半导体产业发展史

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半导体产业历史上那些远去的人,那段伟大的历史

他们是半导体产业历史上最伟大的三位发明家,他们和众多天才的科学家一起,他们是半导体产业历史上最伟大的三位发明家,他们和众多天才的科学家一起,开创半导体产业历史上激动人心的“发明时代”。他们是集成电路之父,他们是硅谷的开创者,他们改变了我们的世界。如今,他们已经全部远去,然而,他们创造的半导体产业,年产值已经超过2100亿美元,并且仍在他们开辟的大路上高速前进,为这个世界带来日新月异的变化。他们的故事已经成为传说,激励着一代又一代的工程师和掘金者。
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2005年6月20日,美国德州仪器(TI)退休工程师、业界公认的集成电路(IC)第一位发明者杰克·基尔比(Jack S.Kilby,1923-2005)的心脏停止了跳动,享年81岁。加上1989年逝世的“晶体管之父”威廉·肖克利(William Shockley,1910-1989)和1990年逝世的集成电路共同发明人罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce,1927-1990,仙童、Intel公司创始人),至此,20世纪半导体产业史上最伟大的三位发明家已经全部离我们远去。然而,他们的伟大发明而带来的亿万颗芯片,正在世界的每一个角落一刻也不停息地跳动着,上至太空,下至海底,已经成为人类社会不可缺少的一部分。他们和福特、爱迪生、莱特兄弟一起,改变了我们的世界。

1947—1959年的13年间,是半导体产业发展史上激动人心的“发明时代”。在此期间,半导体产业在探索中前进,晶体管被发明并开始商用,光阻材料技术和平面处理工艺等至今还在使用的半导体制造技术出现,计算机和超级计算机被研制,德州仪器、摩托罗拉、仙童半导体和国家半导体等半导体产业的常青树或是诞生或是涉足半导体业务,硅谷开始成为半导体产业的中心。

我们再来回顾一下那段伟大的历史。

1947年12月23日第一块晶体管在贝尔实验室诞生,从此人类步入了飞速发展的电子时代。在晶体管技术日新月异的60年里,有太多的技术发明与突破,也有太多为之作出重要贡献的人,更有半导体产业分分合合、聚聚散散的恩怨情仇,当然其中还记载了众多半导体公司的浮浮沉沉。

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John Bardeen(左),William Shockley(坐)和Walter Brattain共同发明了晶体管

1959年首次将集成电路技术推向商用化的飞兆半导体公司,也是曾经孵化出包括英特尔、AMD、美国国家半导体、LSI Logic、VLSI Technology、Intersil、Altera和Xilinx等等业界众多巨擘的飞兆半导体,现在已成为专注于功率和能效的公司;曾经在上世纪80年代中连续多年位居半导体产业榜首的NEC,在90年代中跌出前10后,再也没有东山再起;更有与发明第一块晶体管的贝尔实验室有着直系血缘的杰尔(Agere),通过多次变卖,被“四分五裂”找不到踪迹。

世上没有常胜的将军。曾经的呼风唤雨,并不代表能成为永久的霸主。当我们用历史的眼观来看今天的半导体产业,我们有什么启示呢?全球半导体产业正在东移,以台积电为首的晶圆代工将成为全球半导体工艺与产能双双领先的公司;传统的IDM厂商都向轻资厂转变,65nm已鲜有IDM跟踪,至45nm时除了memory厂商外,仅剩英特尔一家了;AMD在2008年将芯片制造部分剥离出来也说明了这一点。私募基金正在加速半导体业的整合,未来每个产业仅有前五名是可以生存的;PC在主导半导体产业10多年后,正让位于消费电子,英特尔还能守住霸主地位多久?以台湾联发科为代表的新一代IC公司的崛起,使得众多欧美大厂不再轻易放弃低利润行业,未来的半导体产业会逐渐成为一个成熟的产业,一个微利的产业。

回忆过去60年,哪些人是我们必须记住的?哪些重大事件对业界影响最大?

