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让人荡气回肠的存储器江湖,谁又能久称王?

2018/09/12
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本文目录:
1,王安和 IBM
2,英特尔的存储江湖
3,让美国半导体产业惊恐的日本
4,日本存储器的衰落
5,三星的套路


王安和 IBM
“IBM 是美国最好的企业,这里不适合你,你还是找个汽车修理厂试试吧。”这是 IBM 面试官对王安说的一句话。面试被拒,这是一件再平常不过的事情,然而这次拒绝却给 IBM 埋下隐患。

该面试发生在 1945 年,年轻的王安在美国求学期间。当时王安作为重点培养的工程师被国民政府公派到美国访问,随后考入哈佛大学攻读硕士学位,第一学期,他的课程成绩全是 A+。一路春风得意的王安,怎料被 IBM 来一记闷棍。

王安

离开 IBM 的王安又回到哈佛,他争取到了高额奖学金,用 3 年的时间拿到了应用物理专业硕士和博士两个学位。随后,他被霍华德 - 艾肯招入哈佛大学计算机实验室。艾肯何许人也?他研发了世界第一台大型计算机 Mark Ⅰ,被誉为“电脑之父”。那时候,这位先驱正困扰于计算机的存储问题。

进入实验室第 3 个星期,王安便从理论上解决了这个难题。

他发现,磁场振动原理可以应用于电脑存储系统,随即据此发明了磁芯存储器。

磁芯存储器

这个小小的部件,改变了计算机产业的历史。磁芯存储器大大缩小了电脑的体积,使得计算机从科研迈入商用领域。此后的 20 多年时间里,磁芯存储器一直是计算机的的主要部件。

接下来的事情正如当代企业升职套路,“转正”“加薪”诱惑砸向王安。这位江苏昆山小伙显然想自己创造传奇,在 1951 年来到波士顿。租了一个车库,装一部电话,成立了王安实验室,开始卖磁芯存储器,单价 4 美元。

4 美元在当时算不低的价格,起初生意并不红火。不过却引来了 IBM。

IBM 给王安递上一份合约,邀请他成为企业顾问。按照合约规定,IBM 可以在 3 年内不受专利限制,自由选购器件,除货款外,对方还每月额外支付 1000 美元。

IBM 花钱用着王安的专利,这不是长久之计,随后提出 250 万美元买下这个专利。很快又改口,因为在收购方面,他们没有竞争对手。一边用着磁芯存储器,一边打压专利费,王安再次被 IBM 激怒,与之对峙公堂。IBM 面前,他终究稚嫩,旷日持久的官司后,王安选择妥协,接受了 50 万美元的价码。

在 1955 年,王安创立了王安计算机公司(又名王安电脑公司)。随后的 30 年里,这两个拗口的汉字,成了美国计算机领域人人皆知的名词。王安与 IBM 的对抗愈演愈烈,在研发投入上也是极其疯狂。

不过公司也是死于“对抗 IBM”,IBM 选择抱团,而王安则孤军奋战,在产品上不兼容 IBM。待王安的儿子接替王安位置时,公司一落千丈,直到向美国联邦法院申请破产保护。

王安的经历是一段传奇,比尔·盖茨曾说,如果王安能完成第二次战略转折,世界上可能不会有微软,他也不会成为科技偶像,而是当一名教师或者律师。

他是 TechSugar 存储器专栏中是不得不提的人物,磁芯存储器是一款伟大的产品,然而属于下一个时代的是“半导体”。

 

英特尔的存储江湖 

罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)、戈登·摩尔(Gordon Moore)、朱利亚斯·布兰克(Julius Blank)、尤金·克莱尔(Eugene Kleiner)、金·赫尔尼(Jean Hoerni)、杰·拉斯特(Jay Last)、谢尔顿·罗伯茨(Sheldon Roberts)和维克多·格里尼克(Victor Grinich)。


这八个名字在集成电路发展历史中绝对是响彻天空的名字,当然还要加上威廉·肖克利(1947 年,威廉·肖克利和同事在贝尔实验室共同发明了晶体管,1956 年,肖克利被授予诺贝尔物理奖)。

然而肖克利军阀式管理让八位天才最终集体辞职离开了肖克利,正所谓“分久必合、合久必分”。八位天才创办了仙童半导体,但在 60 年代末又分崩离析,不过传奇依旧。

其中诺伊斯、摩尔外加一投资人洛克创办了英特尔,其中洛克出资多和集资有功,荣登董事长一职。起初设计 logo 之时,字母 e 是偏下的,这是为了提醒用户,公司是生产集成电路的电子器件公司。当时美国计算机业已经发展到了不错的程度,计算机的使用可以使公司的办公效率和业务处理能力大大提高。且各大公司和政府机关单位都购买计算机,用于会计系统、工资处理或医疗档案管理。显然,社会对计算机的存储容量和速度的需求非常旺盛,磁芯存储器已经完全不够用了。


