半導體是電子工業(yè)發(fā)展的基石(上)

　　智慧之石

　　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、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，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)地稱為半導體器件，半導體器件是20世紀的最重要的發(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”進入了“新石器時代”，半導體是工業(yè)的“石油”，農(nóng)業(yè)的“稻米”，“科學技術(shù)進步的基石”。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(半導體)即國家”，出現(xiàn)了“電子立國”之說，一個國家的進退興亡全在半導體此舉!

　　市場發(fā)展

　　半導體市場之初發(fā)展極為迅速，據(jù)有關(guān)資料報導，1960年世界半導體市場不過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年都是負增長，特別是2001年在上年大幅上場37%、突破2000億美元達到2190億美元后驟降32%，降至1490億美元，2008～2009年又相繼下行，2010年又逆風飛揚30%，首破3000億美元達3100億美元(圖1)。

　　據(jù)WSTS報告，2011年世界半導體市場微增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月預測的2.1%達到4.8%，再次跨越3000億美元，達3056億美元。著名市場調(diào)研公司Gartner和IHS去年底曾分別預測2013年世界半導體市場成長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DRAM和NAND)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，難于預測，修修改改已習以為常。SIA并預測2014年世界半導體市場將增長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3280億美元?？傊覀兛吹阶?013年起世界半導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)，世界半導體產(chǎn)業(yè)前景有望。盡管半導體業(yè)將受到技術(shù)的多方面嚴峻挑戰(zhàn)，但該公司總裁Bill McClean說：“總的看來，半導體產(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，預計2015年和2016年世界半導體市場將分別成長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，而同期世界半導體市場則從2548億美元成長到5038億美元，年均增長率達到7%，優(yōu)于上15年間的4.7%。預測終究是預測，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)在許多人認為半導體業(yè)未來前景將遭遇紅燈，近7、8年間起伏不定，半導體市場發(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。泉谷涉并預測到2030年，世界半導體市場將從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，筆者倒是認同的。

　　產(chǎn)品應(yīng)用

　　1955年日本引進美國貝爾研究所發(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，PC時代曙光乍現(xiàn)，頗獲好評;1981年IBM推出IBM-PC，PC從此盡顯風流，應(yīng)用日益廣泛，得到了極大的普及，成為半導體業(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曾獨占半導體應(yīng)用的35%，如今急速凋落對半導體影響很大，進入了后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6.5億部，2013年激增至9.5億臺，有說最多可達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”，而半導體從大發(fā)展的上世紀70年代算起，已超過了40年，針對半導體微細化工藝進展的摩爾定律還沒有走到盡頭，美日市調(diào)公司或?qū)＜翌A測，世界半導體市場還有最后一、二十年的成長空間。對中國而言，發(fā)展半導體事業(yè)真的已到達了刻不容緩，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)、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進，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，半導體可說是一個現(xiàn)代國家國祚盛衰之淵藪。半導體始自美國，迄今它仍是半導體生產(chǎn)第一大國，世界十大半導體公司中美占其五，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DRAM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(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體業(yè)的主導產(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”舉國一致的努力下，從DRAM著手趕超美國，終于在上世紀80年成功超越而成為世界第一半導體生產(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)上只重細節(jié)改進，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，日本半導體產(chǎn)業(yè)首先淪陷，DRAM、NAND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!日本半導體、電子產(chǎn)品的發(fā)展教訓殷鑒不遠，警鐘長鳴。(未完待續(xù))