半導體產業發展史

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半導體產業歷史上那些遠去的人,那段偉大的歷史

他們是半導體產業歷史上最偉大的三位發明家,他們和眾多天才的科學家一起,他們是半導體產業歷史上最偉大的三位發明家,他們和眾多天才的科學家一起,開創半導體產業歷史上激動人心的「發明時代」。他們是集成電路之父,他們是矽谷的開創者,他們改變了我們的世界。如今,他們已經全部遠去,然而,他們創造的半導體產業,年產值已經超2100億美元,並且仍在他們開闢的大路上高速前進,為這個世界帶來日新月異的變化。他們的故事已經成為傳說,激勵著一代又一代的工程師和掘金者。

2005年6月20日,美國德州儀器(TI)退休工程師、業界公認的集成電路(IC)第一位發明者傑克·基爾比(Jack S.Kilby,1923-2005)的心臟停止了跳動,享年81歲。加上1989年逝世的「電晶體之父」威廉·肖克利(William Shockley,1910-1989)和1990年逝世的集成電路共同發明人羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce1927-1990,仙童、Intel公司創始人),至此,20世紀半導體產業史上最偉大的三位發明家已經全部離我們遠去。然而,他們的偉大發明而帶來的億萬顆晶片,正在世界的每一個角落一刻也不停息地跳動著,上至太空,下至海底,已經成為人類社會不可缺少的一部分。他們和福特、愛迪生、萊特兄弟一起,改變了我們的世界。

1947—1959年的13年間,是半導體產業發展史上激動人心的「發明時代」。在此期間,半導體產業在探索中前進,電晶體被發明並開始商用,光阻材料技術和平面處理工藝等至今還在使用的半導體製造技術出現,計算機和超級計算機被研製,德州儀器、摩托羅拉、仙童半導體和國家半導體等半導體產業的常青樹或是誕生或是涉足半導體業務,矽谷開始成為半導體產業的中心。

我們再來回顧一下那段偉大的歷史。

1947年12月23日第一塊電晶體在貝爾實驗室誕生,從此人類步入了飛速發展的電子時代。在電晶體技術日新月異的60年里,有太多的技術發明與突破,也有太多為之作出重要貢獻的人,更有半導體產業分分合合、聚聚散散的恩怨情仇,當然其中還記載了眾多半導體公司的浮浮沉沉。

John Bardeen(左),William Shockley(坐)和Walter Brattain共同發明了電晶體

1959年首次將集成電路技術推向商用化的飛兆半導體公司,也是曾經孵化出包括英特爾、AMD、美國國家半導體、LSI Logic、VLSI Technology、Intersil、Altera和Xilinx等等業界眾多巨擘的飛兆半導體,現在已成為專注於功率和能效的公司;曾經在上世紀80年代中連續多年位居半導體產業榜首的NEC,在90年代中跌出前10後,再也沒有東山再起;更有與發明第一塊電晶體的貝爾實驗室有著直系血緣的傑爾(Agere),通過多次變賣,被「四分五裂」找不到蹤跡。

世上沒有常勝的將軍。曾經的呼風喚雨,並不代表能成為永久的霸主。當我們用歷史的眼觀來看今天的半導體產業,我們有什麼啟示呢?全球半導體產業正在東移,以台積電為首的晶圓代工將成為全球半導體工藝與產能雙雙領先的公司;傳統的IDM廠商都向輕資廠轉變,65nm已鮮有IDM跟蹤,至45nm時除了memory廠商外,僅剩英特爾一家了;AMD在2008年將晶片製造部分剝離出來也說明了這一點。私募基金正在加速半導體業的整合,未來每個產業僅有前五名是可以生存的;PC在主導半導體產業10多年後,正讓位於消費電子,英特爾還能守住霸主地位多久?以台灣聯發科為代表的新一代IC公司的崛起,使得眾多歐美大廠不再輕易放棄低利潤行業,未來的半導體產業會逐漸成為一個成熟的產業,一個微利的產業。

回憶過去60年,哪些人是我們必須記住的?哪些重大事件對業界影響最大?

