在数万年的历史长河中,近两百多年的人类世界发生了最显著的变化,而这主要是源于工业和科技的力量。从信息时代开始人类开始形成一个完整的世界和紧密的协作关系。1946 年诞生了计算机,1947 年诞生了晶体管(Transistor),1956 年提出 AI(人工智能,Artificial Intelligence),1958 年诞生了 IC(集成电路,Integrated Circuit),1973 年诞生了手机,1991 年万维网向公众开放……半导体(Semiconductor)是这一切技术和产业的基石。

 

在整个电子制造业体系中,处于上游的半导体产业是核心,资本和技术含量最密集,壁垒也最高,掌握这一环节关键技术的经济体,就会在供应链的全球体系中处于支配地位。WSTS (世界半导体贸易统计,World Semiconductor Trade Statistics)将半导体分为分立器件、光电子器件、传感器和 IC 四大类。半导体产业在电子业产值中占比约 1/3 左右,其中 IC 的产值占整个半导体产业约 84%的比重。2018 年全球半导体市场规模为 4780 亿美元,其中 IC 的市场规模为 4016 亿美元。在没有特别说明的情况下,业内常以半导体指代 IC。IC 产业本身又可分为设计、制造、封装测试等环节,以及为其提供支撑的 EDA、IP 核、原材料和设备。时至今日,IC 产业已发展成为一个异常庞大而复杂的系统性工程,供应链在全球各地进行细化分工,各环节互相协作和支持,缺一不可。参与国际分工的企业,一旦某一环节出现问题,或得不到支持,技术发展就会受阻,产品将不再有经济性可言。发展 IC 产业需要长期不间断的投入、庞大的资金、专业的人才队伍和大量的经验积累,尤其在制造环节更是涉及一整套极其复杂而精密的工艺与设备、高精度原材料和顶级专家。二战后,信息产业革命由美国发端,并在之后扩展至欧洲日韩和中国台湾,而内地因长期受制于技术封锁和发展不均衡等因素,半导体的高精尖技术及基础科研同发达经济体相比存在较大差距。

 

真空管的贡献

1946 年,美国造出了人类第一台计算机,据说占地约 170 平米,重约 30 吨,而运算能力只有 5000 次 / 秒,构成却有约 18000 多个真空管……这个大笨象有一点 IC 雏形的意思,以后人们做的工作就是让它不断缩小并提升它的性能,当然首先还要解决材料问题。不过很快,第 2 年就诞生了晶体管,第 12 年诞生了真正的 IC,即将电路所有元件嵌入单片半导体中。1947 年,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿三人合作发明了锗晶体管,这是 20 世纪的一项重大发明,是微电子革命的先声,晶体管在出现后以其尺寸、能耗、可靠性、寿命等优势逐步取代了电子管(真空管,Vacuum Tube)。

 

这里需要穿插说明一下电子管,1904 年发明第一只真空二极管,1906 年发明第一只真空三极管后,之后大约半个世纪的时间里,电子管被广泛应用于电视机、收音机、电话放大器、海上和空中通讯等领域,到 1960 年前后,西方国家的无线电工业年产 10 亿只电子管。同理,在飞机、雷达、火箭的发明与进一步发展上,电子管也功不可没。但是,电子管由于在尺寸、能耗、寿命等方面存在缺陷而基本被淘汰。现在,在高级音响设备等个别领域还有应用。二战后的那个时代,美国科技界真的是英雄辈出。一个重要因素是当时除了北美大陆完好无损外,全世界大部分区域都被第二次世界大战毁的一塌糊涂。

 

八个“叛徒”和"天才"

晶体管技术在诞生之初曾因成本问题难以推广,其后美国军方为了扭转在美苏太空竞赛中的不利局面,把火箭所用器件的性能作为优先考虑,晶体管得以推广。没多久,IC 诞生后迅速成为主角,半导体产业开始了狂飙突进。这一切要从仙童(也叫飞兆,FairchildSemiconductor,简称 FSC)半导体公司说起,鼎鼎大名的 Intel、AMD(超微半导体,Advanced Micro Devices )的创始人最早都是仙童的员工,而据《硅谷热》书中所说硅谷大约 79 家半导体公司的半数是仙童的直接或间接后裔,有人还说“仙童就像成熟的蒲公英,风一吹创业精神的种子就会四处飘扬”。据统计,到 2013 年为止由仙童公司衍生出来的公司 92 家,其中上市的 30 家公司的市值更是超过了 2.1 万亿美元,仙童给旧金山湾区带来了半导体产业,加州的「圣塔克拉拉谷」1971 年开始称——硅谷。

 

