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半导体是电子工业发展的基石(上)

发布时间:2021-04-15 发布时间:
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  智慧之石

  作为电子工业发展基础的电子器件,已经历了三个巨大变革时代:1. 电子管时代――1905~1947(42年);2. 晶体管时代――1947~1958(11年);3. 集成电路时代――1958~…(到2014年已有56年)。

  电子管的发明拉开了电子时代的序幕,为当时蓬勃发展的无线电报事业提供了核心器件,在它存在的40多年的时间里,推动了收音机、电视机、雷达、计算机的发明和应用。美国是电子工业发展的代表,1920年即开始广播,也是30年代最早开始电视广播的国家之一,最先研制成功了脉冲雷达和电子管计算机,美国电子工业产值从有统计的1927年的2亿美元发展到1947年的36.6亿美元,增长了18倍。

  1947年美国贝尔研究所的肖克利、布拉顿和巴丁发明了晶体管,解决了电子管在体积、功耗、寿命等方面的局限性,进入了电子器件的固体时代,耐冲击,耐震动,体积小,仅是相应电子管的十分之一到百分之一,可靠性提高百倍,可以设计出小型、复杂、可靠的电路,对军事、航空、航天及计算机的发展起到了无可取代的重要作用。晶体管时代时间很短,仅有11年,可说是个过渡期,它吹响了集成电路发明的号角。1958~1959年间德州仪器和仙童公司便发明了集成电路,人类进入了集成电路时代,以迄于今。

  集成电路将晶体管和电阻、电容集成在一块硅片上,构成了一个完整的单片功能电路,所谓“立锥之地布千军”,获得了飞速的发展,集成度日益提高,从小规模集成电路不断向着中规模(MSI)、大规模(LSI)、超大规模(VLSI)、特大规模(ULSI)、极大规模(GLSI)迈进,现在一块芯片上已可集成几十亿(14~35亿)个晶体管,一个针尖上可容纳3000万个晶体管。集成电路更具面体积小、重量轻、寿命长和可靠性高、成本低等优点,便于进行大规模生产,应用遍及国民经济各个领域,与晶体管不可同日而语。

  人们通常把晶体管和集成电路笼统地称为半导体器件,半导体器件是20世纪的最重要的发明,是一、二百年间才能见到一次的发明。半导体器件是所有电子设备的心脏,它改变了人类社会,从“钢铁时代”进入了“新石器时代”,半导体是工业的“石油”,农业的“稻米”,“科学技术进步的基石”。它变革了人类国民经济、军事战争、人民生活甚至文明文化等各个方面,以前说“钢铁即国家”,而今是“电子(半导体)即国家”,出现了“电子立国”之说,一个国家的进退兴亡全在半导体此举!

  市场发展

  半导体市场之初发展极为迅速,据有关资料报导,1960年世界半导体市场不过8.5亿美元,到1995的35年间,平均以每年约16%的速度增长,基本上直线上升到1550亿美元。此后,半导体市场方才出现起伏不定的状况,据市场调研公司IC Insights 2010年的一个报告显示,1995~2010年15年间的年均增长率放缓到4.7%,其间1996年、1998年都是负增长,特别是2001年在上年大幅上场37%、突破2000亿美元达到2190亿美元后骤降32%,降至1490亿美元,2008~2009年又相继下行,2010年又逆风飞扬30%,首破3000亿美元达3100亿美元(图1)。

  据WSTS报告,2011年世界半导体市场微增0.4%,2012年略减2.7%,计2916亿美元,2013年据SIA今年2月最新报告,超出WSTS去年6月预测的2.1%达到4.8%,再次跨越3000亿美元,达3056亿美元。著名市场调研公司Gartner和IHS去年底曾分别预测2013年世界半导体市场成长5.2%和4.9%。增长的原因简而言之,即由于智能手机和平板电脑对存储器(包括DRAMNAND)的殷切需求,促使存储器价格成倍翻高,营收大增,分别飚升了35%和28%,据说若无此两大产品的惊人业绩,半导体产品市场或许就是零增长。