英特尔决定,将产品定位于研制新型存储器。


随后诺伊斯和摩尔开始招兵买马,第一个想到的就是曾经在仙童工作时,在 MOS 器件有很深造诣的安迪·格鲁夫(Andrew Grove)。因此英特尔三巨头已经就位,负责外务与政府、工业界打交道的诺伊斯;负责制定公司计划的摩尔;负责日常计划实施的葛洛夫。三人统领着英特尔在集成电路领域创造了一个又一个的奇迹。

安迪·格鲁夫(Andrew Grove)

我们将目光回到存储产品上,当时制造存储器芯片有三种方法:1,利用 CMOS 技术;2,利用肖特基双极型技术;3,制造多芯片存储器模块技术。诺伊斯和摩尔把离产品化远的第三种方案排除,用最原始的方法进行研究——全都尝试。并把公司研究人员和工程师分成两组,开始研制两种不同技术的存储器芯片。

当时霍尼韦尔公司为了让自己计算机性能超过竞争对手们,决定把大力采用半导体存储器,这个消息让英特尔工程师们充满斗志,两组人员开始全面 PK。

1969 年,双极型存储器开发组生产出第一块存储器芯片,它可存储 64 个字节,公司还给它起了个名——3101 芯片。随后,3101 存储芯片投入生产,霍尼韦尔公司全部买下,当年英特尔销售额达到 56.6 万美元。

CMOS 组进度落后是因为遭遇了一个麻烦,成品率为 0,格鲁夫陷入绝望境地。此时,摩尔亲自上阵,发现问题所在,也让 CMOS 存储芯片达到正常工作的程度,给该芯片起名 1101 芯片,霍尼韦尔大手一挥,表示买买买。英特尔把 1101 芯片进行改进,以 1102 芯片的名称给霍尼韦尔供货。

随后不久,又一位天才站了出来,他是英特尔的第 12 号雇员特德·霍夫(Ted Hoff),提出了一种全新的概念。他认为,存储器单元只需三个晶体管,而不是传统的四个,且内部连接还能减少。这样,就能把更多的存储单元集成到一起,密度达到原有产品的三到四倍,存储容量达到 1024 个字节。不过该存储器有个特点,就是断电后,存储信息改变。因为这个特点,人们把该存储器成为动态随机存储器(DRAM)。

英特尔在 1970 年 10 月宣布生产出 DRAM 芯片——1103 芯片。这是世界上第一块 1K 的动态存储器,一经问世风靡了计算机界,磁芯存储器逐渐被淘汰。

1970 年 9 月份的时候,英特尔就造出了可擦除的可编程只读存储器EPROM)。容量达到 2K,不过只是样品。随着后期的不断改进,EPROM 一下成了英特尔的摇钱树。1971 年英特尔销售额达到了 900 万美元。1972 年英特尔开发了世界第一块静态随机存储器(SRAM)2102 芯片,1973 年,公司销售收入达到 6600 万美元,可谓是当时最有名,最具实力的存储器供应商。

说到底,集成电路发展就像一个数字游戏,70、80 年代的单芯片容量数字不断增大,4K、16K、64K DRAM 芯片相继问世,在这些存储器芯片中,20 世纪 70 年代初中期发展的 1K、4K 两类 RAM 芯片基本上由美国的公司独有,商业竞争关系则是英特尔和 MOSTEK 等几家公司间进行,起先英特尔公司凭借技术的领先,占领了 90%的市场,在 4K 时代被 MOSTEK 抢了不少市场份额。不仅如此,MOSTEK 又率先推出了质量可靠的 16K DRAM,可谓一时风光无两。
 

 

让美国半导体产业惊恐的日本

1985 年的某一天,英特尔公司创始人、董事会主席安迪·格鲁夫在办公室,与公司的董事长兼最高执行长官戈登·摩尔谈论公司情况。格鲁夫超窗外望去,远处,大美利坚游乐园的“费里斯摩天转轮”正在旋转。随后回头问戈登:“如果我们下了台,另选一名新总裁,你认为他会采取什么行动?”戈登犹豫一下,答道:“他会放弃存储器的生意。”格鲁夫目不转睛的望着戈登,说:“你我为什么不走出这扇门,然后回来自己动手?”

