斯非常提携,就像是“对待一个孩子”,经常和乔布斯聊天、聊工作、聊生活、聊未来!回答他的各种问题,苹果公司成立后,诺伊斯也会经常去转转,走进实验室和里面的员工谈论他们正在进行的工作。乔布斯以诺伊斯为人生导师,认为他是英特尔的灵魂,希望自己在苹果公司中也能做到这一点。AjDesmc

1970年代末,诺伊斯出任美国半导体工业协会SIA(Semiconductor Industry Association)的主席。1987年,又积极推动成立了一个名为Sematech(Semiconductor Manufacturing Technology,半导体制造技术战略联盟)的公司,其任务是在半导体工业和政府之间进行沟通和合作。1988年,诺伊斯亲自出任Sematech的总裁和首席执行官。在美国政府年预算补贴1亿美元的资助下,14家在美国半导体制造业中居领先地位的企业组成R&D战略技术联盟,其使命有二:一是提高半导体技术的研究数量;二是为联盟内的成员企业提供研发资源,使其能够分享成果、减少重复研究造成的浪费。AjDesmc

发明集成电路,创办仙童和Intel,推动成立Sematech,提携和培养乔布斯!桑德斯!他的成就有从零到一的发明,有为业界培养大部分骨干人才的仙童,有称霸业内数十年的巨无霸Intel,还有推动行业和产业发展的技术联盟,还有一手栽培的伟大人才,所以说,他一个人创下了半导体的半壁江山!AjDesmc

在1990年一次商业会议前夕,他心脏病发作去世,年仅62岁。虽然他的时代结束了,但是以他为代表的创新精神基因,在硅谷开枝散叶。他被认为是电子世界的传奇、是爱迪生、福特后最为才华横溢的发明家、企业家,他让硅谷的半导体行业走到了这个星球的最高点,泽被乔布斯等创业者。AjDesmc

一个“黄埔”(“西点”)羽化为蒲公英

上世纪60年代的FSC进入黄金时期,到1967年营业额已接近2亿美元,在当时算得上天文数字,据业内人士回忆那时“进入FSC就等于跨进了硅谷半导体工业的大门”。但由于决策和定位的因素,几个灵魂人物相继离开,FSC开始分崩离析,尽管来自摩托罗拉的霍根奋力维持了几年但终究无力回天,FSC在1979年被被卖给一家法国的石油公司,1987年又被转卖给FSC原总经理斯波克管理的国民半导体公司(National Semiconductor Corporation,简称 NSC),此后FSC品牌一度被雪藏,直到1997年,又被NSC再次转卖给一家风险资本公司。然而,此时FSC迎来了第二春,时任 CEO庞德开始对公司实施战略重组,先后买下Raytheon半导体分部、三星半导体功率部门,1999年重回纽交所,2001年买下Intersil的分立功率器件业务、Impala Linear,这次的好日子持续了近20年。直到2016年9月,ON(ON Semiconductor,安森美半导体)和FSC联合宣布,ON以24亿美元现金完成对FSC的收购,至此,曾经叱咤硅谷的FSC走完了60年辉煌而曲折的历程。FSC尽管自身命运多舛,但却成为支撑硅谷崛起的“神话”,是半导体行业的人才摇篮和“黄埔军校”,据说全美有超过200家公司都与之有或多或少的关系。AjDesmc

由八位叛徒所树立的“叛逆”精神,虽早已根植于硅谷中不少极客与“坏小子”们的精神中。但同样不能忽视的是,硅谷的宽容开放的环境同样至关重要,时至今日,硅谷的“叛逆”精神仍在延续着。新世纪初,硅谷也出现了一家如同FSC一样树大根深的人才摇篮公司:PayPal,“钢铁侠”埃隆.马斯克(Elon Musk)就是PayPal的创始人之一。AjDesmc

