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半導(dǎo)體是電子工業(yè)發(fā)展的基石(上)

作者:葉鐘靈 時間:2014-04-02 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  智慧之石

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/235817.htm

  作為電子工業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)的電子器件,已經(jīng)歷了三個巨大變革時代:1. 電子管時代――1905~1947(42年);2. 晶體管時代――1947~1958(11年);3. 集成電路時代――1958~…(到2014年已有56年)。

  電子管的發(fā)明拉開了電子時代的序幕,為當(dāng)時蓬勃發(fā)展的無線電報事業(yè)提供了核心器件,在它存在的40多年的時間里,推動了收音機、電視機、雷達(dá)、計算機的發(fā)明和應(yīng)用。美國是電子工業(yè)發(fā)展的代表,1920年即開始廣播,也是30年代最早開始電視廣播的國家之一,最先研制成功了脈沖雷達(dá)和電子管計算機,美國電子工業(yè)產(chǎn)值從有統(tǒng)計的1927年的2億美元發(fā)展到1947年的36.6億美元,增長了18倍。

  1947年美國貝爾研究所的肖克利、布拉頓和巴丁發(fā)明了晶體管,解決了電子管在體積、功耗、壽命等方面的局限性,進(jìn)入了電子器件的固體時代,耐沖擊,耐震動,體積小,僅是相應(yīng)電子管的十分之一到百分之一,可靠性提高百倍,可以設(shè)計出小型、復(fù)雜、可靠的電路,對軍事、航空、航天及計算機的發(fā)展起到了無可取代的重要作用。晶體管時代時間很短,僅有11年,可說是個過渡期,它吹響了集成電路發(fā)明的號角。1958~1959年間德州儀器和仙童公司便發(fā)明了集成電路,人類進(jìn)入了集成電路時代,以迄于今。

  集成電路將晶體管和電阻、電容集成在一塊硅片上,構(gòu)成了一個完整的單片功能電路,所謂“立錐之地布千軍”,獲得了飛速的發(fā)展,集成度日益提高,從小規(guī)模集成電路不斷向著中規(guī)模(MSI)、大規(guī)模(LSI)、超大規(guī)模(VLSI)、特大規(guī)模(ULSI)、極大規(guī)模(GLSI)邁進(jìn),現(xiàn)在一塊芯片上已可集成幾十億(14~35億)個晶體管,一個針尖上可容納3000萬個晶體管。集成電路更具面體積小、重量輕、壽命長和可靠性高、成本低等優(yōu)點,便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域,與晶體管不可同日而語。

  人們通常把晶體管和集成電路籠統(tǒng)地稱為半導(dǎo)體器件,半導(dǎo)體器件是20世紀(jì)的最重要的發(fā)明,是一、二百年間才能見到一次的發(fā)明。半導(dǎo)體器件是所有電子設(shè)備的心臟,它改變了人類社會,從“鋼鐵時代”進(jìn)入了“新石器時代”,半導(dǎo)體是工業(yè)的“石油”,農(nóng)業(yè)的“稻米”,“科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基石”。它變革了人類國民經(jīng)濟、軍事戰(zhàn)爭、人民生活甚至文明文化等各個方面,以前說“鋼鐵即國家”,而今是“電子(半導(dǎo)體)即國家”,出現(xiàn)了“電子立國”之說,一個國家的進(jìn)退興亡全在半導(dǎo)體此舉!