半導體精英話60年重要里程碑

1947年12月23日,貝爾實驗室在助聽器中展示了人類第一塊電晶體,William Shockley被譽為電晶體之父。在隨後的10年中,電晶體技術不斷進步,包括隨後發明的單鍺晶矽、生長結型電晶體、接觸型矽電晶體和固態電晶體開關等,德州儀器和貝爾實驗室分別在1954年推出電晶體收音機和全電晶體計算機,並且,1957年美國第一個軌道衛星「探測者」也首次使用了電晶體技術。這10年間,半導體產業處於最激動人心的「發明時代」。

電晶體的演變

然而,1958年8月,另一個重大的里程碑出現了,它就是德州儀器的Jack Kilby將分離的電晶體和器件集成到一個鍺片上,向人類展示了第一片集成電路;次年,飛兆半導體的Robert Noycy發明了平面工藝技術,使得集成電路可量產化,從此,人類從半導體的「發明時代」進入了「量產時代」。儘管很多人認為是Jack Kilby發明了集成電路,但由於Robert Noycy發明了製造性更強的集成電路,他與Jack Kilby一起理應被稱為集成電路的共同發明人。

集成電路發明之後的50年又有哪些人和事是我們不能忘懷的呢?

領先半導體公司CEO談50年來半導體產業最重要的里程碑:

半導體產業CEO談里程碑

LSI的執行長Abhi Talwalkar:人們常說,我們今天之所以能夠取得如此輝煌的成就,是因為我們站在前輩巨人的肩膀上。在我們慶祝電晶體,這一20世紀無疑最重要的發明誕生之際這句話尤其適合。 幸運的是,發明電晶體的創新精神今天仍然像過去一樣綻放著進取的光芒。

德州儀器中國區總裁謝兵:雖然William Shockley在1947年發明了電晶體,取代了低效的電子管,但科學家面臨的另一個問題是如何將更多的電晶體集成在一塊電路中。Jack Kilby的發明不僅開創了電子技術歷史的新紀元,也徹底改變了人類的生活方式。1971年,全球第一個單晶片微處理器問世從此打開機器設備像個人電腦一樣可嵌入智能的未來之路。1982年,德州儀器研發出全球第一枚數位訊號處理器(DSP)TMS320,該處理器採用32位算術邏輯單元,每秒能處理500萬條指令(MIPS),與當時許多大型計算機的速度不相伯仲。這項發明開啟了數字世界的無限可能。

美國國家半導體亞太區副總裁暨董事總經理祁驊天:1965年Bob Widlar發明的運算放大器具有重大意義,因為它是模擬器件的基本構成部分。

安森美半導體執行副總裁兼營運長John Nelson:1963年F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術;1965年Gordon Moore提出摩爾定律,它預測了矽晶片每隔18個月集成度就會翻一番。CMOS器件的發明有效地實踐了摩爾定律。

英飛凌科技亞太私人有限公司總裁兼執行董事潘先弟:1970年,英特爾推出第一片DRAM;次年,英特爾推出SRAM和EPROM,和第一片微處理器4004。記憶體晶片和微處理器的發明,決定了半導體工業發展的方向。

瑞薩半導體管理(中國)有限公司CEO山村雅宏:20世紀80年代,日本製造商在半導體產業中處於領先地位,他們採用基於DRAM的IDM商業模式。日本人幾乎占領了全球半導體市場的半壁江山。他們以全面出擊的策略來擴張業務,利用成功的內存業務為其創造資源,在MCU、ASIC、分立器件多個市場進行擴張;到了90年代,PC在全球普及,日本製造商的風頭減弱,其它IC廠商通過把資源集中到PC業務而取得長足發展。英特爾和德州儀器等美國製造商恢復生機。特別是英特爾,通過專心致志地搞MPU,從NEC手中奪得了全球第一的排名。同時,韓國和台灣廠商也把有限的資源集中到核心競爭力上面,加入了競爭;到了21世紀,除了PC以外,汽車和手機等產業對半導體的需求浮現,專注於系統方案的LSI廠商隨之復甦。結果,新市場開始出現,它不同於源自MPU或者內存專業廠商的市場。展望未來,我們相信2010年左右將出現半導體產業的下一個重要里程碑:即進入半導體無處不在的時代——需要大量半導體把一切設備連接起來。

Altera高級副總裁Don Faria:Vinton Cerf和Darpa在1973年發明網際網路,徹底改變了我們的生活方式。網際網路及其帶來的一切應用的核心是半導體技術。Altera在1983年發明第一個可重編程晶片(PLD),允許工程師對其設計進行重新編程、修改和升級,而且不需額外成本。

凌陽科技股份有限公司副總經理沈文義:1980年,IBM PC XT問世,畫出產業標準的大道(Wintel),加速半導體技術發展的進程,讓摩爾定律得以持續。Apple II個人計算機的問世,實現人人有計算機的世界。

賽靈思CTO Ivo Bolsens:1984年賽靈思發明第一塊現場可編程器件FPGA;其創始人Bernie Vonderschmitt開創了無廠模式,後來世界上的多數領先半導體廠商都接受了這種模式。