在这里附带聊一下ON的法宝!ON是威名赫赫的摩托罗拉(Motorola)在1999年剥离其分立半导体业务时成立的,摩托在1949年开始半导体研发,1955年开始第一个商用高功率晶体管的量产,摩托在 2004年剥离其剩余的半导体业务成立了飞思卡尔(Freescale Semiconductor)---于2015年被荷兰恩智浦(NXP Semiconductors)并购。ON自从摩托分拆以来的20多年时间里,实现稳健而快速的发展,不断的并购与整合是其法宝。从2001年开始到2016年,ON连续收购了14家半导体公司以完善产品线。其中几次有战略意义的收购是2006年收购LSI的8寸晶圆厂,2008年收购AMI,2011年收购Cypress的CMOS图像传感器业务部,2014年收购Aptina Imaging。而在2016年并购FSC后将以大约11.1%的市占率在功率器件领域排名第二,仅次于英飞凌(Infineon)。在那以前,ON专注于电源管理的中低电压领域,而FSC则主要在中高电压产品。产品线从传统的标准半导体、分立器件,拓展到模拟半导体和信号产品、传感器,以及完整的系统单芯片(SoC),主要市场则聚焦于汽车、工业以及云电源应用,以此获得领先优势,ON一直是马不停蹄。AjDesmc

千里之外的另一个“黄埔”

在FSC经历跌宕起伏并最终仙去后,老对手TI却长期保持业内领先。尽管如今TI没有Intel、三星(Samsung)和Qualcomm(高通)等名头响亮,但TI仍是个不折不扣的半导体巨头,决不仅仅是模拟IC的老大。TI成立于1930年,总部位于德克萨斯州的达拉斯,最初是一家地质勘探公司,1951年更名为现在的德州仪器。1954年制造第一台晶体管收音机,1958年发明了IC,1982年发布了全球首个单芯片数字信号处理器DSP,之后成为这个领域的霸主,2000年收购了模拟IC厂商Burr-Brown,巩固了自身在数据转换器与放大器领域的优势地位,形成从电源IC到放大器IC乃至ADC/DAC转换器的产品集群。2011年又收购了NSC(1997年转卖FSC的那个),超越了东芝(Toshiba),营收仅次于英特尔、三星(Samsung)和晶圆代工龙头台积电(TSMC)。TI在模拟IC领域、数字信号处理(DSP)、微处理器(MCU)、数字光处理(DLP)和通用芯片半导体以外,还致力于汽车及工业设备芯片的研发。此外,TI还支持教育发展,多次被各种媒体评为优秀雇主和最受员工欢迎的工作单位。AjDesmc

作为业内资格最老、综合实力最强的企业,TI原本有机会抢得头筹,曾分别涉足电脑和手机处理器,但遗憾的是在这两个时代分别输给了Intel和高通,从某种程度上说,TI并非不够优秀,只怪对手太年轻、太匪夷所思。当TI还在奉行高质高价策略时,Intel和高通出其不意地以便捷、低价和高性价比的服务迅速抢占市场,高通在一统江湖后更凭专利费用赚得盆满钵满。在这方面,电子行业和互联网行业太相像了,真不愧是好基友。然而,TI虽然两次折戟,但仍稳居前十宝座,这一切都源于其技术的深度和广度。与FSC类似,TI也被誉为半导体行业的黄埔军校,其中影响力最大的是台积电创始人张忠谋和中芯国际创始人张汝京。AjDesmc

综合Gartner和IC Insights等数据来看,2019年TI营收132亿美元,在全球半导体产业内排名第八,在它之前的,除排名第一的英特尔营收658亿美元之外,还有排名第五、六、七位的美企,依次是美光(Micron)营收200亿美元,博通(Broadcom)营收153亿美元,和高通(Qualcomm)营收135亿美元,其后还有第十位的英伟达营收109亿美元,全球前十名中,美系共计六家。这成绩既得益于信息产业革命发源地的效应,也得益于诺伊斯、乔布斯等科技英雄赋予的精神力量,也得益于好的创新土壤。AjDesmc

