集成電路是電子信息產業(yè)的的基石,電子信息產業(yè)對國民經濟與社會發(fā)展具有重大推動作用。從全球集成電路產業(yè)發(fā)展歷程來看,在美國、歐盟、韓國、日本的產業(yè)發(fā)展、崛起和形成的產業(yè)結構過程中,都得到政府長期、持續(xù)地大力支持。
美國一直領先全球集成電路產業(yè)發(fā)展,美國廠商在世界集成電路市場中所占比例也一直保持在60%以上。20世紀80年代,美國在全世界集成電路產業(yè)的領先地位逐漸喪失,并慢慢被日本超越。通過幾年的努力,美國于20世紀90年代初又奪回在集成電路領域的霸主地位。截止2018年,全球前15大半導體廠商中,美國企業(yè)的數(shù)量達到7家。
美國加州硅谷是世界集成電路產業(yè)的發(fā)源地,也是美國集成電路產業(yè)的核心地區(qū),此外,美國南部的得克薩斯州、亞利桑那州,以及東海岸的馬里蘭州也是集成電路產業(yè)較為集中的地區(qū)。
美國早期集成電路產業(yè)發(fā)展的動力是軍事國防。發(fā)展至今,美國的集成電路產業(yè)已經擁有全球最大的產業(yè)規(guī)模,同時也是最先進的技術。從誕生開始,美國主要的集成電路產業(yè)代表企業(yè)均是擁有設計、制造一體的IDM,如英特爾,仙童,德州儀器,AMD,飛思卡爾等。雖然在發(fā)展過程中經歷多次起伏,但其代表企業(yè)還是以IDM為主,伴隨同樣具有領先地位的fabless設計公司和設備供應商,如高通,應用材料等。因此,就產業(yè)發(fā)展模式而言,美國是典型的以IDM為基礎的技術先導型發(fā)展模式。
集成電路于20世紀中葉,其發(fā)明者是仙童公司的Robert和德州儀器的Kilby,他們幾乎同時發(fā)明集成電路,并由此改變了全世界集成電路產業(yè)的發(fā)展歷史。為什么集成電路誕生在美國?二戰(zhàn)結束后,美國靠著強大的經濟和科技基礎,成為超級大國,早在20世紀四十年代,美國貝爾實驗室就首先發(fā)明了晶體管,奠定了集成電路發(fā)展的基礎,隨后結型晶體管、場效應晶體管、離子注入工藝、擴散工藝被發(fā)明出來,集成電路產業(yè)在美國橫空出世已經是情理之中。
以美國為代表的集成電路產業(yè)發(fā)展也不是一帆風順,雖然起步較早,但主要產品應用于電腦的存儲器和中央處理器,隨著日韓等國集成電路的發(fā)展,美國的集成電路產業(yè)逐漸喪失了先發(fā)優(yōu)勢,曾一度被日本超越。但美國政府及時調整戰(zhàn)略目標,開始在國家層面積極引導產業(yè)轉型,果斷放棄了DRAM市場,并制定一系列重大戰(zhàn)略規(guī)劃,從而使美國的集成電路創(chuàng)新能力和產能達到極大的提升。
美國在1984年頒布了國家合作研究方案(NCRA),重點支持國防用集成電路領域、資源聚焦于包括集成電路在內的信息技術。1987年,由美國IBM,TI和HP等13個成員發(fā)起成立了集成電路制造技術R&D戰(zhàn)略聯(lián)盟為核心,逐漸形成政府、國家研究機構、大學和民間研究機構及企業(yè)之間的聯(lián)合開發(fā)體制和機制。這套體制在美國集成電路產業(yè)發(fā)展的各個階段都發(fā)揮了突出的作用,形成了從國家研究機構及其實驗室,向產業(yè)轉移,形成商業(yè)化、產業(yè)化的國家創(chuàng)新體系。下面以德州儀器和因特爾為例具體分析美國集成電路產業(yè)的發(fā)展。
德州儀器是一家位于美國得克薩斯州的跨國公司,以開發(fā)、制造、銷售集成電路和計算機技術聞名于世,主要在數(shù)字信號處理與模擬電路方面。它在25個國家有制造、設計、銷售公司,是世界上第三大集成電路制造商,僅次于因特爾和三星,也是蜂窩手機的第二大芯片供應商,僅次于高通,同時也是世界范圍內的第一大數(shù)字信號處理器和模擬集成電路組件的制造商,其產品包括計算機,單片機以及多核處理器。
德州儀器于1951年創(chuàng)立,它由地球物理業(yè)務公司重組而成,剛開始生產地政工業(yè)和國防電子相關設備,后來開始研究晶體管,制造出世界上第一個商用硅晶體管。1954年,TI研發(fā)制造了第一臺晶體管收音機,1958年,在TI工作的Jack Kilby發(fā)明了集成電路。世界上第一臺便攜式計算器由TI于1967年發(fā)明,20世紀70,80年代公司業(yè)務集中于家用電子產品,家用電腦以及各種傳感器。
2011年收購美國國家半導體公司之后,TI擁有由約45000種模擬電路元器件生產廠商,今天的德州儀器在包括數(shù)字信號處理器、數(shù)字模擬轉換器、模擬集成電路等不同產品領域占據(jù)領先位置,無線通信也是德州儀器的一個焦點,目前全球約大約50%的移動電話裝有德州儀器生產的芯片。
