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芯片历史的4次拐点,一部后发者崛起史

AI报道  · 公众号  · 大数据  · 2019-06-16 09:00

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在外部条件有利时,不断引进技术,获得存储器领域的绝对优势。


乘着战后美国“援日抗苏”的有利外部条件,日本从50年代开始 以低价获取了大量美国技术的授权


1953年,日本“东京通信工程株式会社”在晶体管专利被受理仅5年后,以900万日元 (约2.5万美元) 的低价从西屋电器引进了 晶体管技术 ——要知道肖克利最初研发晶体管时,贝尔实验室在其上连续砸了2.23亿美元 (用于1948-1957的连续研发和优化,其中美国军方承担了近40%的费用)

借助晶体管技术,东京通信在1955年发布了第一款袖珍收音机TR-55,公司也正式更名为索尼。“索尼大法”由此发扬光大,成就一代传奇电子企业。

当时,去纽约与西屋签约的索尼联合创始人盛田昭夫在逛了帝国大厦、布鲁克林大桥后,曾向同行友人感叹:

“日本和这样的国家交战,真是鲁莽呀!”

不过20年后,日本就在半导体存储器领域和美国打了一场惊人的大战, 这得益于日本在60年代引进的另一项技术:集成电路。

日后成为日本半导体霸主的NEC在1962年从美国仙童半导体公司购买了平面光刻生产工艺,解决了集成电路制造生产的问题,效果立竿见影:

1961年,NEC集成电路的产量只有50块,1962年暴增至1.18万块,1965年达到了5万块。

同一时期,日立与RCA,通用电气和东芝纷纷签订了技术转让协议;索尼和德州仪器也在历经4年磋商后,于1968年在日本成立了各自占股50%的合资公司。

日本采取了 “以市场换技术” 套路,成立合资公司的条件就是德州仪器必须在3年内向日本公布与IC制成相关的专利。

于是,外有“向先进学习”的敏锐抓手,内有举国体制下的“VLSI计划”,这一系列举措,打下了日本在70年代埋头苦干、80年代一鸣惊人的基础。

从1980年到1984年,日本半导体对美国的出口额从不到90亿日元,增至400多亿日元, 陡峭的上扬曲线震动世界

1985年的出口量下降与美国启动针对日本存储器的“反倾销诉讼”有关

由此,日本成了半导体史上的第一次“产业转移”的赢家,夺得了 存储器市场 的垄断地位;而美国顶尖公司如英特尔,则转向了技术壁垒更高的 CPU领域

不过,日本半导体的辉煌是短暂的。

90年代,日本半导体产业开始节节败退——韩国成了新一代存储器霸主:1992年,三星将NEC挤下DRAM世界第一的宝座;2000年前后,富士通和东芝先后宣布从DRAM市场退出。

这背后有诸多原因:

在外,美国像如今对付中国一样,对日本耍起了“贸易战” :通过1985年的反倾销诉讼、1986年的《美日半导体协议》、1991年的《日美半导体协议》,全面打压日本半导体产业; 在内,日本在80年代末达到泡沫经济顶峰 ,资本大量流向房地产,减少了对技术领域的投资。

而另一个常被忽略的关键原因是, 日本错失了一个萌芽于上世纪80年代的半导体产业新趋势

这一回合,台湾和韩国却抓住了机会。



2.第2、3次拐点:分工裂变,韩、台逆袭

台湾和韩国逆袭的故事,源自 一场涉及美、欧、亚多国的半导体行业“分工裂变”

一切的开端仍是不起眼的小事:诞生于欧亚大陆两端的两家小公司——台积电和ARM。

成立于1987年的台积电开创了 Foundry模式 ,即只进行芯片生产制造的晶元代工厂。

而3年后,诞生于英国剑桥一座谷仓里的ARM,又开创了另一种全新的商业模式: IP授权

Foundry和IP授权的出现,是偶然中的必然。

从集成电路商用化的60年代开始, 半导体产业就像细胞生长一样经历着“裂变”——从垂直整合到垂直分工,分工越来越细,各环节越来越专业

第一次重要裂变发生在70年代:半导体和软件行业从计算机中分化出来。

行业的初始状态,是 “一个公司造所有”的高度垂直整合

比如IBM蓝色巨人,既自己造计算机用的芯片,还做操作系统、软件,同时生产计算机终端。

在1961年底IBM启动的“System-360”项目中,凭一己之力,IBM就攻克了指令集、集成电路、可兼容操作系统、数据库等软硬件多道难关,获得了300多项专利。