一个巨无霸

Intel是一家以研制CPU为主的公司,是全球最大的计算机零件和CPU制造商,于1968年由罗伯特·诺伊斯、戈登·摩尔和安迪·格鲁夫创建于硅谷,在芯片创新、技术开发、产品与平台等领域奠定了行业领袖的地位,同时,Intel还有自己的晶圆厂,属于家大业大的IDM模式。关于“Intel”名字也有个小故事,据说罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)和戈登·摩尔(Gordon Moore)原本希望公司的名称为两人名字的组合——Moore Noyce,但登记时却发现这个名字已被抢注,于是公司名字就从“Integrated Electronics(集成电子)”两单词的缩写得来。2019年营收658亿美元,《财富》世界500强位列135位。AjDesmc

我们先来回顾一下它的发展简史。1971年,英特尔推出了全球第一个微处理器4004,带来计算机和互联网革命,改变了世界。1978年,研制出16位8086处理器,是所有IBM 个人电脑处理器的祖宗,1987年,格鲁夫正式担任CEO,开始了快速发展的10年,几年后依靠过渡产品80486,超过所有日本半导体公司,坐上全球半导体行业的头把交椅。补充说明,在1990年前的几年里,日系半导体军团全球第一,后来被美、韩等国的同行击溃。也正因日系来势汹汹,20世纪80年代,英特尔停掉内存业务,专心做处理器。2001年,英特尔的64位服务器处理器Itanium问世,在服务器市场彻底超越RISC处理器的代表、太阳公司。2009年,四核处理器问世。AjDesmc

2015年收购了头显设备厂商Recon,收购了Altera公司,希望实现CPU和FPGA硬件规格深层次结合,布局物联网市场。2016年媒体报道,英特尔组建专门的自动驾驶事业部。2017年收购Mobileye,“算法+芯片"整合成AI制胜关键。在光鲜的成绩背后,我们要重点关注的是,巨无霸的几次重大战略失误,以便有所借鉴和启发。2007年intel拒绝了为第一款iPhone提供处理器的机会,后来又接连错过iPad、诺基亚和黑莓等移动产品机遇。这跟微软何其相似!不过,如今的英特尔非常重视人工智能、数据中心业务和5G技术,近几年的一系列并购重组就出于这样的考虑。AI计算技术群雄逐鹿,竞争白热化,就当前来看,似乎英伟达的CUDA和GPU处于有利的竞争位置。值得称道的是,英特尔也曾被评为受欢迎的雇主。AjDesmc

AI明星Nvidia与“核武狂魔”老黄

 据IC Insights2019年全球半导体行业预测排名,Nvidia营收109亿美元,大约相当于英特尔的六分之一,位于榜单第10位。由于投资者看好其AI产品,英伟达的市值一度超过了英特尔。该公司是1993年由美籍华人Jensen Huang(黄仁勋,人称老黄)创立,熟悉老黄的人说他精力旺盛,对产品和技术是个偏执狂,长期以来英伟达来是GPU(图形处理器,Graphics Processing Unit)显卡的代名词,游戏玩家应该不会陌生。AjDesmc

近几年,Nvidia转型为AI公司,其中推出CUDA(Compute Unified Device Architecture,通用计算设备架构)是个重要转折点,CUDA架构使GPU能够解决复杂的计算问题,成为通用性计算工具,应用扩展到图像识别、脸部识别和语音识别,甚至在深度学习加速、气候建模及油气勘探等领域成为标配。AjDesmc

现在来看,老黄抢先推出CUDA真是有先见之明,但在当时这个决策带有很大赌的味道,一是因为投入太大,二是需要持续多年的烧钱才可能出成效,谁能保证最后能成功呢?幸运的是,CUDA项目在坚持了几年之后,乘着深度学习的东风飞了起来。据称Nvidia已投入近百亿美元用以建立CUDA生态。AjDesmc