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半导体精英话60年重要里程碑

1947年12月23日,贝尔实验室在助听器中展示了人类第一块晶体管,William Shockley被誉为晶体管之父。在随后的10年中,晶体管技术不断进步,包括随后发明的单锗晶硅、生长结型晶体管、接触型硅晶体管和固态晶体管开关等,德州仪器和贝尔实验室分别在1954年推出晶体管收音机和全晶体管计算机,并且,1957年美国第一个轨道卫星“探测者”也首次使用了晶体管技术。这10年间,半导体产业处于最激动人心的“发明时代”。

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晶体管的演变

然而,1958年8月,另一个重大的里程碑出现了,它就是德州仪器的Jack Kilby将分离的晶体管和器件集成到一个锗片上,向人类展示了第一片集成电路;次年,飞兆半导体的Robert Noycy发明了平面工艺技术,使得集成电路可量产化,从此,人类从半导体的“发明时代”进入了“量产时代”。尽管很多人认为是Jack Kilby发明了集成电路,但由于Robert Noycy发明了制造性更强的集成电路,他与Jack Kilby一起理应被称为集成电路的共同发明人。

集成电路发明之后的50年又有哪些人和事是我们不能忘怀的呢?

领先半导体公司CEO谈50年来半导体产业最重要的里程碑:

半导体产业CEO谈里程碑

LSI的首席执行官Abhi Talwalkar:人们常说,我们今天之所以能够取得如此辉煌的成就,是因为我们站在前辈巨人的肩膀上。在我们庆祝晶体管,这一20世纪无疑最重要的发明诞生之际这句话尤其适合。 幸运的是,发明晶体管的创新精神今天仍然像过去一样绽放着进取的光芒。

德州仪器中国区总裁谢兵:虽然William Shockley在1947年发明了晶体管,取代了低效的电子管,但科学家面临的另一个问题是如何将更多的晶体管集成在一块电路中。Jack Kilby的发明不仅开创了电子技术历史的新纪元,也彻底改变了人类的生活方式。1971年,全球第一个单芯片微处理器问世从此打开机器设备像个人电脑一样可嵌入智能的未来之路。1982年,德州仪器研发出全球第一枚数字信号处理器(DSP)TMS320,该处理器采用32位算术逻辑单元,每秒能处理500万条指令(MIPS),与当时许多大型计算机的速度不相伯仲。这项发明开启了数字世界的无限可能。

美国国家半导体亚太区副总裁暨董事总经理祁骅天:1965年Bob Widlar发明的运算放大器具有重大意义,因为它是模拟器件的基本构成部分。

安森美半导体执行副总裁兼首席运营官John Nelson:1963年F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术;1965年Gordon Moore提出摩尔定律,它预测了硅芯片每隔18个月集成度就会翻一番。CMOS器件的发明有效地实践了摩尔定律。

英飞凌科技亚太私人有限公司总裁兼执行董事潘先弟:1970年,英特尔推出第一片DRAM;次年,英特尔推出SRAM和EPROM,和第一片微处理器4004。记忆体芯片和微处理器的发明,决定了半导体工业发展的方向。

瑞萨半导体管理(中国)有限公司CEO山村雅宏:20世纪80年代,日本制造商在半导体产业中处于领先地位,他们采用基于DRAM的IDM商业模式。日本人几乎占领了全球半导体市场的半壁江山。他们以全面出击的策略来扩张业务,利用成功的内存业务为其创造资源,在MCU、ASIC、分立器件多个市场进行扩张;到了90年代,PC在全球普及,日本制造商的风头减弱,其它IC厂商通过把资源集中到PC业务而取得长足发展。英特尔和德州仪器等美国制造商恢复生机。特别是英特尔,通过专心致志地搞MPU,从NEC手中夺得了全球第一的排名。同时,韩国和台湾地区厂商也把有限的资源集中到核心竞争力上面,加入了竞争;到了21世纪,除了PC以外,汽车和手机等产业对半导体的需求浮现,专注于系统方案的LSI厂商随之复苏。结果,新市场开始出现,它不同于源自MPU或者内存专业厂商的市场。展望未来,我们相信2010年左右将出现半导体产业的下一个重要里程碑:即进入半导体无处不在的时代——需要大量半导体把一切设备连接起来。

Altera高级副总裁Don Faria:Vinton Cerf和Darpa在1973年发明互联网,彻底改变了我们的生活方式。互联网及其带来的一切应用的核心是半导体技术。Altera在1983年发明第一个可重编程芯片(PLD),允许工程师对其设计进行重新编程、修改和升级,而且不需额外成本。

凌阳科技股份有限公司副总经理沈文义:1980年,IBM PC XT问世,画出产业标准的大道(Wintel),加速半导体技术发展的进程,让摩尔定律得以持续。Apple II个人计算机的问世,实现人人有计算机的世界。

赛灵思CTO Ivo Bolsens:1984年赛灵思发明第一块现场可编程器件FPGA;其创始人Bernie Vonderschmitt开创了无厂模式,后来世界上的多数领先半导体厂商都接受了这种模式。