而到70年代,随着技术进一步普及、市场对软件需求的增加, 软件开始成为单独的行业 ;微软 (1975年成立) 、甲骨文 (1977年成立) 等公司陆续出现。

这同时催生了半导体从计算机中分化,产生了一批主要做 芯片硬件 (芯片设计、制造、封装测试) 的公司,英特尔 (1968年成立) 是其中代表。

在1970年代开始萌发的PC (个人电脑) 市场上,英特尔与微软的“Wintel联盟”悄然生长,前者做计算机CPU,后者做Windows操作系统,软硬配合,逐渐获得了垄断地位。

这又带来半导体产业的一个重要生态现象:“指令集壁垒”。

有种说法是:三流公司做产品,二流公司做品牌,一流公司做标准。指令集,就是芯片硬件和底层软件代码之间沟通的一套“标准”。

就像只有灰姑娘能穿上水晶鞋:相应的软件操作系统,通过相应的指令集跑在相应的芯片上,才能达到最佳效果。因此指令集和操作系统之间能形成其他玩家难以攻破的生态联合。

随PC浪潮崛起的 英特尔,是第一个建立起了“指令集壁垒”的公司

PC时代之前的小型机主要在数据中心处理专业的计算工作,市场分散,操作系统常常是各做各的 (或在开源系统上做优化) ,井水不犯河水;指令集也各自为营,IBM有Power,Sun有SPARC,DEC有Alpha等等。

随着PC时代到来,大量个体沟通、协作的需求开始涌现,操作系统市场开始向头部玩家集中,Windows最终突出重围,坐上了“铁王座”;与之绑定的英特尔x86指令集也跟着取得“指令集霸权”。

2000年之后,英特尔又进一步利用自己在PC市场出货量大、成本低的优势,向更高端的“小型机服务器市场”进军,以价格战打败了Power、SPARC、Alpha等老牌指令集,改写了整个服务器市场的生态基础。

对x86指令集这一电子产业基础性标准的掌控,也让英特尔多年来屹立不倒,连续25年 (1991-2017) 登顶全球半导体第一厂商的宝座。

这便是行业第一次裂变时,新一代“软硬双打”撂倒老一代垂直型巨人的故事。

但在芯片制造内部,英特尔仍是一家“垂直整合”的公司:自己做指令集,自己在指令集上设计IP核,自己做生产制造。

这就给第二次分工裂变创造了空间

上世纪90年代之后,台积电的Foundry模式+ARM的IP授权模式兴起,打碎了英特尔的“垂直整合”。半导体产业 上游的IP研发、设计和下游的制造 各自分化成了单独的行业。

ARM能产生IP授权的奇思妙想,也得感谢英特尔。

1981年,ARM的前身Acorn计算机公司想生产一款供英国中小学校使用的电脑,向英特尔求助,希望能购买80286处理器的设计资料和样品,但英特尔没搭理它。

Acorn于是基于当时学界提出的RISC精简指令集概念 (英特尔x86使用的是CISC复杂指令集) ,研发了一颗32位、6M Hz,使用自研指令集的处理器,命名为ARM。

到1990年,已更名为ARM的新公司开始专注于半导体业务。但英特尔等厂商已占据了大量市场,直接卖芯片的ARM生意惨淡,被迫踏上一条新路: 自己不生产芯片,只将IP核授权给其他公司。

欧亚大陆的另一端,台积电的成功则得益于其创始人张忠谋在德州仪器积累了丰富的半导体工厂建造与管理经验。

与开头提到的日本通过引进技术发展存储器;英特尔因为完成日本客户订单阴差阳错开启CPU市场一样, 全球技术、人才的自由流动,再次促进了整个产业的进化。


进化是不可逆的。


Foundry和IP授权模式的诞生,永久地改变了世界半导体产业的版图——它大大降低了半导体产业的准入门槛。

在高度垂直整合的60年代,IBM为开发System-360,在3年多时间里投入了52.5亿美元, 开支甚至超过造出原子弹的曼哈顿计划。 实力雄厚如IBM也差点被这个项目搞得资金链差点断裂,其他小厂家更是被完全挡在了电子产业的门外。







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