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朱軍山博士:半導(dǎo)體行業(yè),由象牙塔到大眾化

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2021-04-10


世界半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)過60 年的發(fā)展,逐漸由一個(gè)高科技行業(yè)走下神壇,日日成為大眾化的產(chǎn)業(yè),昔日的光環(huán)正在褪去,高科技的帽子正在摘去,無論是設(shè)計(jì),晶圓制造,還是封裝,正在成為普通制造的一個(gè)環(huán)節(jié),這是一個(gè)大的趨勢(shì),也是擺在所有行業(yè)人士面前的現(xiàn)實(shí)問題。

半導(dǎo)體的歷史始于斯坦福大學(xué)的肖克利教授等人發(fā)明的晶體管,由此取代電子管成為信號(hào)放大的核心器件,發(fā)展之初只用于軍事,比如雷達(dá)信號(hào)放大和顯示,短波信號(hào)的發(fā)射和接受等等,初期訂單只依賴于軍方,制造者則是肖克利實(shí)驗(yàn)室,員工是實(shí)驗(yàn)室的幾名博士生。后來這些博士因?yàn)楦た死庖姴缓希氤闪⒁患易约旱墓緦iT生產(chǎn)這些器件,但是找不到合適的投資人, 他們找到仙童照相館老板,讓這家照相連鎖企業(yè)投資;但是仙童的老板并不知道半導(dǎo)體是什么東西,只知道肖克利的名望和這8個(gè)博士的厲害,因此愉快地答應(yīng)了。這就是世界第一家半導(dǎo)體公司,由照相館公司控股,名字也叫仙童,仙童照相館總共投給仙童半導(dǎo)體300萬美元左右,使這家半導(dǎo)體公司一度成為世界最大的功率器件公司,照相館每年從半導(dǎo)體公司的分紅在1億美元左右。后來這八個(gè)叛逆的博士又紛紛離開仙童創(chuàng)辦其他的半導(dǎo)體公司,比如赫赫有名的INTEL公司就是由其中的八叛逆中的2個(gè)博士創(chuàng)辦,雖然時(shí)間比仙童晚了10年,但是因?yàn)檫x對(duì)了產(chǎn)品,發(fā)展卻超過其他公司。今天INTEL的銷售額和利潤都是仙童的十倍以上,大名鼎鼎的戈登.摩爾(摩爾定理的發(fā)明人)至今還是INTEL董事。

在20 世紀(jì)的最后40 年,即從1960 年到2000年,半導(dǎo)體一直是全球公認(rèn)的高科技行業(yè)。由于這個(gè)行業(yè)的發(fā)展,更是引爆了全球工業(yè)革命,造就了今天人們熟知的電子化、信息化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)等等,引爆的中心在美國硅谷;由于半導(dǎo)體相關(guān)公司日新月異的新技術(shù)出現(xiàn),傳奇色彩籠罩在技術(shù)領(lǐng)域。從1975---1990年這十五年間,在斯坦福大學(xué)周圍的別墅地下室,以及圣何賽的普通寫字樓里,誕生了數(shù)以千計(jì)的各式各樣的高科技電子公司,其中一些今天已經(jīng)家喻戶曉,比如AMD公司,SEAGATE等等。當(dāng)時(shí)在硅谷,昨天還默默無聞的工程師今天就可能在風(fēng)險(xiǎn)投資公司的支持下身價(jià)過億,甚至一名前臺(tái)文員在求職時(shí),都會(huì)問一句:公司給股票嗎?各地渴望財(cái)富神話的風(fēng)險(xiǎn)投資公司深入酒吧、餐廳、各種會(huì)議,隨時(shí)獵取投資對(duì)象,然后財(cái)富神話在這些工程師身上發(fā)酵,新的富豪不斷出現(xiàn)。

