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日志

闲谈半导体风云

热度 14已有 863 次阅读2019-10-22 22:05 |个人分类:技术生涯|系统分类:生活杂谈| 芯片, 半导体

上帝说:要有光!
于是爱迪生出现了。 

1877年,托马斯.爱迪生刚三十岁,这一年他发明了碳丝电灯,但是这种材料却因无法承受长时间的高温导致寿命很短。不得已,小爱只能继续试验寻找那个“意中人”。 

这一去又是数年,在1883年的一次常规试验中,小爱在碳丝附近安装了一截铜丝试图阻止碳“蒸发”,可惜又是一次“成功之母”。但是他却发现一个现象:碳丝加热后,铜线上存在微弱的电流,二者之间却没有任何连接?WHY?

无奈百思不得其解,只好解释为碳丝加热后有热电子发射,然后被阳极收集形成电流。名为:爱迪生效应。只是因为没有发现该现象有何用处,没有继续深入研究,就此沉寂。但是,他却不知道,这给未来的世界科技发展埋下了浓重的伏笔。

在爱迪生发现爱迪生效应的时候,有一个英国的小伙子正在爱迪生的光电公司里做技术顾问,他叫约翰·安布罗斯·弗莱明。1884年,这个二十多岁的小伙子去美国拜访爱迪生,双方就光电技术问题进行了友好的讨论。在这里,弗莱明知道了这个刚刚发现的物理现象,并对此产生了相当的兴趣。

时间走到1896年,意大利的物理学家马可尼已经发明了无线电信息传输技术,并成立了无线电报公司,弗莱明又在这家公司做顾问,开始研究无线电报接收机中的检波系统。与此同时,同样受马可尼的影响,美国的一个物理学家德福雷斯特也在研究无线电接收系统。这位大哥在不知道爱迪生效应的背景下开始设想用改造的电灯做检波器。

可惜啊,没能站在巨人的肩膀上毕竟还是晚了一步,前辈弗莱明率先发明了电子二极管!

但是,德福雷斯特在电子管的基础上继续研究,果然,功夫不负有心人,他也有了新发现,增加一个新的电极,竟然可以实现小信号控制大信号,他发明了真空三极管!

可叹的是这位三极管的发明者却一直没有受益于自己的聪明才智,一生中频频处在破产的边缘,穷困潦倒,着实令人唏嘘。

电子管二极管和三极管的发明真正的开启了电子时代,开始出现了众多的电子发明产品,如电视,收音机等等。但是受限于电子管的庞大体积,更复杂的产品开发难度太高,比如第一台电子管计算机的发明用了1万多个电子管,重数十吨!耗电巨大!

未来必然会有突破,只是,什么时候?在哪里?

半导体的发现其实早于爱迪生效应的发现。

在1833年,大神法拉第发现了硫化银的温度变化特性与其他物质不同,不久法国的贝克莱尔又发现了半导体和电解质的结会在光照下产生电压即光伏效应。但直到1911年,科学家们才开始使用半导体这一名词。

德国的布劳恩发现硫化物的导电性和所加电压的方向有关,即具有单向性。因此,在电子管发明后,利用半导体制作固态放大器的想法一直在科学家的设想中。在20世纪30年代,一个利用溴化钾晶体和钨丝做成的栅极实现了真空管的特性,但是操作频率只有1Hz,无法实用。

不搞出固态放大器,人类是不会罢休的!在战乱的时代,技术研究依然如火如荼的进行着。

一说就到了二战以后,赫赫有名的美国贝尔实验室决定成立专门研究部门主攻固态放大器。这个部门的经理是麻省理工博士-肖克莱。

肖克莱的同事们在二战期间研究雷达时已经掌握了制造硅晶体的方法,制造出了掺杂型的P型和N型半导体,这成为固态放大器的重要研究基础。但是,固态放大器还是没有突破性进展。

当时的半导体实验室聚集了实验物理学家布拉顿和皮尔逊,物理化学家吉布尼和电路专家穆尔等人,还有精通固态物理的巴丁。这为未来的技术突破奠定了坚实的人才基础。这伙人开始研究理论基础试图解释一些猜想,如场效应放大的表面态效应。

终于在1947年,这帮大佬开始了真正的研制试验,并获得初步成功。

这个试验证明了功能,却在频率和增益上遇到问题,因此还需要继续打怪升级。

考虑到问题的原因可能在于电解质,研究者们尝试制造了第一个点接触型晶体管。

新的试验获得了成功,并进行了音频放大验证,这是历史上晶体管发明的重要时刻!