其GPU芯片可让大量处理器做并行运算,速度比CPU快数十倍,获得深度学习用户热捧,Tesla V100显卡成为AI行业性能标杆。2020年4月完成对无限带宽技术芯片公司Mellanox的收购以加强数据中心业务,5月又推出基于安培架构的DGX-A100AI系统和面向边缘AI计算的EGXA100。老黄也因为产品强大的性能和火爆倔强的脾气,被业内戏称为“核武狂魔”。不过,深度学习的火爆自然也引来了其它竞争者,比如谷歌推出开源的TensorFlow框架,还设计了专用芯片TPU,并称TPU处理速度比GPU 和 CPU 要快数十倍,同时Xilinx(赛灵思)和Altera(被Intel收购)也在利用FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)的低延时、低能耗和架构灵活等特性向AI计算领域进军。此外还有NPU -- Neural Network Processing Unit,神经网络处理器技术等,当前在并行运算、深度学习领域仍是群雄逐鹿的局面。AjDesmc

曾叱咤风云的华人

除了Nvidia的老黄以外,美国半导体和电子业界还出过几位著名的华人,比如李建业博士,他的专著《蜂窝式移动通信系统》曾风靡全球,1989年他任太平洋电话公司(后被沃达丰收购)首席科学家,是他给了CDMA技术试用的机会,高通才有机会存活下来。更早以前,还有位名叫王安的华人科学家曾缔造过科技传奇,1956年,他将磁芯记忆体专利卖给IBM获利数十万美元,1971年,他的文字处理机震惊世界,其高科技产品在长达20年左右的时间里引领世界潮流。遗憾的是,公司因继任者经营不善而破产。不过,王安电脑开发的文字处理系统WPS(Word Processing System)至今仍被广泛使用。AjDesmc

令人敬畏的“专利流氓”

美国高通公司(Qualcomm Incorporated)是全球最大的移动芯片供应商,CDMA技术商用化的先驱,2019年高通营收135亿美元,全球半导体行业排名第七,3G时代顶峰时,曾经达到过第二的位置。在智能手机时代,高通的大名几乎无人不知,人们对它既爱又恨,爱的是它的技术和服务,恨的是不合常理的“高通税”,和它有关的故事精彩而复杂。它的创始人是艾文·雅各布斯博士(Dr. Irwin Jacobs),他在行业的地位高、资格老,但大众并不晓得他,也许是因为他一直在“闷声发大财”吧。AjDesmc

他原本是位大学教授,后来和同事们一起创立了咨询公司Linkabit Corp,而高通是他在1985年又和老伙计们一起创办的第二家公司,Qualcomm”一词寓意“quality communications”、“高质量的通信”。高通靠CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址)发家,雅各布斯从四十年前海蒂·拉玛和乔治·安太尔的发明中受到启发,发现CDMA技术具有大幅提速提质降费的优势。然而,彼时的王者GSM(全球移动通信系统,Global System for Mobile Communications)考虑的却是TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)及FDMA(Frequency Division Multiple Access,频分多址),在第二代 (2G,2nd Generation)移动电话系统里GSM的TDMA获得极大成功。而CDMA技术因产业起步时间晚、技术先进性、商用进程快和后向兼容性得以在第三代 (3G)移动电话里大放光彩。AjDesmc

为了证明CDMA的技术优势,高通花了大量时间和昂贵代价进行验证和演示,甚至自行研制手机和基站以图破局,直到1993年CDMA被行业接受,1995年CDMA在香港、韩国商用,随后日本美国等跟进,2000年国际电信联盟(ITU)选择CDMA为3G的基础技术。至此,高通在不懈的努力下,终于使CDMA成为能和GSM分庭抗礼的一个全球性通信技术标准,并且在3G时代还领先了GSM,一跃成为行业巨舰。AjDesmc