技術(shù)神話伴隨財(cái)富神話一起在硅谷上空飄蕩,昨天研究小組還在討論四位單片微處理電腦芯片,今天八位單片微處理電腦芯片的報(bào)道出來啦;昨天還在討論1K儲(chǔ)存器,今天全新2K儲(chǔ)存器出來了。工程師和科學(xué)家們先是在用模擬工藝把微電子制造技術(shù)發(fā)展到極致,音頻芯片、傳感器、功率器件層出不窮,使全世界認(rèn)為半導(dǎo)體技術(shù)達(dá)到了無法超越的巔峰。然而,隨后出現(xiàn)的一種新工藝---MOS器件工藝,很快改變?nèi)藗兊目捶?。MOS這種主要用在數(shù)字器件的工藝給數(shù)字化處理器件和儲(chǔ)存器帶來劃時(shí)代的變革,過去引以自豪的模擬器件工藝,即雙極工藝逐漸成為了昨日黃花;80年代舊金山高速公路邊巨大廣告牌說:模擬器件正在死去。當(dāng)時(shí)人們以為是廣告設(shè)計(jì)者和模擬器件公司癲狂之作,今天看來一點(diǎn)也不癲狂。今天人們很容易把一個(gè)圖書館的資料內(nèi)容存儲(chǔ)在一個(gè)手機(jī)一樣大的盒子里面,主要功勞就是MOS器件工藝,用MOS工藝制作的器件占所有半導(dǎo)體器件的80% 。

技術(shù)神話的演繹超越人們想象,微米級(jí)線寬,這個(gè)八十年代半導(dǎo)體工程師追求的器件結(jié)構(gòu)線寬,在這個(gè)名詞還沒有完全被聽懂的時(shí)候,很快就被亞微米替代,亞微米就是器件線寬小于1微米。對(duì)普通人來說是一個(gè)名詞的改變,說者一種技術(shù)的進(jìn)步,但是對(duì)專業(yè)人員來說,是全世界幾千個(gè)工程師在全世界各地實(shí)驗(yàn)室和各高科技公司刻苦攻關(guān)的結(jié)果,每人貢獻(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn),共同努力才達(dá)到;他們有些人在研發(fā)設(shè)備,有些人在研發(fā)材料,有些人在研發(fā)工藝,而其中的投資更是以百億美元計(jì)。當(dāng)亞微米被認(rèn)為是人類能夠?qū)崿F(xiàn)的最小器件線寬時(shí),深亞微米,即0.5微米以下線寬的工藝又出來了,今天的最新工藝是90納米。過去科學(xué)家認(rèn)為人類不可能制造小于紫外線波長(200納米左右)線寬的器件,因?yàn)闊o法光刻,這是半導(dǎo)體制造基本工序。

半導(dǎo)體神話不僅停留在舊金山灣的硅谷,由硅谷進(jìn)一步走上全世界。各大國都有自己的半導(dǎo)體工業(yè)振興計(jì)劃,由此而出現(xiàn)了歐洲、日本、臺(tái)灣、韓國的半導(dǎo)體工業(yè),其中日本上升最快。80年代中后期,日本半導(dǎo)體差不多可以與美國匹敵;硅谷傳奇故事一直到二十一世紀(jì)才漸漸趨于平淡,半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)在全世界遍地開花,世界很多地方出現(xiàn)了跟硅谷一樣兩層寬大的凈化廠房,這是生產(chǎn)半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)廠房。

