美国半导体发展简史
?20世纪40年代末,半导体在美国开始诞生,之后得到了蓬勃发展。半导体在美国发展很快的原因主要有两个方面:一是政策引导,二是鼓励市场创新。
“每当通货膨胀成为政治或经济讨论的一部分时,政策制定者和评论员就会本能地诉诸于从1970年代通货膨胀的经验中得出的叙述和模型。然而,这些模型对相邻的通货膨胀经验也没有提供什么解释。例如:根据20世纪70年代的模型,50年代观察到的宏观经济数据点和政策反应的组合表明,失控的通货膨胀迫在眉睫。
相反,随着经济形势的变化和新产能的建立,通胀压力迅速得到解决。”
这是美国作者Gabriel?Mathy、Skanda?Amarnath?和?Alex?Williams在分析上世纪50-70年代美国社会状况时的分析。
按上面所说:政策引导和新技术和新产能的快速开展将能够迅速解决通货膨胀问题。
这或许也是时隔五六十年后,美国为什么要逐渐的、不停的、越来越严厉的对中国科技展开制裁的原因。?
50年代初期,半导体的主要采购者和主导者是美国国防部。
美国政府制定了相应的产业政策和科学政策,帮助培育了半导体公司的多元化生态体系,以确保任何科学上可行的方法在经济上也可行。
那时,美国国防部曾要求所有的半导体供应商对技术和知识进行开放共享,甚至要求贝尔实验室和其他大型研发部门公布技术细节,并广泛授权他们的技术,以确保国防部可能与之签约的所有公司都能获得创新的“基石”。
政府的大量采购,与反垄断法结合,一方面确保了投资者愿意大幅支出资本,鼓励大公司建设大型研究实验室,另一方面使得半导体行业不存在技术壁垒。
到了60?年代末(上世纪),半导体行业在民用市场发展得非常之快,以至于政府采购对于半导体企业变得相对不再非常重要,在60年代后期,美国国防部军事方面的采购仅占市场的不到四分之一,到1973年以后,来自美国政府国防部的采购几乎可以忽略不计。
资料来源:ICE?Semiconductor
进入60年代末、70年代初,民用市场的商用化得到了蓬勃发展。市场领域细分为个人终端、芯片制造商(包括内存生产)、元器件分销商、集成电路设计EDA以及设备检测等几大领域。
在70?年代,蓬勃发展的非国防市场意味着成功的小型和大型公司在没有太多政府支持或协调的情况下共存。技术改进转化为工艺改进,进而推动了进一步的技术改进。MOS?IC、微处理器、DRAM等新技术新发明将半导体行业推向了新的高度,并且形成了一个循环的闭环,不断推动着新的的创新路径。
正是这种政策与市场相互促进与监督的模式促成创新的盛行,移动通信及半导体行业开始了在民用市场的快速发展。
首先是个人电脑的发展。
1973年,第一款商业个人电脑Micral问世,这款电脑并非只是简单组装件,而是形成一套完整系统,基于英特尔8008微处理器设计。
1976?年,史蒂夫?乔布斯、史蒂夫?沃兹尼亚克和罗?韦恩三人创立了苹果电脑公司并推出了首款产品?Apple?I?,售价?500?美元。
终端产品的发展反过来推动了半导体行业的快速发展,20世纪70-80年代是美国半导体公司崛起的黄金时代,由此诞生了很多在当时还不起眼却在现在成为半导体行业各领域的头部企业。
譬如设计制造PC芯片的Intel、AMD,Apple;早期推出过个人电脑现在主要从事数字信号处理与模拟电路方面的TI(德州仪器);通用仪器旗下微电子部门于1969年分拆出来,在1989年独立的Microchip(微芯科技)等等;
80年代:激烈竞争,掀起科技战
然而,到了?1980?年代,美国在国际贸易和工业部的产业政策指导下的市场和技术主导地位被日本公司取而代之。
日本使用了与美国相同类型的政策来迅速建立能力并主导全球市场:集中指导、采购协议、廉价融资。
同时,日本采取了一种略有不同的战略,专注于为出口市场的技术。特别是当时成为主流的DRAM内存存储技术和产品,日本在这方面很快就占据了主导地位。
资料来源:ICE?Semiconductor
硅谷的英特尔、AMD等科技创业公司在半导体存储领域,被日本公司追着打,然后被反超,半导体芯片领域(当时主要是半导体存储占据主流)成为日本企业的后花园。
日本公司的竞争对美国公司产生了巨大的影响。许多美国公司在随后的洗牌中永久退出了?DRAM?市场。
取而代之的是,大公司将小公司仍然拥有的任何生产能力集中起来,并创建了大型企业集团。随着公司开始采用类似的原则,MOS?晶体管作为行业主导设计的出现使专用制造“代工厂”变得更经济。
随之而来的行业垂直化导致了大型企业集团的出现,这些企业集团与专注于设计的小型“无晶圆厂”公司共存,这些公司生产设计但不生产芯片。
从理论上讲,这为这些“无晶圆厂”公司保留了灵活性,可以在追求创新设计策略的同时最大限度地降低管理成本。
由此,在80年代,美日爆发了著名的半导体“战争”。
1986年春,日本被认定存储器倾销;9月,《美日半导体协议》签署。日本被要求开放半导体市场,保证5年内国外公司获得20%市场份额;不久,对日本出口的3亿美元芯片征收100%惩罚性关税。
然后,日本半导体芯片产业从1986年最高40%,一路跌跌不休跌到2011年的15%,其中的DRAM受打击最大,从最高点近80%的全球市场份额,一路跌到最低10%(2010年)。