而仙童的核心人物是被“晶体管之父”肖克利骂为“The Traitorous Eight”(八叛徒)罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)、戈登·摩尔(Gordon Moore)、谢尔顿·罗伯茨(Sheldon Roberts)、朱利亚斯·布兰克(Julius Blank)、尤金·克莱纳(Eugene Kleiner)、金·赫尔尼(Jean Hoerni)、杰·拉斯特(Jay Lsat)、维克多·格里尼克(Victor Grinnich),这几位二三十岁的年轻人,均是博士、教授或某方面的专家。肖克利在 1956 年获得诺贝尔奖,年轻人们的好建议却总被他傲慢地拒绝,于是,他们集体辞职,另谋出路。“The Traitorous Eight”成了最具传奇色彩的代名词,叛逆精神、创新精神的起源。

 

辞职后,他们在金融界人士洛克和科伊尔的帮助下找到了(Fairchild Camera & Instrument)的老板、谢尔曼·费尔柴尔德(Sherman Fairchild),为项目出资 150 万美元,后来,洛克也因为独到的眼光和卓越的投资艺术成为投资界的教父。在此需要重点思考,那时八个年轻人籍籍无名,而且还被名满天下的肖克利骂为叛徒,但为什么还会获得投资呢?如果这事发生在其它地方会怎么样?

 

几位天才辛勤地、开创性地工作,拿下了 IBM 的订单,发明了 IC,发明“平面处理工艺流程”,开始跟老牌企业 TI(德州仪器,Texas Instruments)竞争。FSC 的诺依斯和 TI 的(Jack Kilby)在 1959 年开始关于 IC 的专利争夺战,10 年后法院判决为两个人共同的发明。1964 年,八天才之一的摩尔提出了“摩尔预言”(摩尔定律的说法并不准确),说芯片上被集成的晶体管数目,大约每 18 个月增加一倍,数十年内保持着这种增长趋势,后来证明预言变为现实。这一结果跟摩尔掌舵的 Intel 在业内的地位密不可分。

 

话说 FSC 的业绩飞速增长,前途不可限量,但八天才缺少决策权,而决策者只关心短期利益,变得固步自封,加之母公司的重点目标也不在硅谷的事业,于是八天才纷纷离去。1961 年八叛逆中的 Jean Hoerni 与 Jay Last 和 Sheldon Roberts 出走,他们三人创办了 Teledyne(泰瑞达),从事半导体测试业务。1962 年尤金克莱纳(Eugene Kleiner)出走,创办了 Edex,1967 年又创办了 Intersil。

 

1968 年,诺伊斯带着摩尔与工艺开发专家安迪·格鲁夫(Andrew S·Grove)离开 FSC,他们三人所创立的公司就是业界霸主英特尔。第二年,FSC 的销售部总管、桑德斯也带着几位员工离开了,并创办了 AMD、Intel 今后的欢喜冤家,而且 AMD 是诺伊斯带头支持,我们很有必要重点记住诺伊斯、这位硅谷之父、IC 之父。

 

一个人打下半导体的半壁江山

罗伯特·诺顿·诺伊斯(Robert Norton Noyce,1927 年 12 月 12 日-1990 年 6 月 3 日),是 FSC(1957 年创立)和 Intel(1968 年创立)的共同创始人之一,他有“硅谷市长”或“硅谷之父”(the Mayor of Silicon Valley)的称号,是集成电路的发明者之一,他的发明对个人电脑的普及起到关键性的作用。1953 年获麻省理工学院(MIT)物理学博士学位。硅谷英雄扎堆,但一个人要想同时获得财富、威望和成就,那比登天还难,这大概只有诺伊斯一人做到了。本可获得两次诺贝尔奖,第一次是他在肖克利领导下形成的“负阻二极管”概念,但他被迫终止研究,第二年,日本科学家江崎玲于奈发现了这个现像并进行了理论分析,并于 1973 年凭此获得诺贝尔物理学奖。第二次是他和 TI 的基尔比共同发明 IC,基尔比于 2000 年获得诺贝尔物理学奖,可惜诺伊斯已在十年前去世。

 

他生性随和,魅力十足,是一位天生的领袖人物,特别是在领导研究团队时,他的信条是“全力以赴成就大事”。他领导下的 FSC 的公司文化既悠闲又人性化,这在硅谷树立了永恒的典范。取消办公室墙壁,推行股权分享,把自由与平等带进硅谷,改变了美国企业的工作方式,人们评价说他的这份功绩绝对不亚于发明 IC。不过,业有人认为 FSC 衰败的部分原因,也可能因为管理粗疏。1968 年他和摩尔等人离开 FSC,创建英特尔公司,研制出第一台微处理器,他极富远见,预料到微处理器将会极大地改变世界。他还是一个敢于上天下海的冒险家,带一个牧歌小组,有一个船队,驾驶喷气飞机。人们说像他这样的天才,感兴趣的是时刻准备发挥作用,而不是统领全军。

 