但是隨著行業(yè)規(guī)模和技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一系列的裂變。先是行業(yè)內(nèi)部裂變。當(dāng)一個(gè)新工廠的投資越來越大時(shí),僅僅靠一家公司已經(jīng)很難支持。八十年代,一個(gè)完整產(chǎn)品制造過程的半導(dǎo)體工廠,包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、晶圓封裝三個(gè)工序,總投資在5到10億美元;90年代,這個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到50到100億;二十一世紀(jì),更是達(dá)到200億美元以上;因此行業(yè)內(nèi)部首先裂變,出現(xiàn)了只做設(shè)計(jì)的公司,電路設(shè)計(jì)好后,委托另外一家公司生產(chǎn)晶圓和封裝,這就是人們常說的FABLESS,然后又出現(xiàn)了專門給其他公司做晶圓的所謂FOUNDRY和只給其他公司封裝的專業(yè)封裝廠。行業(yè)資源的優(yōu)化繼續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展,今天,我們一臺(tái)普通智能手機(jī)主芯片的處理能力隨便超越十年前一個(gè)可供幾百人同時(shí)使用的服務(wù)器的能力,而其包含的陀螺儀、磁傳感器、圖像處理、GPS定位等等技術(shù)10年前還是世界軍事最高機(jī)密技術(shù)。

技術(shù)發(fā)展更新和行業(yè)資源組合的另外一個(gè)結(jié)果就是,半導(dǎo)體技術(shù)擴(kuò)散到了全世界;任何一家公司,任何一個(gè)國家都無法全部完成最新工藝的生產(chǎn)。一個(gè)穩(wěn)坐行業(yè)二十年頭把交椅的老大INTEL公司因?yàn)槟硞€(gè)核心技術(shù)工藝,不得不屈身與一家三流的臺(tái)灣公司合作。而當(dāng)初創(chuàng)造半導(dǎo)體行業(yè)許多標(biāo)準(zhǔn)的摩托羅拉公司則在一大批新公司的技術(shù)包圍中逐漸被人遺忘,甚至連百年老店飛利浦公司的半導(dǎo)體部門也步履艱難,最后更名為NXP。過去行業(yè)如雷貫耳的名字如國半、國際整流、達(dá)拉斯等已經(jīng)難覓其蹤,成為別人的囊中之物,X86這種完美無缺的CUP架構(gòu)今天似乎也感受到ARM內(nèi)核的RISC指令CPU的壓力。僅僅過了不到60 年,第一個(gè)跟照相館老板合作生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的八個(gè)叛逆博士還在,半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)面目全非,連最精明的預(yù)言家也無法想象今天的局面。

讓我們看看中國,半導(dǎo)體工業(yè)如何孕育和發(fā)展。中國的特點(diǎn)是人多,因此世界任何高科技的東西出現(xiàn),就會(huì)有人去研究,當(dāng)硅谷三極管工藝公布沒多久,貧窮的中國就在1958年成立了研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,并且投入的人力物力遠(yuǎn)比硅谷更多。60年代和70年代,中國成立了以代號(hào)命名的軍工企業(yè),不是生產(chǎn)武器,而是生產(chǎn)半導(dǎo)體器件,比如8070廠,771廠等等,以軍隊(duì)建制管理和生產(chǎn);他們中有些負(fù)責(zé)生產(chǎn)材料,有些負(fù)責(zé)生產(chǎn)設(shè)備,有些負(fù)責(zé)生產(chǎn)器件。這種情況持續(xù)到了80年代中期,當(dāng)國外低價(jià)高性能器件不斷涌入中國的時(shí)候,這些閉門造車生產(chǎn)的器件逐漸被淘汰,這些軍工廠也逐漸揭去面紗,他們或改制,或倒閉,中國半導(dǎo)體行業(yè)由政府主導(dǎo)變?yōu)槭袌?chǎng)主導(dǎo)。