这段对话节选自格鲁夫自己出的一本书《只有偏执狂才能生存》,当时的英特尔可谓危机重重。70 年代叱咤存储器市场的英特尔怎么会自愿放弃自己的发家业务?这是多么的不可思议,历史就是这样的调皮,但总归是公平的。就像当初磁芯存储器被半导体存储器代替一样,日本企业的崛起,也是让美国半导体公司猝不及防。

为了半导体产业的迅速发展,日本开始动用国家的力量,往半导体领域疯狂砸钱。起初日本企业在美国半导体公司参观学习时,美国人似乎并不相信日本公司能和他们一较高下,但历史告诉我们,美国公司被啪啪打脸。

当时在第二次世界大战日本战败后,美国驻军日本,日本有很少的军费开支,几乎全部的国民收入都投入到了工业技术、教育和科技领域。早在 1971 年,日本的通产省就制定出了以“尽量扩大日本在计算机市场控制力”为目的的战略,半导体是计算机的基础,日本自然不会放过。不管是氛围、出资力度还是团结程度,日本发展可以雄心满志。崇尚自由竞争的美国,被抱团的日本打的不可招架。


20 世纪 70 年代末,日本公司不仅能生产 16K DRAM,而且还霸占不少市场份额。在 16K DRAM 市场中,日本厂商占 40%,美国占 60%。到了 1981 年,64K DRAM 时代,日本占了 56%,美国占了 44%。数据一出,美国半导体行业瞬间不淡定了。

执着的日本,在存储器上的成品率也是让美国汗颜。据当时统计的资料显示,美国动态随机存储器的最高成品率为 50%,而日本达到 80%。1980 年一次学术会议上,惠普技术人员公布了三家日本公司和三家美国公司的 16K DRAM 芯片的质量检测结果,美国三家中最好的结果的不合格率是日本最差结果的 6 倍。这三家美国公司就是英特尔,德州仪器仪表公司和 MOSTEK 公司,三家日本公司是富士通、日立和 NEC。

屋漏偏逢连夜雨,1973 年到 1975 年,美国遭遇经济危机,半导体不能幸免。这个背景下不断裁员,研发投入大打折扣。

然而这个时候,日本还玩起了价格战,1981 年 50 美元 1 片的 64K 芯片,到了 1982 年 5 美元就能买到,美国公司可谓节节败退,也开始玩起抱团策略。

1981 年 10 月,英特尔和 AMD 签订合作协议;1982 年 2 月美国 50 家公司订了秘密协议,决定在开发新半导体技术上技术共享。

刚抱团没多久,在 1982 年年中,日本富士通推出了 256K DRAM 存储器芯片,随后日立也造了出来。1983 年到 1984 年,能出售 256K DRAM 的公司有富士通、三菱、NEC、日立、东芝和摩托罗拉,除了摩托罗拉,清一色的日本公司。

显然,这段时期的美国存储器被日本完全碾压,也就出现了本章节开头的那段对话,英特尔宣布退出动态 DRAM 存储器市场,专心于微处理器业务。

到了 1992 年,微处理器的巨大成功让英特尔成为了世界上最大的半导体企业。而那段被逼转型的历史细节,英特尔人一定历历在目。

日本存储器的衰落
1999 年,在日本通产省的主导下,日立和 NEC 的 DRAM 部门整合成立了尔必达(Elpida),三菱电机随后也参与进来,而其他日本半导体制造商均从通用 DRAM 领域中退出,将资源集中到具有高附加值的系统集成晶片等领域。Elpida 是希腊语“希望”的意思,这个公司名体现了日本半导体产业对这最后的 DRAM 制造商所寄予的厚望。

然而在成立之处,尔必达就是烫手山芋,被估算每天一开门就要净亏损 2 亿日元。2002 年坂本幸雄出任尔必达 CEO,开始拯救计划。他从美国英特尔拉来订单,并筹集资金建设广岛 12 英寸晶圆厂。让尔必达的全球市占率开始逐渐攀升。从 2002 年到 2007 年获利成长 3 倍。尔必达全盛时期,整合日系厂商的研发能力,产量排名世界第三,仅次于三星与海士力。不过先前大举扩张时已经埋下祸根。

2007 年全球金融危机后,DRAM 价格暴跌,尔必达陷入严重亏损。2009 年向日本政府申请了 1300 亿日元援助贷款。2011 年泰国洪灾后 DRAM 市场低迷。日元更是出现史无前例的升值,同时韩元兑日元贬值 70%。这让尔必达完全无法招架,销售额迅速下滑。2012 年 2 月 27 日,尔必达向东京地方法院申请破产保护,当时公司负债总额已高达 4480 亿日元(89.6 亿美元),是日本史上最大的破产案件。2012 年 7 月,美国美光以区区 25 亿美元低价收购尔必达。仅仅两年之后,美光市值从 60 亿美元暴增至 360 亿美元,成为尔必达破产的最大受益者。


在申请适用《公司再生法》新闻发布会开头,尔必达内存公司的坂本幸雄社长(左)俯首致歉(2012 年 2 月 27 日,图片:产经新闻社)

 

上面这段文字读起来怪怪的,因为刚刚还沉浸在日本存储器鼎盛时期,怎么突然这般下场?