像他这样的英雄理应被崇拜,但不宜被神化。他获得如此卓越的成就,成长路上却吃过不少“苦头”。小时候,他乘坐兄弟俩制作的滑翔机、也可以叫作一个大风筝,结果摔得很差点丢了命;大学时,因为开 Party 偷了一只小猪而差点酿成大祸,好在他有个好爸爸(有的资料上说是有个好老师)帮他全力赎罪和减轻处罚……这经历是不折不扣的坏小子、闯祸精啊!被迫休学一段时间后再完成学业,不过他足够幸运的是,他的老师是晶体管发明者之一巴丁的同学,向他和同学们展示了巴丁赠送的晶体管,他对晶体管很着迷并做了大量实验,再后来他跑去 MIT 读了博士,此后一路开挂。或许是他那些离经叛道和被宽恕救助的经历,让他对科学对人对事都更多包容和通达。

 

与他那学生时代臭名昭著的偷猪事件相比,他在 FSC 时的下属桑德斯那“穿粉红裤子进 IBM”的故事就更有名了。据说,桑德斯先生去巨头 IBM 公司推销产品时穿着一条粉红色的裤子,尽管生意谈成了,但“穿粉红裤子进 IBM”却成为笑柄。FSC 的同事都觉得桑德斯生活浮华且自吹自擂,经常讥笑和排挤他,送给他“硅谷小丑王子”的绰号,哪个科技精英会喜欢和他作朋友?谁会愿意雇一个自由散漫的家伙?桑德斯后来回忆说当时他对自己的窘境甚至考虑过自杀。在处境艰难时,唯有总经理诺伊斯不仅不嘲笑、讨厌桑德斯,还一直捍卫他、尊重他。诺伊斯早就从这个夸夸其谈的年轻人身上看到了与众不同的特质,所以不断提携他,更重要的是在他创建 AMD 之初的艰难时刻支持他,在他以后山寨和寄生 Intel 时还给他出路。

 

和桑德斯一样幸运地得到诺伊斯父兄般关照的还有乔布斯,没错!就是那位万人敬仰的、创建苹果公司的乔神。20 世纪 70 年代末期,诺伊斯将公司的日常经营交了出去,将精力更多地放在推动产业发展和培养后起之秀上,其中重要的一个就是乔布斯。他对乔布斯非常提携,就像是“对待一个孩子”,经常和乔布斯聊天、聊工作、聊生活、聊未来!回答他的各种问题,苹果公司成立后,诺伊斯也会经常去转转,走进实验室和里面的员工谈论他们正在进行的工作。乔布斯以诺伊斯为人生导师,认为他是英特尔的灵魂,希望自己在苹果公司中也能做到这一点。

 

1970 年代末,诺伊斯出任美国半导体工业协会 SIA(Semiconductor Industry Association)的主席。1987 年,又积极推动成立了一个名为 Sematech(Semiconductor Manufacturing Technology,半导体制造技术战略联盟)的公司,其任务是在半导体工业和政府之间进行沟通和合作。1988 年,诺伊斯亲自出任 Sematech 的总裁和首席执行官。在美国政府年预算补贴 1 亿美元的资助下,14 家在美国半导体制造业中居领先地位的企业组成 R&D 战略技术联盟,其使命有二:一是提高半导体技术的研究数量;二是为联盟内的成员企业提供研发资源,使其能够分享成果、减少重复研究造成的浪费。

 

发明集成电路,创办仙童和 Intel,推动成立 Sematech,提携和培养乔布斯!桑德斯!他的成就有从零到一的发明,有为业界培养大部分骨干人才的仙童,有称霸业内数十年的巨无霸 Intel,还有推动行业和产业发展的技术联盟,还有一手栽培的伟大人才,所以说,他一个人创下了半导体的半壁江山!

 

在 1990 年一次商业会议前夕,他心脏病发作去世,年仅 62 岁。虽然他的时代结束了,但是以他为代表的创新精神基因,在硅谷开枝散叶。他被认为是电子世界的传奇、是爱迪生、福特后最为才华横溢的发明家、企业家,他让硅谷的半导体行业走到了这个星球的最高点,泽被乔布斯等创业者。

 

一个“黄埔”(“西点”)羽化为蒲公英

上世纪 60 年代的 FSC 进入黄金时期,到 1967 年营业额已接近 2 亿美元,在当时算得上天文数字,据业内人士回忆那时“进入 FSC 就等于跨进了硅谷半导体工业的大门”。但由于决策和定位的因素,几个灵魂人物相继离开,FSC 开始分崩离析,尽管来自摩托罗拉的霍根奋力维持了几年但终究无力回天,FSC 在 1979 年被被卖给一家法国的石油公司,1987 年又被转卖给 FSC 原总经理斯波克管理的国民半导体公司(National Semiconductor Corporation,简称 NSC),此后 FSC 品牌一度被雪藏,直到 1997 年,又被 NSC 再次转卖给一家风险资本公司。然而,此时 FSC 迎来了第二春,时任 CEO 庞德开始对公司实施战略重组,先后买下 Raytheon 半导体分部、三星半导体功率部门,1999 年重回纽交所,2001 年买下 Intersil 的分立功率器件业务、Impala Linear,这次的好日子持续了近 20 年。直到 2016 年 9 月,ON(ON Semiconductor,安森美半导体)和 FSC 联合宣布,ON 以 24 亿美元现金完成对 FSC 的收购,至此,曾经叱咤硅谷的 FSC 走完了 60 年辉煌而曲折的历程。FSC 尽管自身命运多舛,但却成为支撑硅谷崛起的“神话”,是半导体行业的人才摇篮和“黄埔军校”,据说全美有超过 200 家公司都与之有或多或少的关系。