博通公司主席兼CEO Henry Samueli:1987年台積電建立,成為全球第一家純粹的晶圓代工廠,促進了無晶圓半導體產業的繁榮。

Microchip大中國區市場營運經理曹介龍:1988年,精簡指令集晶片(RISC)技術實現商業化,支持速度更快和占用內存更少的優勢。

中星微電子CTO楊曉東:1988年16M DRAM問世,1平方厘米大小的矽片上集成有3,500萬個電晶體,標誌著半導體產業進入超大規模集成電路(ULSI)階段。

MIPS科技市場副總裁Jack Browne:1997年華潤上華(CSMC)的成立在中國開創了開放式代工模式。

瀾起科技董事長兼CEO楊崇和:中國909計劃和華虹集團的成立,標誌著當代半導體產業在中國大陸的開始。

聖邦微電子總裁張世龍:2005年中星微電子在納斯達克成功上市無疑是中國半導體產業的一個重大事件,風險投資在其後的一年多時間裡對中國半導體行業空前關注和看好。

恩智浦半導體大中華區區域執行官葉昱良:2006年,私募基金加入半導體行業是一個里程碑。這會變成一種趨勢,這個趨勢基於大者恆大的定論, 在IC產業通常也只有前5強才能生存。

應用材料公司副總裁姚公達博士:半導體技術的發展也對其他鄰近產業的發展起到了積極的影響。舉個例子來說,平板顯示器的生產中很多工藝技術都是來源於半導體製造技術;對於新興的太陽能面板製造業也是一樣,我們在半導體和平板顯示器製造上的薄膜技術也可以借鑑到薄膜太陽能電池的製造上。

展望未來10年,預言半導體產業四大趨勢

1947年12月23日第一塊電晶體在貝爾實驗室誕生,從此人類步入了飛速發展的電子時代。在電晶體技術日新月異的60年里,有太多的技術發明與突破,也有太多為之作出重要貢獻的偉人們,更有半導體產業分分合合、聚聚散散的恩怨情仇,曾經呼風喚雨的公司不再是永遠的霸主。

預言半導體產業四大趨勢

第一大趨勢:30年河「西」,30年河「東」。

回望電晶體誕生這60年,我們可以明顯看到半導體產業明顯向東方遷移的趨勢,特別是從80年代末開始。1987年台積電這個純晶圓代工廠的成立,宣告著半導體製造業開始從西方向東方遷移;90年代初,三星成為全球最大的DRAM廠商,隨後,再成為全球快閃記憶體的最大廠商;90年代中,台灣智原、聯發科、聯詠等一批IC公司從聯電分離出來,吹響了東方IC公司挑戰西方IC公司的號角;進入21世紀,中芯國際帶動中國大陸代工業成長起來,成為另一個製造中心,並且也帶動了中國IC設計業的成長;最後,德州儀器、飛思卡爾、英飛凌、LSI以及ADI等眾多傳統的IDM廠商轉向輕資產模式,放棄獨自建造45nm工廠,而分別與台積電、特許和聯電等合作研製,2008年,在集成電路誕生50周年的這一年,這些傳統IDM公司的45nm產品都將亮相,但是,不是在這些IDM自己的工廠生產,而是在以上亞洲的代工廠里生產。

90nm是一個轉折點,當台積電等代工廠突破了這個節點後,它們已將先進工藝的大旗從IDM手中接了過來,未來,台灣晶圓代工廠在半導體工藝技術上將領先全球,並且成為全球IC產量最大的基地。雖然英特爾仍主宰著PC產業,並繼續IDM模式和領導最先進的工藝,但是,半導體產業的推動力已由PC轉向消費電子。展望未來,不論是在應用推動還是在技術創新上東方都將取代西方成為產業的領導著。全球半導體產業將演義30年河「西」,30年河「東」的歷史大戲。

第二大趨勢:有更多的私募基金加入半導體行業,且IC公司之間的整合加速。

半導體行業將會越來越遵循大者恆大的定律。恩智浦半導體大中華區區域執行官葉昱良指出:「私募基金加入半導體行業是一個趨勢,這個趨勢源起於IC公司會有愈來愈多的整合需求,基於大者恆大的定論,在IC產業通常也只有前5強才能生存。」

在大者恆大定律的驅動下,會有更多半導體公司的整合。其中最值得期待的是台灣與大陸半導體公司之間的整合。義隆電子董事長葉儀晧指出:「因台灣沒有具經濟規模的市場,故不易培養出可以主導新應用的產品規格的大型OEM,而沒有這些有品牌的系統廠商配合時,台灣IC設計公司新產品開發的策略,很自然地大多以跟隨者為主。但中國大陸擁有廣大的市場及具規模的系統廠商,所以台灣IC設計公司與大陸市場及系統公司合作是未來的趨勢。」