  市場發(fā)展

  半導(dǎo)體市場之初發(fā)展極為迅速,據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo),1960年世界半導(dǎo)體市場不過8.5億美元,到1995的35年間,平均以每年約16%的速度增長,基本上直線上升到1550億美元。此后,半導(dǎo)體市場方才出現(xiàn)起伏不定的狀況,據(jù)市場調(diào)研公司IC Insights 2010年的一個報告顯示,1995~2010年15年間的年均增長率放緩到4.7%,其間1996年、1998年都是負(fù)增長,特別是2001年在上年大幅上場37%、突破2000億美元達(dá)到2190億美元后驟降32%,降至1490億美元,2008~2009年又相繼下行,2010年又逆風(fēng)飛揚30%,首破3000億美元達(dá)3100億美元(圖1)。

  據(jù)WSTS報告,2011年世界半導(dǎo)體市場微增0.4%,2012年略減2.7%,計2916億美元,2013年據(jù)SIA今年2月最新報告,超出WSTS去年6月預(yù)測的2.1%達(dá)到4.8%,再次跨越3000億美元,達(dá)3056億美元。著名市場調(diào)研公司Gartner和IHS去年底曾分別預(yù)測2013年世界半導(dǎo)體市場成長5.2%和4.9%。增長的原因簡而言之,即由于智能手機和平板電腦對存儲器(包括)的殷切需求,促使存儲器價格成倍翻高,營收大增,分別飚升了35%和28%,據(jù)說若無此兩大產(chǎn)品的驚人業(yè)績,半導(dǎo)體產(chǎn)品市場或許就是零增長。

  附帶說一句,近年因世界宏觀經(jīng)濟及各行各業(yè)發(fā)展的不確定性,難于預(yù)測,修修改改已習(xí)以為常。SIA并預(yù)測2014年世界半導(dǎo)體市場將增長8%,為幾年來所少見,同時SIA還援引WSTS的報告稱,2014年將略增4%,2015年續(xù)增3.5%,達(dá)3280億美元。總之,我們看到自2013年起世界半導(dǎo)體市場將維持增長的勢頭。

  展望未來發(fā)展,市場調(diào)研公司IC Insights 去年9月發(fā)表報告稱,隨著歐洲經(jīng)濟緩慢地改善及世界經(jīng)濟也在逐漸好轉(zhuǎn),世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前景有望。盡管半導(dǎo)體業(yè)將受到技術(shù)的多方面嚴(yán)峻挑戰(zhàn),但該公司總裁Bill McClean說:“總的看來,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來10年的成長趨勢可望提升。”(表1)世界1997~2012年15年間每塊集成電路的平均售價從2.12美元下落到1.34美元,影響到同期世界半導(dǎo)體市場從1277億美元僅成長到2548億美元,年均增長率為4.7%。未來受世界GDP增長的帶動,預(yù)計2015年和2016年世界半導(dǎo)體市場將分別成長11%和13%,2017年則將步入衰退。綜觀2012年到2022年的10年間,集成電路的平均售價將有所反彈,從1.34美元上升到1.48美元,而同期世界半導(dǎo)體市場則從2548億美元成長到5038億美元,年均增長率達(dá)到7%,優(yōu)于上15年間的4.7%。預(yù)測終究是預(yù)測,姑妄言之,到時將由事實最后來說明。

  根據(jù)上述數(shù)據(jù)推算,世界半導(dǎo)體市場規(guī)模發(fā)展到10
00億美元大約用了34年,從1000億美(1994年)元成長到2000億美元(2000年)僅用了6年時間,成長到3000億美元(2010年)用了10年時間,而預(yù)計到2022年可成長到5000億美元,即是在12年時間內(nèi)增長了2000億美元,果若如此,那是速度可觀,前景可待。

  日本媒體資深記者,現(xiàn)日本產(chǎn)業(yè)時代公司社長泉谷涉2013年初撰文說,現(xiàn)在許多人認(rèn)為半導(dǎo)體業(yè)未來前景將遭遇紅燈,近7、8年間起伏不定,半導(dǎo)體市場發(fā)展到了25萬億日元。但他同時指出,從晶體管誕生而開始的半導(dǎo)體歷史,總是開拓新應(yīng)用領(lǐng)域的核心,它是新產(chǎn)業(yè)革命的“核彈頭”,其今后的作用地位也不會變更。泉谷涉并預(yù)測到2030年,世界半導(dǎo)體市場將從25萬億日元成長到40萬億日元,大致算來18年間的年均增長率為2.6%,速度雖不算快,但總是在成長,筆者倒是認(rèn)同的。