英特爾公司的集成電路產品在其幾十年的發(fā)展過程中,隨著市場的發(fā)展和競爭對手的壓力,其主流產品也先后經歷多次調整。早期產品主要是各類存儲芯片,如SRAM和DRAM等。
雖然早在20世紀70年代初,因特爾就已經研發(fā)出微處理器產品,但直到20世紀90年代之前,各類存儲器產品仍然是其主要營收來源。
后來在日本等競爭對手的巨大壓力下,英特爾做出了向PC微處理器產品轉型的戰(zhàn)略決策,后來發(fā)展證明了這個決策的正確性,因特爾稱為PC微處理器的絕對領導者,其產品和技術的發(fā)展引領了整個PC產業(yè)的發(fā)展。
近些年來,隨著PC市場的飽和,移動互聯(lián)網時代的到來,微處理器產品利潤下滑,英特爾也在尋求業(yè)務轉型。由于錯過了智能手機時代,這些轉型并沒有表現(xiàn)出預想的結果。
下面總結美國集成電路產業(yè)發(fā)展的啟示。
首先是政府扶持,產、學、研一體的發(fā)展模式。在集成電路產業(yè)出現(xiàn)的早期,美國的國防軍事部門購買了其國內集成電路企業(yè)的絕大數(shù)產品,到20世紀70年代,其國內集成電路企業(yè)近一半的產品被軍工部門所購買。20世紀80年代,在美國出現(xiàn)的許多半民間型顧問公司,大多由政府、企業(yè)和大學聯(lián)合投資。這種發(fā)展模式極大地促進了美國在集成電路產業(yè)方面領先的發(fā)展,也是美國科技先導型技術模式實現(xiàn)的重要基石。
然后是制定先進技術計劃。在美國集成電路產業(yè)發(fā)展歷程中,政府把振興集成電路產業(yè)作為國家發(fā)展戰(zhàn)略,和企業(yè)聯(lián)盟先后制定了多個技術計劃,這些先進技術計劃的實施對美國維持其集成電路產業(yè)在全球的領先地位提供了重要的保障,下面簡單介紹:
1.Sematech計劃
在1984年美國頒布的《國家研究法案(NCRA)》規(guī)范下,由美國IBM、TI和HP等13個成員發(fā)起成立了半導體制造技術R&D戰(zhàn)略聯(lián)盟,并啟動了Sematech計劃。該計劃分兩個階段,前后有700名研發(fā)人員參加,每年投入2億美元。Sematech計劃主攻IC制造工藝與設備,1996年美國生產出全球第一塊12寸晶圓,該計劃的運作使美國集成電路技術重新回到世界第一的競爭地位。1994年美國聯(lián)邦政府停止對Sematech計劃的資金支持,聯(lián)盟也演變成非盈利性機構,研究任務和經費完全來源于成員企業(yè)。
2.NII計劃
“美國國家信息基礎實施顧問委員會”和“信息基礎實施特別工作小組”是1992年根據(jù)布什總統(tǒng)簽署總統(tǒng)命令成立的,這兩個組織的成立主要是保障國家信息基礎實施計劃(NII)的順利實施(即“信息高速公路”計劃)。
NII計劃的投資結構由政府和民間投資組成,該計劃的實施使美國建立了一個覆蓋全美國的寬帶高速信息網,促進了信息化服務網絡的改善。與此同時,項目的實施極大促進了對信息設備的需求,該需求大大促進了美國集成電路產業(yè)的大發(fā)展。
3.NNI計劃
二十一世紀初,美國提出和實施國家納米技術計劃(NNI),并成立國家納米技術協(xié)調辦公室和由總統(tǒng)任命的納米科技顧問委員會。2003年美國頒布《21世紀納米技術研究開發(fā)法案》將NNI計劃自助的項目納入了美國法律體系,NNI計劃的實施對跨部門的納米技術研發(fā)項目提供了持續(xù)地支持,建立了跨學科研究中心和先進的技術實施。NNI計劃是美國確保在21世紀上半葉占據(jù)世紀納米科技發(fā)展領導地位的重要保障。
美國集成電路產業(yè)的發(fā)展及其在全球的領先地位,得益于美國政府在戰(zhàn)略發(fā)展方面的指導性政策、科技先導的技術發(fā)展模式以及全球最大的集成電路產品市場規(guī)模,這些成功經驗對中國集成電路產業(yè)發(fā)展具有借鑒意義。
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原文標題:《美國芯片簡史》:軍方大力扶持的產物
文章出處:【微信號:icunion,微信公眾號:半導體行業(yè)聯(lián)盟】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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