 

由八位叛徒所树立的“叛逆”精神,虽早已根植于硅谷中不少极客与“坏小子”们的精神中。但同样不能忽视的是,硅谷的宽容开放的环境同样至关重要,时至今日,硅谷的“叛逆”精神仍在延续着。新世纪初,硅谷也出现了一家如同 FSC 一样树大根深的人才摇篮公司:PayPal,“钢铁侠”埃隆 . 马斯克(Elon Musk)就是 PayPal 的创始人之一。

 

在这里附带聊一下 ON 的法宝!ON 是威名赫赫的摩托罗拉(Motorola)在 1999 年剥离其分立半导体业务时成立的,摩托在 1949 年开始半导体研发,1955 年开始第一个商用高功率晶体管的量产,摩托在 2004 年剥离其剩余的半导体业务成立了飞思卡尔(Freescale Semiconductor)--- 于 2015 年被荷兰恩智浦(NXP Semiconductors)并购。ON 自从摩托分拆以来的 20 多年时间里,实现稳健而快速的发展,不断的并购与整合是其法宝。从 2001 年开始到 2016 年,ON 连续收购了 14 家半导体公司以完善产品线。其中几次有战略意义的收购是 2006 年收购 LSI 的 8 寸晶圆厂,2008 年收购 AMI,2011 年收购 Cypress 的 CMOS 图像传感器业务部,2014 年收购 Aptina Imaging。而在 2016 年并购 FSC 后将以大约 11.1%的市占率在功率器件领域排名第二,仅次于英飞凌(Infineon)。在那以前,ON 专注于电源管理的中低电压领域,而 FSC 则主要在中高电压产品。产品线从传统的标准半导体、分立器件,拓展到模拟半导体和信号产品、传感器,以及完整的系统单芯片(SoC),主要市场则聚焦于汽车、工业以及云电源应用,以此获得领先优势,ON 一直是马不停蹄。

 

千里之外的另一个“黄埔”

在 FSC 经历跌宕起伏并最终仙去后,老对手 TI 却长期保持业内领先。尽管如今 TI 没有 Intel、三星(Samsung)和 Qualcomm(高通)等名头响亮,但 TI 仍是个不折不扣的半导体巨头,决不仅仅是模拟 IC 的老大。TI 成立于 1930 年,总部位于德克萨斯州的达拉斯,最初是一家地质勘探公司,1951 年更名为现在的德州仪器。1954 年制造第一台晶体管收音机,1958 年发明了 IC,1982 年发布了全球首个单芯片数字信号处理器 DSP,之后成为这个领域的霸主,2000 年收购了模拟 IC 厂商 Burr-Brown,巩固了自身在数据转换器与放大器领域的优势地位,形成从电源 IC 到放大器 IC 乃至 ADC/DAC 转换器的产品集群。2011 年又收购了 NSC(1997 年转卖 FSC 的那个),超越了东芝(Toshiba),营收仅次于英特尔、三星(Samsung)和晶圆代工龙头台积电(TSMC)。TI 在模拟 IC 领域、数字信号处理(DSP)、微处理器(MCU)、数字光处理(DLP)和通用芯片半导体以外,还致力于汽车及工业设备芯片的研发。此外,TI 还支持教育发展,多次被各种媒体评为优秀雇主和最受员工欢迎的工作单位。

 

作为业内资格最老、综合实力最强的企业,TI 原本有机会抢得头筹,曾分别涉足电脑和手机处理器,但遗憾的是在这两个时代分别输给了 Intel 和高通,从某种程度上说,TI 并非不够优秀,只怪对手太年轻、太匪夷所思。当 TI 还在奉行高质高价策略时,Intel 和高通出其不意地以便捷、低价和高性价比的服务迅速抢占市场,高通在一统江湖后更凭专利费用赚得盆满钵满。在这方面,电子行业和互联网行业太相像了,真不愧是好基友。然而,TI 虽然两次折戟,但仍稳居前十宝座,这一切都源于其技术的深度和广度。与 FSC 类似,TI 也被誉为半导体行业的黄埔军校,其中影响力最大的是台积电创始人张忠谋和中芯国际创始人张汝京。

 

综合 Gartner 和 IC Insights 等数据来看,2019 年 TI 营收 132 亿美元,在全球半导体产业内排名第八,在它之前的,除排名第一的英特尔营收 658 亿美元之外,还有排名第五、六、七位的美企,依次是美光(Micron)营收 200 亿美元,博通(Broadcom)营收 153 亿美元,和高通(Qualcomm)营收 135 亿美元,其后还有第十位的英伟达营收 109 亿美元,全球前十名中,美系共计六家。这成绩既得益于信息产业革命发源地的效应,也得益于诺伊斯、乔布斯等科技英雄赋予的精神力量,也得益于好的创新土壤。