试验和研究还在继续,点接触型晶体管发展到结型晶体管,进一步到结型场效应管,直到1953年新的晶体管技术已经能够实现百兆赫兹的响应频率,市场开始打开了。肖克莱和巴丁、布拉顿一起分享了1956年的诺贝尔物理奖。肖克莱领导的贝尔的半导体实验室一时风光无两。

但是,肖克莱在实验室混的不算太好,因为他专注于研发而不擅长管理,导致与同事的关系紧张。他选择了离开,在1955年创办了自己的半导体实验室,这让他成为美国硅谷的奠基人,他利用自己的威望引来了众多富有创造性的科学家,其中包括罗伯特·诺伊斯、戈登·摩尔、布兰克、克莱尔、赫尔尼、拉斯特、罗伯茨和格里尼克,史称“八大金刚”。 

半导体晶体管的发明开启了创业新潮,其中包括美国一家做地球物理业务的公司也开始成立新的部门做晶体管业务,后来被麦克德莫特、格林、约翰逊三人买下,成立德州仪器(TI)。德州仪器的戈登.蒂尔独立研发出了商用硅晶体管,使得TI成为第一个大批量生产硅晶体管的公司,占据了市场领头羊的位置。

彼时话说有一家做照相机仪器的公司,它的老板谢尔曼·费尔柴尔德对于技术非常感兴趣,发明了许多照相设备,这或许还与他的父亲曾资助过IBM有关,他也成为IBM的大股东,很有钱!

这位大老板有一天在办公室里接见了一个叫洛克的人,他正在为新公司拉投资,新公司也是做技术开发的。老板一听就表现了特别的兴趣,最后当即决定投资150万美金,成立的新公司名字叫:仙童半导体公司!

大幕拉开了!

仙童半导体最初的员工就是肖克莱半导体实验室的“八大金刚”!肖克莱口中的“叛逆八人帮”因为无法忍受他的独断性格而一起离职了,作为影响科技史的事件,这种叛逆也成了硅谷日后的精神旗帜之一!

新公司自然还是做晶体管业务,基于老板的股东关系通过IBM的第一单站稳了脚跟。后续几年每年的销售额开始达到数十万美元。

1959年德州仪器的工程师基尔比申请了集成电路的发明专利,这让“八人帮”的老大诺伊斯非常吃惊,但是TI的新发明在生产时却面临难题,诺伊斯提出的金属沉积法解决了元器件焊接互联的难题。两家公司争夺发明权,后来被法院承认为一项同时的发明,也算是佳话。

在“八大金刚”带领下的仙童发展蒸蒸日上,仅仅落后于TI。但是后来母公司回购了八人帮的股权,并且在公司发展上开始频繁干预,拿走了大部分的利润,这就让他们非常开始不爽了。

终于1961年赫尔尼、拉斯特和罗伯特出走,三人创办了Amelco,就是后来的Teledyne(泰瑞达),从事半导体测试业务。

1962年,克莱纳出走,创办了Edex。1967年,他又创办了Intersil公司。再后来,创办了风投公司KPCB。

1968年,诺伊斯与摩尔一起辞职,还带走了工艺开发专家安迪·格鲁夫,他们三人创办的公司,名叫英特尔。其中这个摩尔就是摩尔定律的摩尔。

格里尼克回到大学教书,布兰科也离开成为投资家和创业顾问。至此,八人帮与其说是分道扬镳,不如说是开枝散叶。

这场最著名的仙童离职潮还有销售部主任桑德斯,他创立了AMD。

至于仙童本身于1987年最后被卖给美国国家半导体公司(NSC),其老板也是当年的仙童总经理查尔斯·斯波克,命运之轮充满戏剧性。仙童可以说是美国信息时代的黄埔军校,一大批高科技公司都脱胎于此,深刻影响了人类科技文明进程。

作为半导体的发源地,美国最先受益于技术进步,各大公司也纷纷成长起来,带动了整个国家的技术进步。摩托罗拉是最早的半导体公司之一,1955年就生产了大功率的晶体管,在无线电通信领域蓬勃发展,后来其半导体元器件事业部独立出来成立了安森美半导体,其无线业务独立出来成为飞思卡尔。

成立于1985年的高通则是全球无线通信的领导者,在通讯芯片领域具有领导地位。

另外还有博通、ADI、英伟达、镁光、凌特等等。依靠这些公司,美国在战后的信息技术革命中获得绝对领先的优势。

而随着技术的发展和传播,其他发达国家也纷纷成长起一批高科技公司。

20世纪七八十年代,半导体产业技术开始向日本转移,在政府的牵头下快速崛起,到1986年成为世界上最大的半导体生产国,如日立、NEC、东芝、罗姆等公司在市场上攻城拔地,发展迅猛。另外在半导体材料行业,日本则慢慢的牢牢占据了领先地位,对整个市场的影响巨大。