2000年,高通将手机制造业务卖给日本京瓷(Kyocera),将基站业务卖给瑞典爱立信(Ericsson),自身聚焦于通信技术开发。时间一长,在CDMA领域,高通就形成了大量而完备的的基础技术与核心技术的专利壁垒,依靠巨额许可收入“躺”收暴利,再从中固定划拨研发、标准、专利和法务资金。过去30多年,高通在研发领域投入的资金超过440亿美元,在全球申请和拥有的专利超过13万项。并且它推出的方案和技术极具性价比和杀伤力,还巧妙地为各合作厂商提供专利保护伞,形成准专利联盟。任何使用CDMA技术的公司都无法绕开,并向它支付非比寻常的费用。AjDesmc

使用产品或技术而付费原本是正常而合理的商业行为,但问题出在收费的方式上。一般而言,收取专利费的方式是依据涉及专利的对应部分作为计算基数,但高通是按整体设备售价作为基数进行收取的。以手机为例,显示、触控、影像、电池、机壳……许多跟你没关系的部分你也要雁过拔毛?长期的霸道、暴利、垄断等惹毛了手机厂商、设备商、运营商和各国政府,高通的麻烦不断。2005年美国的博通公司对高通发起反垄断诉讼,后达成和解,高通赔付8.91亿美元。2007年韩国对高通进行反垄断调查,2010年对高通处以2.36亿美元罚款。2007年欧盟根据Nokia等的举报对高通进行了反垄断调查,2009年和解。2015年中国国家发改委对高通处以反垄断罚款60.88亿人民币。2016年黑莓公司抗议高通收取了过多费用,2017年黑莓获得高通8.15亿美元赔款。2016年韩国反垄断为由对高通处以约8.8亿美元罚款,并要求该公司改变现有商业做法。2017年苹果在美国加州向高通发起专利诉讼,提出近10亿美元的索赔……高通强大的法务部门从未消停过。对于“高通税”有人戏称是吃“鸡腿”却要为“整鸡”买单。AjDesmc

高通是一家年轻且发展极快的半导体研发企业,业绩超过了TI,并曾短暂在市值上超过英特尔,这些成绩的取得源于其独特的商业模式,以及长期聚焦于研发和行业标准制订。它长期以20%左右的营收投入研发相关领域,提前数年乃至十年进行前瞻性研发布局,再将发明技术推销给相关标准组织,并在产品端及系统级进行商业化部署和落地。聚焦技术研发、专利许可和芯片主业,剥离非关键业务,为高通带来可观的利润和竞争力,但超常规收费损害企业声誉,不利于长远发展。AjDesmc

2018年高通收购NXP未果,蛋糕是要分享还是独占是门艺术,而不是单纯的态度问题。要理解这一点并不难,看看这么多年intel对待amd的策略,是否会有所启发呢?AjDesmc

一个阻击者

高通的野蛮生长引起一个实力不凡的对手的多次阻击,这就是同样来自美国、但比之更为年轻的博通(Broadcom)。博通成立于1991年,是全球领先的有线和无线通信半导体公司,在涉足的WLAN、以太网、宽带接入、无线射频等领域有着“隐形冠军”的特质,它的技术扎实,产品毛利较高。1998年上市,2015年被安华高(Avago)以370亿美元实现“蛇吞象”式收购,合并后新公司沿用博通的名号。2019年博通营收153亿美元,全球半导体行业排名第六。关于这个Avago,也很有必要作一了解。AjDesmc