凌陽科技股份有限公司副總經理沈文義也認為:「台灣半導體產業已具備成熟的研發技術與完整的上中下游供應鏈,目前礙於==政策,在大陸半導體市場的發展受限,但若海峽兩岸的發展限制能有所改善,台灣與大陸IC廠商結合,在中國半導體市場的發展絕對能占重要地位。」

促成更多半導體公司整合的另一個重要原因是IP需求,隨著半導體產業向高端SoC發展,對IP的需求巨增。但是,對於IP的獲得卻會越來越難。一些擁有豐富IP的半導體廠商並不希望將IP授權出去,正如NXP的葉昱良表示:「事實上,一個公司光靠授權IP是很難長期發展的,所以我們的策略是如何加快我們自己的SoC研發,並且更加靈活的和partner合作。我們擁有大量優秀的IP,我們的挑戰就是如何將這些IP最快地轉化為IC。」(對於ARM來說可能是例外,ARM是只靠授權獲取利潤獲得很好發展的公司)

因此,中小歐美半導體廠商之間整合也會越來越頻繁。希圖視鼎總裁兼CEO劉錦湘分析道:「和10年前相比,矽谷的公司生態環境發生了很大變化。很多公司相互合併,或者大公司把小公司吃掉,很多公司面臨嚴重的生存危機。公司規模越來越大,但公司數量越來越少,每一個市場最終生存下來不會超過三個公司。」

第三大趨勢:歐美廠商不再輕易放棄低利潤市場。

未來10年,半導體產業會逐漸成為一個成熟的產業,一個微利的產業。半導體產業年增長率會從兩位數降到單位數,IC總產量和總銷售額會繼續增加,但利潤率會下降。

在利潤率逐漸下降的趨勢下,歐美半導體廠商不再輕易放棄低利潤的市場。義隆電子董事長葉儀晧說道:「以前歐美日大廠IC的毛利率如果低45%時,他們通常會放棄而漸由台灣IC設計公司取代,他們會轉移到更高毛利的新興應用市場上。但這幾年殺手級的產品並不多,那些大廠不再輕易放棄,且會進行各種Cost Down規劃,以維持市占率及產品的毛利率,讓台灣IC設計公司的競爭愈來愈辛苦。

未來,隨著亞洲成為全球的應用創新與消費中心,歐美廠商在該市場將與中國大陸和台灣的眾多IC公司爭奪一些關鍵領域,而利潤會越來越低。最典型的將是移動多媒體處理器,也稱為應用處理器。此外,模擬IC的利潤也會越來越低。聖邦微電子總裁張世龍表示:「在模擬IC領域,相對技術門檻正在逐年降低。越來越多的台灣和大陸公司開始涉足這一領域。隨著模擬器件市場競爭越來越激烈,傳統歐美公司在模擬器件市場上越來越難以維持其競爭力,只能向更高的系統集成度發展。」

第四大趨勢:分久必合,合久必分。

在2000年前後,眾多的半導體廠商從母公司剝離,包括英飛凌、科勝迅、傑爾、NEC、飛思卡爾以及NXP等。但是剝離出來後的獨立半導體公司活得並不如預期的好,其中不少是連續多年虧損。最典型的是傑爾,不斷出售產品線,最後被被LSI收購。雖然他們有著令人羨慕的技術積累與IP積累,但分離出來後,他們仍嚴重依賴每公司,在開拓新的大牌OEM客戶方面做得並不好。其實,最重要的是,由於SoC向高系統集成發展,在開發大規模的LSI時,仍需要IC公司與OEM的緊密合作。

瑞薩半導體管理(中國)有限公司CEO山村雅宏表示:「在開發大規模LSI方面,我們認為與大型OEM和服務商合作是一個方向。」瑞薩在開發3G手機晶片時就是與六家公司聯合開發的,包括日本最大的電信運營商NTT Docomo和幾家手機製造商。很明顯,聯合開發將帶來IP、開發成本以及開發時間的優勢。「目前半導體製造商難以獨自開發領先的技術。我們必須利用過去的研發資本包括IP、與OEM合作夥伴以及第三方的關係。」

因此,展望未來,大型半導體廠商與OEM會再度整合,但可能是一種鬆散的組合。合久必分,分久必合,這一遠古的名言,用於半導體產業再合適不過。


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