韩国的三星电子1974年收购韩泰电子后进入半导体行业,由生产存储器快速崛起,韩国的半导体业也在政府的强力扶持下强势发展,包括LG、海力士等。

在欧洲,则有恩智浦、英飞凌和意法半导体等公司逐渐也成长为行业巨头。其中NXP前身为飞利浦的半导体事业部,因为公司转为专注医疗而卖给荷兰人,于2006年成立。英飞凌是德国西门子的半导体事业部独立出来的公司。意法半导体则早在1987年成立,是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成,属于跨国联盟。

而在中国,早在20世纪五六十年代就有一些无线电厂生产一些简单的集成电路产品,并开始发展,如国营东光电工厂,上海无线电19厂,中电24所等。尤其在1972年尼克松访华后,中国开始小规模引进欧美技术,当时全国已有四十多家半导体企业,航天691厂就是侯为贵的前单位。而华为在九十年代末期也已经开始设计asic芯片了,并在2004年成立海思半导体。

八九十年代,中国电子工业开始走向引进路线,但各企业单位各自为战,缺乏战略发展的统一思路,无法形成突破的趋势和合力。而韩国则因为政府主导的巨大投入和积累,并趁日本经济危机,一举超越日本成为存储器行业第一。在九十年代,中国参考韩日模式开始实施908,909工程,但是因为政策因素和经验缺乏,导致技术投产时间过长,始终远远落后,这在遵循摩尔定律的半导体行业,注定无法翻身。直到合资企业华虹NEC投产时才有了一点向好的迹象 

进入新世纪的WTO使得国外不少技术企业开始进入国内,一方面占领了应用市场,另一方面也带来了新的经验和技术,只是关键性的技术依然属于高度被封锁阶段,而且半导体行业作为高投入长周期的高风险行业,限制了绝大部分企业进入的心思。这导致应用市场在中国蓬勃发展,利润却被发达公司收割,国内企业鲜有进入前级占据位置的。产业链的脖子一早就被摁住了。

最近十余年来,随着经济的发展,中国电子行业才开始逐步全面进入半导体产业上游,隆基硅等原材料厂商开始崛起,中芯国际在制造领域慢慢起来,而封测领域的华天和长电则已经成长为行业第一梯队,设计领域的企业则由仿制开始越来越多,中兴,华为,紫光集团和华润微电子,士兰微电子等企业,以及众多的中小规模公司,在中低端集成电路应用市场已经占据了相当的份额。

以火热的存储器市场为例,紫光旗下的长江存储预计明年即将投产先进的128层堆栈3D闪存,另外在全国各地均有产业布局,未来可达到每月上百万片产能。这必将强力冲击长期以来由美日韩控制的巨大市场。

而随着华为海思在高端芯片领域的持续发力带头,各种大基金的助力,国内大批半导体企业必然也能看到希望。

最后闲谈几句中国半导体行业的未来

目前国内半导体行业趋势可谓蓬勃,许多资金开始进入,人才也开始成长起来。但是在这个行业,即使不缺钱,其高密集技术门槛的特性决定了发展之路将会相当漫长,这漫长之路不仅仅是说芯片的设计水平,更包括上下游所有高端技术的积累和发展,从原材料的生产,到相关配套设备的设计制造,以及前沿理论的研究上。即使当前全球产业链讲究分工合作,但是最近的贸易战却让中国人不得不警惕这种思路,例如在工业检测芯片领域,绝大部分的模拟芯片,高速高精度采集芯片等依然在国内没有任何选择。

何况,这是一个巨烧钱的行业!华为海思也是咬着牙持续烧了上千亿才得来今天的局面,而后起的小米,澎湃还遥遥无期。门槛高到一次流片失败就可以直接倒闭一家公司的地步。

不过以中国的庞大市场体量,任何有机会的市场,中国人不会放弃进入的可能。尤其是当前的电子产业面临升级的选择,曾经的套路已经没法继续赚快钱了。而且芯片领域越来越成熟化工业化,当前的发展借助前人的基础早就不是旧日可比。

如果,未来中国开始在整个半导体产业环节都出现哪怕一家第一梯队的企业,曾经的那些行业巨头估计将瑟瑟发抖了,参考过去那些年被华为挤垮的那些巨头,被挤走的外企,这并不是不可能,毕竟中国是目前全球工业种类最完整的国家!

总而言之,曾经的高科技革命发展风云激荡,可几乎与国无关。

但放眼未来,新的风云必将再起,谁又是新的主角!
 

 

发表评论 评论 (4 个评论)

回复 hijackerhaha 2019-10-29 08:46
这段历史描述的很有趣
回复 未羊 2019-10-29 14:46
❤❤❤
回复 空之晟 2019-10-29 19:42
今日长缨在手 何时缚住苍龙
回复 zhaofaju 2019-11-5 12:57
期待中国的半导体行业崛起

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