90?年代:科学政策再次引导美国半导体发展
上世纪90?年代,美国将“科学政策”的引入视为政府在半导体制造中采取行动的新范式。科学政策的重点是促进与个别公司的公私合作伙伴关系、行业研发与学术研发的更紧密结合、广泛的研究分工以及允许创新公司轻资产运行的行业结构。
政策目标从创建具有强大供应链的强大竞争生态系统转变为创建公私机构来协调研究人员、无晶圆设计公司、设备供应商和大型“头部公司”之间的复杂交接。这样一来,任何公司都不需要在研发上花费超过绝对必要的开支——保持全球成本竞争力——而政府也将避免大规模的投资支出。
下图是SIA(美国半导体行业协会)制作的?1994?年国家半导体技术路线图,展示了科学政策背后的战略:
资料来源:半导体行业协会
“科学政策”安排的中心主题是狭义非冗余的效率。早期的产业政策侧重于冗余和重复,以尽快将创新带到供应链的每个部分。小型和大型公司都管理自己的生产,第二来源合同(国防部政府合同)确保可行的流程在公司生态系统中迅速传播。虽然早期的产业政策战略大大加快了创新步伐,并确保了整个供应链能够抵御个别公司的失败,但这确实意味着大量的重复投资。
在?1990?年代,美国政府没有回归产业政策,而是选择了成本低得多的科学政策计划。理想情况下,“科学政策”将允许政府协调企业在技术上不至于落后的相互矛盾的经济愿望。然而,为了顺应时代精神,美国政府也在努力节约,不会提供产业政策在新的竞争环境下取得成功所需的大规模财政支持。
在短期内,这个策略奏效!
到?1990?年代后期,美国在国内半导体和技术投资普遍繁荣的情况下成功地重新获得了技术优势。在没有国内产业政策的大规模财政支持的情况下,该行业能够在保持国际竞争力的同时进行创新。大多数个体公司将研发重点集中在生产过程开发的下一两个节点上,而长期研究则由政府资助的学术研究人员组织。行业团体介入,将这项学术研究转化为商业参与者,研发和生产中重复劳动的成本在很大程度上被消除。
2000?年代:互联网泡沫破灭,收益递减
然而,美国90年代“科学政策”的成功是以高昂的长期成本为代价的。劳动力和资本的冗余有助于确保公司能够快速内化流程改进,同时培训下一代工程师和技术人员。虽然从单一时期内股东回报静态最大化的角度来看,这种重复可能是“多余的”,但它对于确保长期的创新轨迹至关重要。“消除冗余”和“增加脆弱性”是同一枚硬币的两个方面。
从长远来看,劳动力和资本投资不足会在某个地方出现,无论是资产负债表、创新能力还是两者兼而有之。
将投资过程的一部分分配给每家公司可能会使每家公司的资产负债表看起来更加稳健,但由于持续的投资不足,整个行业变得更加脆弱。数十年的最低劳动力成本缩减了熟练技术人员和工程师的数量,而数十年的产能投资不足导致阻碍了国内企业应对当前短缺的能力。
与此同时,全球互联网泡沫破裂,收益递减,美国的半导体产业再次进入低迷期。特别是在晶圆代工方面逐渐失去优势。
2010?年代:“无晶圆厂”公司、研发和离岸外包
到2010年前后,美国半导体产业从研发到生产的过程中开始出现奇怪的不一致和反馈循环。
美国科学政策的关键是知识产权创新与生产过程创新的分析和经济分离。通俗地说,政策优先于研究、设计和想法,而不是实施、生产和投资。
利用美国海外制造厂工艺改进的“无晶圆厂公司”的兴起是这一战略的直接后果。
但是,优先考虑研发可能会自相矛盾地降低创新步伐。单独补贴研发与激励离岸外包没有什么不同:政策奖励知识产权的发展,而不是实物资产的所有权。
数十年来未能投资于工业产能和就业,造成了美国公司高度依赖外部制造厂的局面。
2020?年代:再次掀起科技战
众所周知,2019年开始,美国针对中国大陆和台湾的半导体优势再次开启了科技战模式。
首先限制高端技术,然后回迁高端产能,再不断对相关技术和产能进行打压。以再次寻求在半导体领域的优势地位。
但是,中国的半导体产业链的成熟度和韧性都要强于上个世纪八十年的的日本,而且,中国有着庞大的市场消费端,中美科技实际上已经水乳交融,科技战对双方都是一种伤害。
在上世纪七八十年代,美国及全球半导体的黄金发展阶段,很多半导体公司成立并迅速发展,包括Intel、AMD、Apple、TI(德州仪器)、ST(意法半导体)、Microchip(微芯科技)、BOSCH(博世)、TDK?Electronics()、Arm?&?Arm?China(安谋科技)、Imagination、Renesas(瑞萨)、Nexperia(安世半导体)、TDK?Electronics(东电化电子)等,以及全球元器件分销商Future?Electronics?(富昌电子)、Excelpoint(世健科技)、Arrow?Electronics(艾睿电子)等等。如今过去五六十年了,他们成为了各个领域的头部企业。他们很多都曾参加或即将参加由跨国媒体Aspencore于2022.11.10-11.11举办的2022?IIC?SZ(国际集成电路展览会暨研讨会),届时可以了解四五十年前后的半导体公司的情况对比以及最新的前沿技术和方向。点击 这里 或扫码 报名参会
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责编:Challey