  產(chǎn)品應(yīng)用

  1955年日本引進(jìn)美國貝爾研究所發(fā)明的晶體管,實現(xiàn)了規(guī)模生產(chǎn),開始生產(chǎn)晶體管收音機;1958年IBM開發(fā)成功晶體管計算機;1961年日本推出晶體管電視機和計算器;1962年美國德州儀器等公司率先投產(chǎn)IC(集成電路);1967年日本上市IC 計算器,拉動了IC的大量應(yīng)用;1970年美國IBM發(fā)表了LSI 370系列大型計算機;1971年美國英特爾公司開發(fā)出微處理器,具有革命性意義,被稱為“生命之石”;美國蘋果公司1977年推出了Apple電腦,時代曙光乍現(xiàn),頗獲好評;1981年IBM推出IBM-,從此盡顯風(fēng)流,應(yīng)用日益廣泛,得到了極大的普及,成為半導(dǎo)體業(yè)的增長引擎。據(jù)市場調(diào)研公司IHS iSuppli 2012年報告,世界IC四大應(yīng)用產(chǎn)品依次為PC,手機,平板電腦和液晶電視,約占IT市場的90%。

  世界IT市場的主力產(chǎn)品—PC經(jīng)過30多年的發(fā)展失去從容,步入衰微,世界PC出貨量于2011登頂約近4億臺,2012~2013年兩年接連下滑,已僅為3億臺多一點,原先PC曾獨占半導(dǎo)體應(yīng)用的35%,如今急速凋落對半導(dǎo)體影響很大,進(jìn)入了后PC時代。繼而力挺IT領(lǐng)域的是智能手機和平板電腦的爆發(fā)增長,世界智能手機出貨量2012年即達(dá)6.5億部,2013年激增至9.5億臺,有說最多可達(dá)15億部的,也有說2~3年內(nèi)可望增長到20億部,無論如何,它總有一個到頭的日子。平板電腦發(fā)展近年同樣迅速,據(jù)市場調(diào)研公司IDC稱,2013年其出貨量已超越筆記本電腦,達(dá)近2.2億臺,比上年增長5l%,但已落后于2012年的竄升87%,說明世界平板電腦市場發(fā)展也己趨緩,臻于成熟,今年或可首見發(fā)達(dá)國家如美國市場的出貨量縮減的情況,世界又將邁入“后智能手機時代”!當(dāng)前媒體熱議的是可穿戴設(shè)備,其他還有所謂“脫IT產(chǎn)業(yè)”的醫(yī)療電子、新一代汽車、航空、機器人、綠色能源等將繼續(xù)推動半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展。一般而言,“一門產(chǎn)業(yè)的壽命約為30年”,而半導(dǎo)體從大發(fā)展的上世紀(jì)70年代算起,已超過了40年,針對半導(dǎo)體微細(xì)化工藝進(jìn)展的摩爾定律還沒有走到盡頭,美日市調(diào)公司或?qū)<翌A(yù)測,世界半導(dǎo)體市場還有最后一、二十年的成長空間。對中國而言,發(fā)展半導(dǎo)體事業(yè)真的已到達(dá)了刻不容緩,時不我待,時不再來的關(guān)鍵時刻!

  升火待發(fā)

  李克強總理在今年人大的政府報告中指出,要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),扶持新興產(chǎn)業(yè),“設(shè)立新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新平臺,在新一代移動通信、集成電路、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)制造、新能源、新材料等方面趕超先進(jìn),引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”首次把集成電路放在了明確領(lǐng)先的地位,各新興產(chǎn)業(yè)相輔相成,半導(dǎo)體在其中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用,這合乎國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律,定能促進(jìn)經(jīng)濟不斷發(fā)展,集成電路可期待矣!