博通公司主席兼CEO Henry Samueli:1987年台积电建立,成为全球第一家纯粹的晶圆代工厂,促进了无晶圆半导体产业的繁荣。

Microchip大中国区市场营运经理曹介龙:1988年,精简指令集芯片(RISC)技术实现商业化,支持速度更快和占用内存更少的优势。

中星微电子CTO杨晓东:1988年16M DRAM问世,1平方厘米大小的硅片上集成有3,500万个晶体管,标志着半导体产业进入超大规模集成电路(ULSI)阶段。

MIPS科技市场副总裁Jack Browne:1997年华润上华(CSMC)的成立在中国开创了开放式代工模式。

澜起科技董事长兼CEO杨崇和:中国909计划和华虹集团的成立,标志着当代半导体产业在中国大陆的开始。

圣邦微电子总裁张世龙:2005年中星微电子在纳斯达克成功上市无疑是中国半导体产业的一个重大事件,风险投资在其后的一年多时间里对中国半导体行业空前关注和看好。

恩智浦半导体大中华区区域执行官叶昱良:2006年,私募基金加入半导体行业是一个里程碑。这会变成一种趋势,这个趋势基于大者恒大的定论, 在IC产业通常也只有前5强才能生存。

应用材料公司副总裁姚公达博士:半导体技术的发展也对其他邻近产业的发展起到了积极的影响。举个例子来说,平板显示器的生产中很多工艺技术都是来源于半导体制造技术;对于新兴的太阳能面板制造业也是一样,我们在半导体和平板显示器制造上的薄膜技术也可以借鉴到薄膜太阳能电池的制造上。

展望未来10年,预言半导体产业四大趋势

1947年12月23日第一块晶体管在贝尔实验室诞生,从此人类步入了飞速发展的电子时代。在晶体管技术日新月异的60年里,有太多的技术发明与突破,也有太多为之作出重要贡献的伟人们,更有半导体产业分分合合、聚聚散散的恩怨情仇,曾经呼风唤雨的公司不再是永远的霸主。

预言半导体产业四大趋势

第一大趋势:30年河“西”,30年河“东”。

回望晶体管诞生这60年,我们可以明显看到半导体产业明显向东方迁移的趋势,特别是从80年代末开始。1987年台积电这个纯晶圆代工厂的成立,宣告着半导体制造业开始从西方向东方迁移;90年代初,三星成为全球最大的DRAM厂商,随后,再成为全球闪存的最大厂商;90年代中,台湾智原、联发科、联咏等一批IC公司从联电分离出来,吹响了东方IC公司挑战西方IC公司的号角;进入21世纪,中芯国际带动中国大陆代工业成长起来,成为另一个制造中心,并且也带动了中国IC设计业的成长;最后,德州仪器、飞思卡尔、英飞凌、LSI以及ADI等众多传统的IDM厂商转向轻资产模式,放弃独自建造45nm工厂,而分别与台积电、特许和联电等合作研制,2008年,在集成电路诞生50周年的这一年,这些传统IDM公司的45nm产品都将亮相,但是,不是在这些IDM自己的工厂生产,而是在以上亚洲的代工厂里生产。

90nm是一个转折点,当台积电等代工厂突破了这个节点后,它们已将先进工艺的大旗从IDM手中接了过来,未来,台湾晶圆代工厂在半导体工艺技术上将领先全球,并且成为全球IC产量最大的基地。虽然英特尔仍主宰着PC产业,并继续IDM模式和领导最先进的工艺,但是,半导体产业的推动力已由PC转向消费电子。展望未来,不论是在应用推动还是在技术创新上东方都将取代西方成为产业的领导着。全球半导体产业将演义30年河“西”,30年河“东”的历史大戏。

第二大趋势:有更多的私募基金加入半导体行业,且IC公司之间的整合加速。

半导体行业将会越来越遵循大者恒大的定律。恩智浦半导体大中华区区域执行官叶昱良指出:“私募基金加入半导体行业是一个趋势,这个趋势源起于IC公司会有愈来愈多的整合需求,基于大者恒大的定论,在IC产业通常也只有前5强才能生存。”