  附带说一句,近年因世界宏观经济及各行各业发展的不确定性,难于预测,修修改改已习以为常。SIA并预测2014年世界半导体市场将增长8%,为几年来所少见,同时SIA还援引WSTS的报告称,2014年将略增4%,2015年续增3.5%,达3280亿美元。总之,我们看到自2013年起世界半导体市场将维持增长的势头。

  展望未来发展,市场调研公司IC Insights 去年9月发表报告称,随着欧洲经济缓慢地改善及世界经济也在逐渐好转,世界半导体产业前景有望。尽管半导体业将受到技术的多方面严峻挑战,但该公司总裁Bill McClean说:“总的看来,半导体产业未来10年的成长趋势可望提升。”(表1)世界1997~2012年15年间每块集成电路的平均售价从2.12美元下落到1.34美元,影响到同期世界半导体市场从1277亿美元仅成长到2548亿美元,年均增长率为4.7%。未来受世界GDP增长的带动,预计2015年和2016年世界半导体市场将分别成长11%和13%,2017年则将步入衰退。综观2012年到2022年的10年间,集成电路的平均售价将有所反弹,从1.34美元上升到1.48美元,而同期世界半导体市场则从2548亿美元成长到5038亿美元,年均增长率达到7%,优于上15年间的4.7%。预测终究是预测,姑妄言之,到时将由事实最后来说明。

  根据上述数据推算,世界半导体市场规模发展到10
00亿美元大约用了34年,从1000亿美(1994年)元成长到2000亿美元(2000年)仅用了6年时间,成长到3000亿美元(2010年)用了10年时间,而预计到2022年可成长到5000亿美元,即是在12年时间内增长了2000亿美元,果若如此,那是速度可观,前景可待。

  日本媒体资深记者,现日本产业时代公司社长泉谷涉2013年初撰文说,现在许多人认为半导体业未来前景将遭遇红灯,近7、8年间起伏不定,半导体市场发展到了25万亿日元。但他同时指出,从晶体管诞生而开始的半导体历史,总是开拓新应用领域的核心,它是新产业革命的“核弹头”,其今后的作用地位也不会变更。泉谷涉并预测到2030年,世界半导体市场将从25万亿日元成长到40万亿日元,大致算来18年间的年均增长率为2.6%,速度虽不算快,但总是在成长,笔者倒是认同的。

  产品应用

  1955年日本引进美国贝尔研究所发明的晶体管,实现了规模生产,开始生产晶体管收音机;1958年IBM开发成功晶体管计算机;1961年日本推出晶体管电视机和计算器;1962年美国德州仪器等公司率先投产IC(集成电路);1967年日本上市IC 计算器,拉动了IC的大量应用;1970年美国IBM发表了LSI 370系列大型计算机;1971年美国英特尔公司开发出微处理器,具有革命性意义,被称为“生命之石”;美国苹果公司1977年推出了Apple电脑,PC时代曙光乍现,颇获好评;1981年IBM推出IBM-PCPC从此尽显风流,应用日益广泛,得到了极大的普及,成为半导体业的增长引擎。据市场调研公司IHS iSuppli 2012年报告,世界IC四大应用产品依次为PC,手机,平板电脑和液晶电视,约占IT市场的90%。

  世界IT市场的主力产品—PC经过30多年的发展失去从容,步入衰微,世界PC出货量于2011登顶约近4亿台,2012~2013年两年接连下滑,已仅为3亿台多一点,原先PC曾独占半导体应用的35%,如今急速凋落对半导体影响很大,进入了后PC时代。继而力挺IT领域的是智能手机和平板电脑的爆发增长,世界智能手机出货量2012年即达6.5亿部,2013年激增至9.5亿台,有说最多可达15亿部的,也有说2~3年内可望增长到20亿部,无论如何,它总有一个到头的日子。平板电脑发展近年同样迅速,据市场调研公司IDC称,2013年其出货量已超越笔记本电脑,达近2.2亿台,比上年增长5l%,但已落后于2012年的窜升87%,说明世界平板电脑市场发展也己趋缓,臻于成熟,今年或可首见发达国家如美国市场的出货量缩减的情况,世界又将迈入“后智能手机时代”!当前媒体热议的是可穿戴设备,其他还有所谓“脱IT产业”的医疗电子、新一代汽车、航空、机器人、绿色能源等将继续推动半导体业的发展。一般而言,“一门产业的寿命约为30年”,而半导体从大发展的上世纪70年代算起,已超过了40年,针对半导体微细化工艺进展的摩尔定律还没有走到尽头,美日市调公司或专家预测,世界半导体市场还有最后一、二十年的成长空间。对中国而言,发展半导体事业真的已到达了刻不容缓,时不我待,时不再来的关键时刻!