Avago此前的规模没有博通大,但也属于重量级,其根源上算作是惠普(HP)家族,是该企业1961年开始的半导体业务。HP现今保留的业务是电脑和打印机,起家于1939年,最初制作音响测试设备,后来推出铯原子钟,再后来是PC和打印机,1999年剥离测量设备、医疗设备和半导体等业务组成安捷伦(Agilent),2005年,投资公司KKR和银湖以26.6亿美元从Agilent手上买走了半导体业务,名曰Avago。话说Avago的诞生或许就是为了买买买和卖卖卖(当然背后有其深层的逻辑、以及专业财务艺术),2015年收购Emulex,再次加强企业级存储业务,同年把光模块业务卖给了富士康。2016年Avago收购博通并沿用博通的名号。博通和高通的主要交锋,一次是2005年对高通的反垄断诉讼,另一次是2017年提出以1300亿美金收购高通,但该次鲸吞遭到高通的回绝。2018年博通以189亿美元收购企业软件公司CA Technologies。未来,这艘巨舰的目标是火星吗?AjDesmc

美光内存

美光科技(Micron Technology)创立于1978年,研制DRAM(动态随机存取存储器,Dynamic Random Access Memory,一般用作内存)、NAND闪存(与非闪存,NAND Flash Memory,一般用作硬盘)、CMOS图像传感器和其它半导体组件,2013年收购日本尔必达。半导体存储市场巨大且集中度较高,三星、SK海力士、美光、铠侠(Kioxia)、西数(Western Digital)和英特尔等占据全球市场的大部分份额。美光和三星是为数不多的拥有DRAM、NAND和NOR三种技术研制能力的厂商。现今终端设备、数据中心、乃至汽车电子也对器件提出了更多更高的需求,美光和英特尔还共同研发了3D XPoint技术,长期以来,美光是内存业的领导者之一。2019年营收200亿美元,在全球半导体产业内排名第五。AjDesmc

对我国发展半导体产业的启示与借鉴

以上对美国半导体企业的介绍可以说是挂一漏万,其它未提及的知名企业还有模拟IC巨头亚德诺ADI(曾收购凌特),2020年7月宣布收购美信Maxim;此外,还有模拟IC企业Ciirus Logic;射频领域巨头科沃Qorvo(RFMD威讯联合和Triquint超群合并而来),思佳讯Skyworks;以及Microchip、Atmel、Xilinx(赛灵思),等等。至于应用材料等半导体设备、空气化工等材料领域、EDA、IP核等方面的企业以后再专门分享。本次分享的重点在于小结和启示,透过美国企业、行业与产业简史,我们能有哪些启发和借鉴,这是需要我们反复盘点和重点思考的部分。在当今全球半导体供应链体系中,美国的优势地位非常明显,其原因和对我们的启示大致有以下几方面(从纯粹的技术发展角度来看):AjDesmc

1、美国是信息技术革命的发源地,半导体的设计与制造、电脑、手机和软件等相关产业与技术互相激荡,相辅相成,久而久之会产生惯性势能,也是不折不扣的先发优势,客观讲,技术的后发者和追赶者主要做的就是学习和模仿,在全方位或起码在本质上超越别人之前,再多的谦虚谨慎都不过分,卧薪尝胆的时候需要固本和示弱,只有这样才能有机会多学一点啊,当然在学习和追赶中要消化和吃透别人的技术,在此基础上进行创新;AjDesmc

2、相对有利的开放、包容、自由和鼓励创新的各项制度配套,移民文化,地大物博,开拓进取的精神,以及前两次工业革命的洗礼和成果;AjDesmc

3、半导体行业协会的资助、帮扶和协调引领,以及DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency,国防高级研究计划局)对研发和市场的支持,该机构资助半导体材料、光电子、RF、MEMS、CAD、FinFET、3DSoC、CHIPS等技术领域,有着放眼未来的远大目标;AjDesmc

4、在两次世界大战中,美国本土几乎毫发无损,工业、经济和科技各方面反而大大受益,期间全球顶尖人才纷纷涌入美国,科研产生了连续性和积聚性,海量订单换回了海量财富,在二战刚结束的时候,亚欧等地区饱受战火之苦,变得满目疮痍,而信息革命却从美国爆发了;AjDesmc