在大者恒大定律的驱动下,会有更多半导体公司的整合。其中最值得期待的是中国台湾与大陆半导体公司之间的整合。义隆电子董事长叶仪晧指出:“因台湾没有具经济规模的市场,故不易培养出可以主导新应用的产品规格的大型OEM,而没有这些有品牌的系统厂商配合时,台湾IC设计公司新产品开发的策略,很自然地大多以跟随者为主。但中国大陆拥有广大的市场及具规模的系统厂商,所以台湾IC设计公司与大陆市场及系统公司合作是未来的趋势。”

凌阳科技股份有限公司副总经理沈文义也认为:“台湾半导体产业已具备成熟的研发技术与完整的上中下游供应链,目前碍于==政策,在大陆半导体市场的发展受限,但若海峡两岸的发展限制能有所改善,台湾与大陆IC厂商结合,在中国半导体市场的发展绝对能占重要地位。”

促成更多半导体公司整合的另一个重要原因是IP需求,随着半导体产业向高端SoC发展,对IP的需求巨增。但是,对于IP的获得却会越来越难。一些拥有丰富IP的半导体厂商并不希望将IP授权出去,正如NXP的叶昱良表示:“事实上,一个公司光靠授权IP是很难长期发展的,所以我们的策略是如何加快我们自己的SoC研发,并且更加灵活的和partner合作。我们拥有大量优秀的IP,我们的挑战就是如何将这些IP最快地转化为IC。”(对于ARM来说可能是例外,ARM是只靠授权获取利润获得很好发展的公司)

因此,中小欧美半导体厂商之间整合也会越来越频繁。希图视鼎总裁兼CEO刘锦湘分析道:“和10年前相比,硅谷的公司生态环境发生了很大变化。很多公司相互合并,或者大公司把小公司吃掉,很多公司面临严重的生存危机。公司规模越来越大,但公司数量越来越少,每一个市场最终生存下来不会超过三个公司。”

第三大趋势:欧美厂商不再轻易放弃低利润市场。

未来10年,半导体产业会逐渐成为一个成熟的产业,一个微利的产业。半导体产业年增长率会从两位数降到单位数,IC总产量和总销售额会继续增加,但利润率会下降。

在利润率逐渐下降的趋势下,欧美半导体厂商不再轻易放弃低利润的市场。义隆电子董事长叶仪晧说道:“以前欧美日大厂IC的毛利率如果低45%时,他们通常会放弃而渐由台湾IC设计公司取代,他们会转移到更高毛利的新兴应用市场上。但这几年杀手级的产品并不多,那些大厂不再轻易放弃,且会进行各种Cost Down规划,以维持市占率及产品的毛利率,让台湾IC设计公司的竞争愈来愈辛苦。

未来,随着亚洲成为全球的应用创新与消费中心,欧美厂商在该市场将与中国大陆和台湾的众多IC公司争夺一些关键领域,而利润会越来越低。最典型的将是移动多媒体处理器,也称为应用处理器。此外,模拟IC的利润也会越来越低。圣邦微电子总裁张世龙表示:“在模拟IC领域,相对技术门槛正在逐年降低。越来越多的台湾和大陆公司开始涉足这一领域。随着模拟器件市场竞争越来越激烈,传统欧美公司在模拟器件市场上越来越难以维持其竞争力,只能向更高的系统集成度发展。”

第四大趋势:分久必合,合久必分。

在2000年前后,众多的半导体厂商从母公司剥离,包括英飞凌、科胜迅、杰尔、NEC、飞思卡尔以及NXP等。但是剥离出来后的独立半导体公司活得并不如预期的好,其中不少是连续多年亏损。最典型的是杰尔,不断出售产品线,最后被被LSI收购。虽然他们有着令人羡慕的技术积累与IP积累,但分离出来后,他们仍严重依赖每公司,在开拓新的大牌OEM客户方面做得并不好。其实,最重要的是,由于SoC向高系统集成发展,在开发大规模的LSI时,仍需要IC公司与OEM的紧密合作。

瑞萨半导体管理(中国)有限公司CEO山村雅宏表示:“在开发大规模LSI方面,我们认为与大型OEM和服务商合作是一个方向。”瑞萨在开发3G手机芯片时就是与六家公司联合开发的,包括日本最大的电信运营商NTT Docomo和几家手机制造商。很明显,联合开发将带来IP、开发成本以及开发时间的优势。“目前半导体制造商难以独自开发领先的技术。我们必须利用过去的研发资本包括IP、与OEM合作伙伴以及第三方的关系。”

因此,展望未来,大型半导体厂商与OEM会再度整合,但可能是一种松散的组合。合久必分,分久必合,这一远古的名言,用于半导体产业再合适不过。

 

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