  升火待发

  李克强总理在今年人大的政府报告中指出,要调整产业结构,扶持新兴产业,“设立新兴产业创业创新平台,在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进,引领未来产业发展。”首次把集成电路放在了明确领先的地位,各新兴产业相辅相成,半导体在其中将继续发挥重要作用,这合乎国民经济发展规律,定能促进经济不断发展,集成电路可期待矣!

  日本网媒去年5月有篇报道说,日本半导体产值现为5.9万亿日元,在整体制造业中不过占2%,但它却具有不可或缺的战略意义,是占有日本出口总额10%供应链中的核心产品,有“小巨人”之美称。从世界来看,半导体市场约为30万亿日元,规模也不算大,约占世界电子工业产值153万亿日元的近20%,可影响至为巨大,它是所有产业的心脏和知识产权的载体,不仅电子产业,其他如航空航天、汽车、工业用设备等莫不对其有所倚重。

  纵观历史,半导体可说是一个现代国家国祚盛衰之渊薮。半导体始自美国,迄今它仍是半导体生产第一大国,世界十大半导体公司中美占其五,独揽半壁江山。美国英特尔公司稳坐世界半导体业头把交椅已有22年之久,无有撼动者,虽常听说老二三星(营收约296亿美元)企图抢班夺权,但2013年两公司营收还有184亿美元之差,一时恐难得逞。随着移动通信的发展,高通(1985年成立)、博通(1991年创立)争时立新,业绩辉煌已分别跃进世界前十。英特尔主打PC用微处理器,曾独占世界市场九成以上,原先美国基本已放弃DRAM生产,但1978年成立的美光公司,1981年建立晶圆厂,胼手胝足,惨淡经营,2013年8月正式并购日本尔必达(Elpida)后,其规模己超韩国SK海力士公司,成为仅次于三星的世界第二大存储器公司,已跻身世界十大半导体公司第5位,三大集团合计市场占有率已超过世界存储器市场的90%,确立了垄断地位。微处理器和存储器又都是半导体业的主导产品,这为美国建立世界第一经济和科技大国提供了可靠的保障,苹果公司如无半导体的支持,根本不可能推出横扫世界的i系列产品。

  相比之下,日本在“官产学”举国一致的努力下,从DRAM着手赶超美国,终于在上世纪80年成功超越而成为世界第一半导体生产地,并因而建成“消费电子王国”,经济发展迅速。但日人性格的两重性――傲慢和保守,成功之后技术上只重细节改进,创新缺失,管理固步自封,效率低下,在美国重振反击、韩国后来居上的夹击下,日本半导体产业首先沦陷,DRAM、NAND均已被韩国三星抢得头筹。80年代曾显赫一时,雄踞世界十大半导体公司冠亚军的NEC和东芝,NEC早已消失,现唯东芝暂居第6,有NEC关系的瑞萨电子退居末座,日本第三大半导体公司索尼已跌落到第15位。加之日元升值,出口受阻,日本电子产业随之黯然失色,全线崩溃。消费电子产品让位于强势的韩国,移动电子又没法赶上美国创新的步伐,日本“电子立国”战略遭到重创,其电子产业国内产值于2000年登顶,达约26万亿日元,之后一路下滑,2012年已跌至12万亿日元,不及顶峰之半,震惊日本,豪叹日本失去了20年!日本半导体、电子产品的发展教训殷鉴不远,警钟长鸣。(未完待续)




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