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2020-02-28 19:05 来源:中国贸易新闻

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美国芯片简史:二战后一度被日韩超越 军方曾是大客户

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[摘要]随着日韩等国集成电路的发展,美国的集成电路产业逐渐丧失了先发优势,曾一度被日本超越。但美国政府及时调整战略目标,开始在国家层面积极引导产业转型,果断放弃了DRAM市场,并制定一系列重大战略规划。

编者按:

近日,芯片又一次成为了全民关注的热点话题。在5G已经逐步商用化、AI大量应用的今天,芯片对于一个科技企业来说的重要性已经不言而喻。

腾讯科技近日发起系列策划,聚焦各个芯片大国的发展历程。第四期:《美国芯片简史》。来源、作者:知乎专栏、功烨。

美国加州硅谷是世界集成电路产业的发源地,也是美国集成电路产业的核心地区,此外,美国南部的得克萨斯州、亚利桑那州,以及东海岸的马里兰州也是集成电路产业较为集中的地区。

美国早期集成电路产业发展的动力是军事国防。发展至今,美国的集成电路产业已经拥有全球最大的产业规模,同时也是最先进的技术。从诞生开始,美国主要的集成电路产业代表企业均是拥有设计、制造一体的IDM,如英特尔,仙童,德州仪器,AMD,飞思卡尔等。虽然在发展过程中经历多次起伏,但其代表企业还是以IDM为主,伴随同样具有领先地位的fabless设计公司和设备供应商,如高通,应用材料等。因此,就产业发展模式而言,美国是典型的以IDM为基础的技术先导型发展模式。

集成电路于20世纪中叶,其发明者是仙童公司的Robert和德州仪器的Kilby,他们几乎同时发明集成电路,并由此改变了全世界集成电路产业的发展历史。为什么集成电路诞生在美国?二战结束后,美国靠着强大的经济和科技基础,成为超级大国,早在20世纪四十年代,美国贝尔实验室就首先发明了晶体管,奠定了集成电路发展的基础,随后结型晶体管、场效应晶体管、离子注入工艺、扩散工艺被发明出来,集成电路产业在美国横空出世已经是情理之中。

以美国为代表的集成电路产业发展也不是一帆风顺,虽然起步较早,但主要产品应用于电脑的存储器和中央处理器,随着日韩等国集成电路的发展,美国的集成电路产业逐渐丧失了先发优势,曾一度被日本超越。但美国政府及时调整战略目标,开始在国家层面积极引导产业转型,果断放弃了DRAM市场,并制定一系列重大战略规划,从而使美国的集成电路创新能力和产能达到极大的提升。

美国在1984年颁布了国家合作研究方案(NCRA),重点支持国防用集成电路领域、资源聚焦于包括集成电路在内的信息技术。1987年,由美国IBM,TI和HP等13个成员发起成立了集成电路制造技术R&D战略联盟为核心,逐渐形成政府、国家研究机构、大学和民间研究机构及企业之间的联合开发体制和机制。这套体制在美国集成电路产业发展的各个阶段都发挥了突出的作用,形成了从国家研究机构及其实验室,向产业转移,形成商业化、产业化的国家创新体系。下面以德州仪器和因特尔为例具体分析美国集成电路产业的发展。

德州仪器是一家位于美国得克萨斯州的跨国公司,以开发、制造、销售集成电路和计算机技术闻名于世,主要在数字信号处理与模拟电路方面。它在25个国家有制造、设计、销售公司,是世界上第三大集成电路制造商,仅次于因特尔和三星,也是蜂窝手机的第二大芯片供应商,仅次于高通,同时也是世界范围内的第一大数字信号处理器和模拟集成电路组件的制造商,其产品包括计算机,单片机以及多核处理器。

德州仪器于1951年创立,它由地球物理业务公司重组而成,刚开始生产地政工业和国防电子相关设备,后来开始研究晶体管,制造出世界上第一个商用硅晶体管。1954年,TI研发制造了第一台晶体管收音机,1958年,在TI工作的Jack Kilby发明了集成电路。世界上第一台便携式计算器由TI于1967年发明,20世纪70,80年代公司业务集中于家用电子产品,家用电脑以及各种传感器。