 

一个巨无霸

Intel 是一家以研制 CPU 为主的公司,是全球最大的计算机零件和 CPU 制造商,于 1968 年由罗伯特·诺伊斯、戈登·摩尔和安迪·格鲁夫创建于硅谷,在芯片创新、技术开发、产品与平台等领域奠定了行业领袖的地位,同时,Intel 还有自己的晶圆厂,属于家大业大的 IDM 模式。关于“Intel”名字也有个小故事,据说罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)和戈登·摩尔(Gordon Moore)原本希望公司的名称为两人名字的组合——Moore Noyce,但登记时却发现这个名字已被抢注,于是公司名字就从“Integrated Electronics(集成电子)”两单词的缩写得来。2019 年营收 658 亿美元,《财富》世界 500 强位列 135 位。

 

我们先来回顾一下它的发展简史。1971 年,英特尔推出了全球第一个微处理器 4004,带来计算机和互联网革命,改变了世界。1978 年,研制出 16 位 8086 处理器,是所有 IBM 个人电脑处理器的祖宗,1987 年,格鲁夫正式担任 CEO,开始了快速发展的 10 年,几年后依靠过渡产品 80486,超过所有日本半导体公司,坐上全球半导体行业的头把交椅。补充说明,在 1990 年前的几年里,日系半导体军团全球第一,后来被美、韩等国的同行击溃。也正因日系来势汹汹,20 世纪 80 年代,英特尔停掉内存业务,专心做处理器。2001 年,英特尔的 64 位服务器处理器 Itanium 问世,在服务器市场彻底超越 RISC 处理器的代表、太阳公司。2009 年,四核处理器问世。

 

2015 年收购了头显设备厂商 Recon,收购了 Altera 公司,希望实现 CPU 和 FPGA 硬件规格深层次结合,布局物联网市场。2016 年媒体报道,英特尔组建专门的自动驾驶事业部。2017 年收购 Mobileye,“算法+芯片"整合成 AI 制胜关键。在光鲜的成绩背后,我们要重点关注的是,巨无霸的几次重大战略失误,以便有所借鉴和启发。2007 年 intel 拒绝了为第一款 iPhone 提供处理器的机会,后来又接连错过 iPad、诺基亚和黑莓等移动产品机遇。这跟微软何其相似!不过,如今的英特尔非常重视人工智能、数据中心业务和 5G 技术,近几年的一系列并购重组就出于这样的考虑。AI 计算技术群雄逐鹿,竞争白热化,就当前来看,似乎英伟达的 CUDA 和 GPU 处于有利的竞争位置。值得称道的是,英特尔也曾被评为受欢迎的雇主。

 

AI 明星 Nvidia 与“核武狂魔”老黄

据 IC Insights2019 年全球半导体行业预测排名,Nvidia 营收 109 亿美元,大约相当于英特尔的六分之一,位于榜单第 10 位。由于投资者看好其 AI 产品,英伟达的市值一度超过了英特尔。该公司是 1993 年由美籍华人 Jensen Huang(黄仁勋,人称老黄)创立,熟悉老黄的人说他精力旺盛,对产品和技术是个偏执狂,长期以来英伟达来是 GPU(图形处理器,Graphics Processing Unit)显卡的代名词,游戏玩家应该不会陌生。

 

近几年,Nvidia 转型为 AI 公司,其中推出 CUDA(Compute Unified Device Architecture,通用计算设备架构)是个重要转折点,CUDA 架构使 GPU 能够解决复杂的计算问题,成为通用性计算工具,应用扩展到图像识别、脸部识别和语音识别,甚至在深度学习加速、气候建模及油气勘探等领域成为标配。

 

现在来看,老黄抢先推出 CUDA 真是有先见之明,但在当时这个决策带有很大赌的味道,一是因为投入太大,二是需要持续多年的烧钱才可能出成效,谁能保证最后能成功呢?幸运的是,CUDA 项目在坚持了几年之后,乘着深度学习的东风飞了起来。据称 Nvidia 已投入近百亿美元用以建立 CUDA 生态。

 

其 GPU 芯片可让大量处理器做并行运算,速度比 CPU 快数十倍,获得深度学习用户热捧,Tesla V100 显卡成为 AI 行业性能标杆。2020 年 4 月完成对无限带宽技术芯片公司 Mellanox 的收购以加强数据中心业务,5 月又推出基于安培架构的 DGX-A100AI 系统和面向边缘 AI 计算的 EGXA100。老黄也因为产品强大的性能和火爆倔强的脾气,被业内戏称为“核武狂魔”。不过,深度学习的火爆自然也引来了其它竞争者,比如谷歌推出开源的 TensorFlow 框架,还设计了专用芯片 TPU,并称 TPU 处理速度比 GPU 和 CPU 要快数十倍,同时 Xilinx(赛灵思)和 Altera(被 Intel 收购)也在利用 FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)的低延时、低能耗和架构灵活等特性向 AI 计算领域进军。此外还有 NPU -- Neural Network Processing Unit,神经网络处理器技术等,当前在并行运算、深度学习领域仍是群雄逐鹿的局面。