  日本網(wǎng)媒去年5月有篇報道說,日本半導(dǎo)體產(chǎn)值現(xiàn)為5.9萬億日元,在整體制造業(yè)中不過占2%,但它卻具有不可或缺的戰(zhàn)略意義,是占有日本出口總額10%供應(yīng)鏈中的核心產(chǎn)品,有“小巨人”之美稱。從世界來看,半導(dǎo)體市場約為30萬億日元,規(guī)模也不算大,約占世界電子工業(yè)產(chǎn)值153萬億日元的近20%,可影響至為巨大,它是所有產(chǎn)業(yè)的心臟和知識產(chǎn)權(quán)的載體,不僅電子產(chǎn)業(yè),其他如航空航天、汽車、工業(yè)用設(shè)備等莫不對其有所倚重。

  縱觀歷史,半導(dǎo)體可說是一個現(xiàn)代國家國祚盛衰之淵藪。半導(dǎo)體始自美國,迄今它仍是半導(dǎo)體生產(chǎn)第一大國,世界十大半導(dǎo)體公司中美占其五,獨攬半壁江山。美國英特爾公司穩(wěn)坐世界半導(dǎo)體業(yè)頭把交椅已有22年之久,無有撼動者,雖常聽說老二三星(營收約296億美元)企圖搶班奪權(quán),但2013年兩公司營收還有184億美元之差,一時恐難得逞。隨著移動通信的發(fā)展,高通(1985年成立)、博通(1991年創(chuàng)立)爭時立新,業(yè)績輝煌已分別躍進(jìn)世界前十。英特爾主打PC用微處理器,曾獨占世界市場九成以上,原先美國基本已放棄生產(chǎn),但1978年成立的美光公司,1981年建立晶圓廠,胼手胝足,慘淡經(jīng)營,2013年8月正式并購日本爾必達(dá)(Elpida)后,其規(guī)模己超韓國SK海力士公司,成為僅次于三星的世界第二大存儲器公司,已躋身世界十大半導(dǎo)體公司第5位,三大集團合計市場占有率已超過世界存儲器市場的90%,確立了壟斷地位。微處理器和存儲器又都是半導(dǎo)體業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品,這為美國建立世界第一經(jīng)濟和科技大國提供了可靠的保障,蘋果公司如無半導(dǎo)體的支持,根本不可能推出橫掃世界的i系列產(chǎn)品。

  相比之下,日本在“官產(chǎn)學(xué)”舉國一致的努力下,從著手趕超美國,終于在上世紀(jì)80年成功超越而成為世界第一半導(dǎo)體生產(chǎn)地,并因而建成“消費電子王國”,經(jīng)濟發(fā)展迅速。但日人性格的兩重性――傲慢和保守,成功之后技術(shù)上只重細(xì)節(jié)改進(jìn),創(chuàng)新缺失,管理固步自封,效率低下,在美國重振反擊、韓國后來居上的夾擊下,日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)首先淪陷,DRAM、均已被韓國三星搶得頭籌。80年代曾顯赫一時,雄踞世界十大半導(dǎo)體公司冠亞軍的NEC和東芝,NEC早已消失,現(xiàn)唯東芝暫居第6,有NEC關(guān)系的瑞薩電子退居末座,日本第三大半導(dǎo)體公司索尼已跌落到第15位。加之日元升值,出口受阻,日本電子產(chǎn)業(yè)隨之黯然失色,全線崩潰。消費電子產(chǎn)品讓位于強勢的韓國,移動電子又沒法趕上美國創(chuàng)新的步伐,日本“電子立國”戰(zhàn)略遭到重創(chuàng),其電子產(chǎn)業(yè)國內(nèi)產(chǎn)值于2000年登頂,達(dá)約26萬億日元,之后一路下滑,2012年已跌至12萬億日元,不及頂峰之半,震驚日本,豪嘆日本失去了20年!日本半導(dǎo)體、電子產(chǎn)品的發(fā)展教訓(xùn)殷鑒不遠(yuǎn),警鐘長鳴。(未完待續(xù))

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