5、美国一流的大学制度、科研水平、以及与政商界、新闻界、研究机构等的衔接配合非常好,从而有利于人才的培养,有利于科研资源的有效配置,也吸引到全球各地的人才;AjDesmc

6、适宜的气候,一般来说,过热或过冷均不利于包括科研和工业在内的各种人类活动,相反,适宜的气温则会促进这些活动,美国的纬度和气候是比较有利的;AjDesmc

7、源于欧洲的科学精神和文化素养的普及,保障了半导体供应链的均衡协调发展,高科技发展所需的全部要素,要么在本土得到完善的配套和布局,要么延申到其盟友或其控制范围内的国家或地区,从IC设计、工艺制程、设备与零配件、材料、以及相关软件、知识产权等各环节实现了供应链的闭环;AjDesmc

8、半导体产业链的完善大致需要数十年连续的发展,请留意,这种连续和不间断至关重要,在全球化的市场竞争和资源配置体系中,对于知识和资本密集型产业,只有连续长时间的积累才能在世界范围内脱颖而出,才有参与国际分工的资格,才能牢牢地攥紧供应链的比较优势;AjDesmc

从美国半导体业的发展不难看出,半导体科技最初的发展同国防军工机构密不可分,其中重要技术的诞生和发展带有军民融合的色彩,如今的半导体行业竞争激烈而充分,供应链广泛分布在全球各地,形成的产业链异常庞大,是个艰巨的系统性工程,涉及到精细而复杂的国际分工,其环节包括许多种高精度的原材料、机器设备、软件开发平台和工具、以及半导体器件本身的设计、制造工艺、封装测试等等,这涉及到数学、物理、化学、计算机、通信、微电子、材料、机械等等多学科知识。半导体产业的发展离不开国际分工协作,更离不开大量的顶尖人才。要最终实现发展,持续不间断的资金、人才、技术、市场等缺一不可,怎样吸引和汇集巨量的资本和大量全球顶级人才,持续消化和发展技术,并持续在市场中验证,避免被经济周期和技术迭代周期洗出局,至为关键,至关重要。AjDesmc

关于作者:面包板博主 草木本芯,半导体和电子业供应链老兵AjDesmc

笔者通过花费大量时间和精力,总结工作笔记、体会和心得,并搜集分析资料,将所见所闻、所思所悟,统一梳理汇成《半导体供应链》系列文章,希望对半导体事业发展有所启迪。AjDesmc

参考资料:AjDesmc

  • 1、晶体管发明与诞生及发展过程,中科院长春光机所,2018-01-18
  • 2、万字长文读懂半导体的鼻祖,坚持最后5分钟,360个人图书馆,2019-02-24
  • 3、硅谷之父诺伊斯:乔布斯再这么晚给我打电话……首席创业官搜狐号,2017-12-19
  • 4、半导体百年恩怨情仇:一家仙童,半个硅谷,数踪百家号,2020-5-9
  • 5、半导体界的隐世老人:德州仪器的得与失,钛媒体APP,五矩研究社,2019-7-16
  • 6、仙童(Fairchild)让你感慨IC业的历史,rookie 360个人图书馆,2013-09-27
  • 7、浅谈CDMA技术的起源和消亡,电子发烧友,无线深海,蜉蝣采采,2020年01月01日
  • 8、一文看懂博通的前世今生,中关村在线,2017-11-17
  • 9、博通——半导体大佬“前浪”史,TechSugar,网易,2020-05-13
  • 10、[华人世界]无线通讯专家--李建业,CCTV.COM,2008-3-28
  • 11、历史转折中的英伟达:百亿豪赌奇迹 实习生项目救主,新浪科技,2017年9月11日
  • 12、《硅谷热》作者: 埃弗雷特.M.罗杰斯,范国鹰等译,经济科学出版社,1985
  • *13、另参考百度百科等相关资讯

*国际电子商情对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。AjDesmc

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