 

曾叱咤风云的华人

除了 Nvidia 的老黄以外,美国半导体和电子业界还出过几位著名的华人,比如李建业博士,他的专著《蜂窝式移动通信系统》曾风靡全球,1989 年他任太平洋电话公司(后被沃达丰收购)首席科学家,是他给了 CDMA 技术试用的机会,高通才有机会存活下来。更早以前,还有位名叫王安的华人科学家曾缔造过科技传奇,1956 年,他将磁芯记忆体专利卖给 IBM 获利数十万美元,1971 年,他的文字处理机震惊世界,其高科技产品在长达 20 年左右的时间里引领世界潮流。遗憾的是,公司因继任者经营不善而破产。不过,王安电脑开发的文字处理系统 WPS(Word Processing System)至今仍被广泛使用。

 

令人敬畏的“专利流氓”

美国高通公司(Qualcomm Incorporated)是全球最大的移动芯片供应商,CDMA 技术商用化的先驱,2019 年高通营收 135 亿美元,全球半导体行业排名第七,3G 时代顶峰时,曾经达到过第二的位置。在智能手机时代,高通的大名几乎无人不知,人们对它既爱又恨,爱的是它的技术和服务,恨的是不合常理的“高通税”,和它有关的故事精彩而复杂。它的创始人是艾文·雅各布斯博士(Dr. Irwin Jacobs),他在行业的地位高、资格老,但大众并不晓得他,也许是因为他一直在“闷声发大财”吧。

 

他原本是位大学教授,后来和同事们一起创立了咨询公司 Linkabit Corp,而高通是他在 1985 年又和老伙计们一起创办的第二家公司,“Qualcomm”一词寓意“quality communications”、“高质量的通信”。高通靠 CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址)发家,雅各布斯从四十年前海蒂·拉玛和乔治·安太尔的发明中受到启发,发现 CDMA 技术具有大幅提速提质降费的优势。然而,彼时的王者 GSM(全球移动通信系统,Global System for Mobile Communications)考虑的却是 TDMA(Time Division Multiple Access,时分多址)及 FDMA(Frequency Division Multiple Access,频分多址),在第二代 (2G,2nd Generation)移动电话系统里 GSM 的 TDMA 获得极大成功。而 CDMA 技术因产业起步时间晚、技术先进性、商用进程快和后向兼容性得以在第三代 (3G)移动电话里大放光彩。

 

为了证明 CDMA 的技术优势,高通花了大量时间和昂贵代价进行验证和演示,甚至自行研制手机和基站以图破局,直到 1993 年 CDMA 被行业接受,1995 年 CDMA 在香港、韩国商用,随后日本美国等跟进,2000 年国际电信联盟(ITU)选择 CDMA 为 3G 的基础技术。至此,高通在不懈的努力下,终于使 CDMA 成为能和 GSM 分庭抗礼的一个全球性通信技术标准,并且在 3G 时代还领先了 GSM,一跃成为行业巨舰。

 

2000 年,高通将手机制造业务卖给日本京瓷(Kyocera),将基站业务卖给瑞典爱立信(Ericsson),自身聚焦于通信技术开发。时间一长,在 CDMA 领域,高通就形成了大量而完备的的基础技术与核心技术的专利壁垒,依靠巨额许可收入“躺”收暴利,再从中固定划拨研发、标准、专利和法务资金。过去 30 多年,高通在研发领域投入的资金超过 440 亿美元,在全球申请和拥有的专利超过 13 万项。并且它推出的方案和技术极具性价比和杀伤力,还巧妙地为各合作厂商提供专利保护伞,形成准专利联盟。任何使用 CDMA 技术的公司都无法绕开,并向它支付非比寻常的费用。

 

使用产品或技术而付费原本是正常而合理的商业行为,但问题出在收费的方式上。一般而言,收取专利费的方式是依据涉及专利的对应部分作为计算基数,但高通是按整体设备售价作为基数进行收取的。以手机为例,显示、触控、影像、电池、机壳……许多跟你没关系的部分你也要雁过拔毛?长期的霸道、暴利、垄断等惹毛了手机厂商、设备商、运营商和各国政府,高通的麻烦不断。2005 年美国的博通公司对高通发起反垄断诉讼,后达成和解,高通赔付 8.91 亿美元。2007 年韩国对高通进行反垄断调查,2010 年对高通处以 2.36 亿美元罚款。2007 年欧盟根据 Nokia 等的举报对高通进行了反垄断调查,2009 年和解。2015 年中国国家发改委对高通处以反垄断罚款 60.88 亿人民币。2016 年黑莓公司抗议高通收取了过多费用,2017 年黑莓获得高通 8.15 亿美元赔款。2016 年韩国反垄断为由对高通处以约 8.8 亿美元罚款,并要求该公司改变现有商业做法。2017 年苹果在美国加州向高通发起专利诉讼,提出近 10 亿美元的索赔……高通强大的法务部门从未消停过。对于“高通税”有人戏称是吃“鸡腿”却要为“整鸡”买单。