2011年收购美国国家半导体公司之后,TI拥有由约45000种模拟电路元器件生产厂商,今天的德州仪器在包括数字信号处理器、数字模拟转换器、模拟集成电路等不同产品领域占据领先位置,无线通信也是德州仪器的一个焦点,目前全球约大约50%的移动电话装有德州仪器生产的芯片。

英特尔公司的集成电路产品在其几十年的发展过程中,随着市场的发展和竞争对手的压力,其主流产品也先后经历多次调整。早期产品主要是各类存储芯片,如SRAM和DRAM等。

虽然早在20世纪70年代初,因特尔就已经研发出微处理器产品,但直到20世纪90年代之前,各类存储器产品仍然是其主要营收来源。

后来在日本等竞争对手的巨大压力下,英特尔做出了向PC微处理器产品转型的战略决策,后来发展证明了这个决策的正确性,因特尔称为PC微处理器的绝对领导者,其产品和技术的发展引领了整个PC产业的发展。

近些年来,随着PC市场的饱和,移动互联网时代的到来,微处理器产品利润下滑,英特尔也在寻求业务转型。由于错过了智能手机时代,这些转型并没有表现出预想的结果。

下面总结美国集成电路产业发展的启示。

首先是政府扶持,产、学、研一体的发展模式。在集成电路产业出现的早期,美国的国防军事部门购买了其国内集成电路企业的绝大数产品,到20世纪70年代,其国内集成电路企业近一半的产品被军工部门所购买。20世纪80年代,在美国出现的许多半民间型顾问公司,大多由政府、企业和大学联合投资。这种发展模式极大地促进了美国在集成电路产业方面领先的发展,也是美国科技先导型技术模式实现的重要基石。

然后是制定先进技术计划。在美国集成电路产业发展历程中,政府把振兴集成电路产业作为国家发展战略,和企业联盟先后制定了多个技术计划,这些先进技术计划的实施对美国维持其集成电路产业在全球的领先地位提供了重要的保障,下面简单介绍:

1.Sematech计划

在1984年美国颁布的《国家研究法案(NCRA)》规范下,由美国IBM、TI和HP等13个成员发起成立了半导体制造技术R&D战略联盟,并启动了Sematech计划。该计划分两个阶段,前后有700名研发人员参加,每年投入2亿美元。Sematech计划主攻IC制造工艺与设备,1996年美国生产出全球第一块12寸晶圆,该计划的运作使美国集成电路技术重新回到世界第一的竞争地位。1994年美国联邦政府停止对Sematech计划的资金支持,联盟也演变成非盈利性机构,研究任务和经费完全来源于成员企业。

2.NII计划

“美国国家信息基础实施顾问委员会”和“信息基础实施特别工作小组”是1992年根据布什总统签署总统命令成立的,这两个组织的成立主要是保障国家信息基础实施计划(NII)的顺利实施(即“信息高速公路”计划)。

NII计划的投资结构由政府和民间投资组成,该计划的实施使美国建立了一个覆盖全美国的宽带高速信息网,促进了信息化服务网络的改善。与此同时,项目的实施极大促进了对信息设备的需求,该需求大大促进了美国集成电路产业的大发展。

3.NNI计划

二十一世纪初,美国提出和实施国家纳米技术计划(NNI),并成立国家纳米技术协调办公室和由总统任命的纳米科技顾问委员会。2003年美国颁布《21世纪纳米技术研究开发法案》将NNI计划自助的项目纳入了美国法律体系,NNI计划的实施对跨部门的纳米技术研发项目提供了持续地支持,建立了跨学科研究中心和先进的技术实施。NNI计划是美国确保在21世纪上半叶占据世纪纳米科技发展领导地位的重要保障。

美国集成电路产业的发展及其在全球的领先地位,得益于美国政府在战略发展方面的指导性政策、科技先导的技术发展模式以及全球最大的集成电路产品市场规模,这些成功经验对中国集成电路产业发展具有借鉴意义。

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