我们把 80、90 年代缺的那块历史补上,当时被日本疯狂抢夺市场的美国感受到了危机感,正在谋划一场战争。1978 年,美国《财富》杂志刊登了《硅谷的日本间谍》的报道;1981 年 3 月和 12 月,又两次刊登报道敲响美国半导体行业的警钟。1983 年,《商业周刊》杂志刊登了长达 11 页的《芯片战争:日本的威胁》的专题。

随着日本厂商的大量产能进入市场,供给严重过剩引发了全球 DRAM 的价格暴跌。1985 年 6 月,美国半导体工业协会(SIA)向美国贸易代表办公室提起对日本半导体产品倾销诉讼;此后,美光向美国商务部提起日本 64K DRAM 倾销诉讼。“日美半导体战争”正式开战。

这场战争最终以“日美半导体协定”了结。美国半导体夺回了半导体宝座,而日本增加了内需。

但在存储器这个市场,日本必须接受一个现实:1999 年,富士通从 DRAM 事业中退出;2001 年,东芝也从 DRAM 事业中撤退;2002 年,NEC 将发生赤字的半导体部门分离了出去;2008 年,富士通将一直赤字的 LSI 事业剥离了出去。


三星的套路

纵观整个存储器发展史,并不存在某个国家、某个公司突然起来,从而代替前一任霸王。其实发展的时间点都有重叠部分,只是不同的时代有不同的存储老大罢了。上面日本存储器的陨落,历史将迎来一位新的存储器大哥,那就是三星。而三星的发展几乎就是在日本存储器刚刚得势那会儿。

也就是 20 世纪 80 年代,三星和现代的财团都在寻找未来的商业领域,最终他们的目标是,从工业基地转型为更具高科技导向的产业。

而三星的半导体发展就是一部韩国半导体产业发展史。

前三星集团首席执行官李秉哲(Lee Byung Chul)在 1983 年 2 月决定对内存芯片生产进行大规模投资。这被认为是一个非常大胆的决定。因为当时韩国仍是一个简单的装配生产基地,1983 年,整个半导体生产中晶圆加工的份额也仅为 4.3%。

三星集团的三代掌门人:李秉喆(左)、李健熙(中)和李在镕

当时三星制定了一个详细的计划,根据这个计划,三星全部半导体产品中大约 50%应该是 DRAM。随后,三星于 1983 年 11 月成功研发了 64K DRAM。从技术上讲,韩国半导体行业实现了从相对简单的 LSI 技术到尖端的 VLSI 技术的重大飞跃。由此,1983 年标志着韩国 VLSI 芯片时代的开始。不可否认的是,在最初阶段,外国技术许可在三星产品开发中发挥了至关重要的作用。

1984 年,三星电子成立了一家现代化的芯片工厂,用于批量生产 64K DRAM。1984 年秋季首次将其出口到美国。1985 年成功开发了 1M DRAM,并取得了英特尔“微处理器技术”的许可协议。

此后三星在 DRAM 上不断砸钱,韩国政府也全力配合。由韩国电子通信研究所(KIST,由韩国科学和技术部(MOST)管理)牵头,联合三星、LG、现代与韩国六所大学,“官产学”一起对 4M DRAM 进行技术攻关。该项目持续三年,研发用达 1.1 亿美元,韩国政府便承担了 57%。随后韩国政府还推动了 16M / 64M DRAM 的合作开发项目。

1983 年至 1987 年间实施的“半导体工业振兴计划”中,韩国政府共投入了 3.46 亿美元的贷款,并激发了 20 亿美元的私人投资,这大力促进了韩国半导体产业的发展。

政府带着民间资本一起砸钱,硬生生砸出了一个存储器的帝国。

然而超越日本成为世界第一大 DRAM 制造商只是三星带领韩国半导体产业迈向世界第一梯队的第一步。1995 年之后,三星多次发起“反周期定律”价格战,使得 DRAM 领域多数厂商走向破产,并逐渐形成 DRAM 领域只有几家垄断市场的现状。

三星的反周期玩法,让奇梦达、尔必达相继倒下。其实,说到底还是砸钱砸的猛烈。

如今存储器三巨头三星、SK 海力士、美光已经呈现垄断之势,这时候中国资本似乎感觉到了存储器的重要性,开始效仿砸钱策略。作为存储器芯片消耗大国,存储器的风向是不是该刮向中华大地了?

参考资料:
1,《IT 通史 - 计算机技术发展与计算机企业商战风云》,李彦,2005 年;
2,《只有偏执狂才能生存》,安迪·格鲁夫,2010 年;
3,《“芯片国际棋局”系列专题之二》,21 世纪经济报道,2018 年;
4,《DRAM 芯片战争》,2017 年。

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