 

高通是一家年轻且发展极快的半导体研发企业,业绩超过了 TI,并曾短暂在市值上超过英特尔,这些成绩的取得源于其独特的商业模式,以及长期聚焦于研发和行业标准制订。它长期以 20%左右的营收投入研发相关领域,提前数年乃至十年进行前瞻性研发布局,再将发明技术推销给相关标准组织,并在产品端及系统级进行商业化部署和落地。聚焦技术研发、专利许可和芯片主业,剥离非关键业务,为高通带来可观的利润和竞争力,但超常规收费损害企业声誉,不利于长远发展。

 

2018 年高通收购 NXP 未果,蛋糕是要分享还是独占是门艺术,而不是单纯的态度问题。要理解这一点并不难,看看这么多年 intel 对待 amd 的策略,是否会有所启发呢?

 

一个阻击者

高通的野蛮生长引起一个实力不凡的对手的多次阻击,这就是同样来自美国、但比之更为年轻的博通(Broadcom)。博通成立于 1991 年,是全球领先的有线和无线通信半导体公司,在涉足的 WLAN、以太网、宽带接入、无线射频等领域有着“隐形冠军”的特质,它的技术扎实,产品毛利较高。1998 年上市,2015 年被安华高(Avago)以 370 亿美元实现“蛇吞象”式收购,合并后新公司沿用博通的名号。2019 年博通营收 153 亿美元,全球半导体行业排名第六。关于这个 Avago,也很有必要作一了解。

 

Avago 此前的规模没有博通大,但也属于重量级,其根源上算作是惠普(HP)家族,是该企业 1961 年开始的半导体业务。HP 现今保留的业务是电脑和打印机,起家于 1939 年,最初制作音响测试设备,后来推出铯原子钟,再后来是 PC 和打印机,1999 年剥离测量设备、医疗设备和半导体等业务组成安捷伦(Agilent),2005 年,投资公司 KKR 和银湖以 26.6 亿美元从 Agilent 手上买走了半导体业务,名曰 Avago。话说 Avago 的诞生或许就是为了买买买和卖卖卖(当然背后有其深层的逻辑、以及专业财务艺术),2015 年收购 Emulex,再次加强企业级存储业务,同年把光模块业务卖给了富士康。2016 年 Avago 收购博通并沿用博通的名号。博通和高通的主要交锋,一次是 2005 年对高通的反垄断诉讼,另一次是 2017 年提出以 1300 亿美金收购高通,但该次鲸吞遭到高通的回绝。2018 年博通以 189 亿美元收购企业软件公司 CA Technologies。未来,这艘巨舰的目标是火星吗?

 

美光内存

美光科技(Micron Technology)创立于 1978 年,研制 DRAM(动态随机存取存储器,Dynamic Random Access Memory,一般用作内存)、NAND 闪存(与非闪存,NAND Flash Memory,一般用作硬盘)、CMOS 图像传感器和其它半导体组件,2013 年收购日本尔必达。半导体存储市场巨大且集中度较高,三星、SK 海力士、美光、铠侠(Kioxia)、西数(Western Digital)和英特尔等占据全球市场的大部分份额。美光和三星是为数不多的拥有 DRAM、NAND 和 NOR 三种技术研制能力的厂商。现今终端设备、数据中心、乃至汽车电子也对器件提出了更多更高的需求,美光和英特尔还共同研发了 3D XPoint 技术,长期以来,美光是内存业的领导者之一。2019 年营收 200 亿美元,在全球半导体产业内排名第五。

 

对我国发展半导体产业的启示与借鉴

以上对美国半导体企业的介绍可以说是挂一漏万,其它未提及的知名企业还有模拟 IC 巨头亚德诺 ADI(曾收购凌特),2020 年 7 月宣布收购美信 Maxim;此外,还有模拟 IC 企业 Ciirus Logic;射频领域巨头科沃 Qorvo(RFMD 威讯联合和 Triquint 超群合并而来),思佳讯 Skyworks;以及 Microchip、Atmel、Xilinx(赛灵思),等等。至于应用材料等半导体设备、空气化工等材料领域、EDA、IP 核等方面的企业以后再专门分享。本次分享的重点在于小结和启示,透过美国企业、行业与产业简史,我们能有哪些启发和借鉴,这是需要我们反复盘点和重点思考的部分。在当今全球半导体供应链体系中,美国的优势地位非常明显,其原因和对我们的启示大致有以下几方面(从纯粹的技术发展角度来看):

 