到了1993年,意法半導(dǎo)體---ST,第一個(gè)在中國投資興建大規(guī)模的半導(dǎo)體封裝廠,開創(chuàng)了西方高科技在中國投資的先河,其他半導(dǎo)體公司緊追其后進(jìn)入中國,美國摩托羅拉來了,臺(tái)灣金鵬來了,美國仙童來了,TSMC來了,三星來了。今天幾乎所有半導(dǎo)體公司在中國都有投資,中國半導(dǎo)體工業(yè)逐漸走上世界舞臺(tái)。有一個(gè)數(shù)字可以說明這種改變,上世紀(jì)90年代初期,世界半導(dǎo)體統(tǒng)計(jì)表中,中國在世界半導(dǎo)體行業(yè)的比重,在0.5—0.8%之間,基本上可以忽略不計(jì),而到了2014年,這個(gè)數(shù)字在5%到10 %之間,已經(jīng)超過臺(tái)灣。今天在中國,沒有一個(gè)人能正確說出中國有多少家設(shè)計(jì)公司,也沒有人能說出中國有多少家半導(dǎo)體封裝廠。比較大的,設(shè)計(jì)公司有華為海思,有多達(dá)四千名設(shè)計(jì)工程師,世界上任何一家公司都沒有這么多設(shè)計(jì)工程師;封裝廠方面,長電科技,天水華天,南通富士通等等,已經(jīng)在挑戰(zhàn)世界一流半導(dǎo)體公司的產(chǎn)量,世界主要的半導(dǎo)體公司幾乎都放棄了這些國內(nèi)能生產(chǎn)的中低端器件,他們只能以O(shè)EM形式委托中國廠家生產(chǎn),然后貼上他們自己的牌子銷售。委托代工的結(jié)果開始可能舒服,用很低的價(jià)格生產(chǎn),貼牌后用很高的價(jià)格銷售,但是最后可能失去行業(yè)生存能力,只能被迫在狹縫中生存,因?yàn)橹袊髽I(yè)的學(xué)習(xí)和模仿能力從來不可小看,攻城略地般把一塊塊區(qū)域占領(lǐng),到最后才知道保姆已經(jīng)替代主人,主人受保姆威脅了。

中國政府幾十年對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的支持可以說不遺余力,這給行業(yè)的變革埋下了伏筆:免稅、直接投資、項(xiàng)目支持、土地優(yōu)惠,國家象對(duì)待早產(chǎn)的嬰兒一樣保護(hù)它,很多國內(nèi)半導(dǎo)體公司幾乎在國家支持下讓企業(yè)老板發(fā)財(cái),他們以低于生產(chǎn)成本的價(jià)格銷售他們的產(chǎn)品,把一家家跨國公司弄得措手不及。

今天,中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈,晶圓制造、設(shè)計(jì)、封裝等等全部具備,進(jìn)入的門檻越來越低。昨天還在深圳華強(qiáng)北賣IC的老板,今天可能就開始一家新的封裝廠,他們并不要懂得雙極和MOS的區(qū)別,也不要知道凈化間的許多規(guī)范,但是他們確實(shí)能生產(chǎn),無知者無畏。

再看銷售領(lǐng)域,中國深圳華強(qiáng)北已經(jīng)成為全世界公認(rèn)的半導(dǎo)體的集散地。在這里從事銷售的人員比整個(gè)世界半導(dǎo)體銷售人員加起來還多;我們無法想象,也不要去想象,一個(gè)26個(gè)字母認(rèn)不完全的人在銷售高端器件;我們也很難想象,全家老小,甚至全村老小都在做集成電路的銷售;他們不要懂得太多,也不可能懂很多,但是我可以肯定,中國載人航天的神舟6號(hào)上有華強(qiáng)北賣給的元器件。

回想一下八個(gè)博士創(chuàng)辦的仙童半導(dǎo)體公司,第一個(gè)訂單是100個(gè)晶體管,由IBM下給,確切的價(jià)格無從查起,但是費(fèi)用至少使公司維持了幾個(gè)月;今天100個(gè)晶體管的價(jià)值,可能遠(yuǎn)不值一根香煙。全世界半導(dǎo)體工業(yè)在中國的擾動(dòng)下措手不及,我們無法預(yù)測(cè)下一步的變化,總之一句話,半導(dǎo)體已經(jīng)走下象牙塔。

 

 

(本文作者為深圳市中意法電子科技有限公司總經(jīng)理。國際微電子與封裝學(xué)會(huì)會(huì)員)