1、美国是信息技术革命的发源地,半导体的设计与制造、电脑、手机和软件等相关产业与技术互相激荡,相辅相成,久而久之会产生惯性势能,也是不折不扣的先发优势,客观讲,技术的后发者和追赶者主要做的就是学习和模仿,在全方位或起码在本质上超越别人之前,再多的谦虚谨慎都不过分,卧薪尝胆的时候需要固本和示弱,只有这样才能有机会多学一点啊,当然在学习和追赶中要消化和吃透别人的技术,在此基础上进行创新;

 

2、相对有利的开放、包容、自由和鼓励创新的各项制度配套,移民文化,地大物博,开拓进取的精神,以及前两次工业革命的洗礼和成果;

 

3、半导体行业协会的资助、帮扶和协调引领,以及 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency,国防高级研究计划局)对研发和市场的支持,该机构资助半导体材料、光电子、RF、MEMS、CAD、FinFET、3DSoC、CHIPS 等技术领域,有着放眼未来的远大目标;

 

4、在两次世界大战中,美国本土几乎毫发无损,工业、经济和科技各方面反而大大受益,期间全球顶尖人才纷纷涌入美国,科研产生了连续性和积聚性,海量订单换回了海量财富,在二战刚结束的时候,亚欧等地区饱受战火之苦,变得满目疮痍,而信息革命却从美国爆发了;

 

5、美国一流的大学制度、科研水平、以及与政商界、新闻界、研究机构等的衔接配合非常好,从而有利于人才的培养,有利于科研资源的有效配置,也吸引到全球各地的人才;

 

6、适宜的气候,一般来说,过热或过冷均不利于包括科研和工业在内的各种人类活动,相反,适宜的气温则会促进这些活动,美国的纬度和气候是比较有利的;

 

7、源于欧洲的科学精神和文化素养的普及,保障了半导体供应链的均衡协调发展,高科技发展所需的全部要素,要么在本土得到完善的配套和布局,要么延申到其盟友或其控制范围内的国家或地区,从 IC 设计、工艺制程、设备与零配件、材料、以及相关软件、知识产权等各环节实现了供应链的闭环;

 

8、半导体产业链的完善大致需要数十年连续的发展,请留意,这种连续和不间断至关重要,在全球化的市场竞争和资源配置体系中,对于知识和资本密集型产业,只有连续长时间的积累才能在世界范围内脱颖而出,才有参与国际分工的资格,才能牢牢地攥紧供应链的比较优势;

 

从美国半导体业的发展不难看出,半导体科技最初的发展同国防军工机构密不可分,其中重要技术的诞生和发展带有军民融合的色彩,如今的半导体行业竞争激烈而充分,供应链广泛分布在全球各地,形成的产业链异常庞大,是个艰巨的系统性工程,涉及到精细而复杂的国际分工,其环节包括许多种高精度的原材料、机器设备、软件开发平台和工具、以及半导体器件本身的设计、制造工艺、封装测试等等,这涉及到数学、物理、化学、计算机、通信、微电子、材料、机械等等多学科知识。半导体产业的发展离不开国际分工协作,更离不开大量的顶尖人才。要最终实现发展,持续不间断的资金、人才、技术、市场等缺一不可,怎样吸引和汇集巨量的资本和大量全球顶级人才,持续消化和发展技术,并持续在市场中验证,避免被经济周期和技术迭代周期洗出局,至为关键,至关重要。

 

喜马拉雅听书中录播了“半导体供应链的秋月春风”同名专辑,方便一起交流学习,⭐谢谢⭐

 

参考资料:

1、晶体管发明与诞生及发展过程,中科院长春光机所,2018-01-18,http://www.elecfans.com/d/618293.html

 

2、万字长文读懂半导体的鼻祖,坚持最后 5 分钟,360 个人图书馆,2019-02-24

 

3、硅谷之父诺伊斯:乔布斯再这么晚给我打电话……首席创业官搜狐号,2017-12-19

 

4、半导体百年恩怨情仇:一家仙童,半个硅谷,数踪百家号,2020-5-9

 

5、半导体界的隐世老人:德州仪器的得与失,钛媒体 APP,五矩研究社,2019-7-16

 

6、仙童(Fairchild)让你感慨 IC 业的历史,rookie 360 个人图书馆,2013-09-27

 

7、浅谈 CDMA 技术的起源和消亡,电子发烧友,无线深海,蜉蝣采采,2020 年 01 月 01 日

 

8、一文看懂博通的前世今生,中关村在线,2017-11-17

 

9、博通——半导体大佬“前浪”史,TechSugar,网易,2020-05-13

 

10、[华人世界]无线通讯专家 -- 李建业,CCTV.COM,2008-3-28

 

11、历史转折中的英伟达:百亿豪赌奇迹 实习生项目救主,新浪科技,2017 年 9 月 11 日

 

12、《硅谷热》作者: 埃弗雷特 .M. 罗杰斯,范国鹰等译,经济科学出版社,1985

 

另外还参考了百度百科等相关资讯