美國(guó)芯片發(fā)展史 只是軍方扶持的產(chǎn)物？

騰訊科技近日發(fā)起系列策劃，聚焦各個(gè)芯片大國(guó)的發(fā)展歷程。第四期：《美國(guó)芯片簡(jiǎn)史》。

集成電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的的基石，電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展具有重大推動(dòng)作用。從全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程來(lái)看，在美國(guó)、歐盟、韓國(guó)、日本的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、崛起和形成的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)過(guò)程中，都得到政府長(zhǎng)期、持續(xù)地大力支持。

美國(guó)一直領(lǐng)先全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國(guó)廠商在世界集成電路市場(chǎng)中所占比例也一直保持在60%以上。20世紀(jì)80年代，美國(guó)在全世界集成電路產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位逐漸喪失，并慢慢被日本超越。通過(guò)幾年的努力，美國(guó)于20世紀(jì)90年代初又奪回在集成電路領(lǐng)域的霸主地位。截止2018年，全球前15大半導(dǎo)體廠商中，美國(guó)企業(yè)的數(shù)量達(dá)到7家。

美國(guó)加州硅谷是世界集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，也是美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的核心地區(qū)，此外，美國(guó)南部的得克薩斯州、亞利桑那州，以及東海岸的馬里蘭州也是集成電路產(chǎn)業(yè)較為集中的地區(qū)。

美國(guó)早期集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力是軍事國(guó)防。發(fā)展至今，美國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)擁有全球最大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，同時(shí)也是最先進(jìn)的技術(shù)。從誕生開(kāi)始，美國(guó)主要的集成電路產(chǎn)業(yè)代表企業(yè)均是擁有設(shè)計(jì)、制造一體的IDM，如英特爾，仙童，德州儀器，AMD，飛思卡爾等。雖然在發(fā)展過(guò)程中經(jīng)歷多次起伏，但其代表企業(yè)還是以IDM為主，伴隨同樣具有領(lǐng)先地位的fabless設(shè)計(jì)公司和設(shè)備供應(yīng)商，如高通，應(yīng)用材料等。因此，就產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式而言，美國(guó)是典型的以IDM為基礎(chǔ)的技術(shù)先導(dǎo)型發(fā)展模式。

集成電路于20世紀(jì)中葉，其發(fā)明者是仙童公司的Robert和德州儀器的Kilby，他們幾乎同時(shí)發(fā)明集成電路，并由此改變了全世界集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史。為什么集成電路誕生在美國(guó)？二戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)靠著強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)和科技基礎(chǔ)，成為超級(jí)大國(guó)，早在20世紀(jì)四十年代，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室就首先發(fā)明了晶體管，奠定了集成電路發(fā)展的基礎(chǔ)，隨后結(jié)型晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、離子注入工藝、擴(kuò)散工藝被發(fā)明出來(lái)，集成電路產(chǎn)業(yè)在美國(guó)橫空出世已經(jīng)是情理之中。

以美國(guó)為代表的集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展也不是一帆風(fēng)順，雖然起步較早，但主要產(chǎn)品應(yīng)用于電腦的存儲(chǔ)器和中央處理器，隨著日韓等國(guó)集成電路的發(fā)展，美國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸喪失了先發(fā)優(yōu)勢(shì)，曾一度被日本超越。但美國(guó)政府及時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略目標(biāo)，開(kāi)始在國(guó)家層面積極引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，果斷放棄了DRAM市場(chǎng)，并制定一系列重大戰(zhàn)略規(guī)劃，從而使美國(guó)的集成電路創(chuàng)新能力和產(chǎn)能達(dá)到極大的提升。

美國(guó)在1984年頒布了國(guó)家合作研究方案（NCRA），重點(diǎn)支持國(guó)防用集成電路領(lǐng)域、資源聚焦于包括集成電路在內(nèi)的信息技術(shù)。1987年，由美國(guó)IBM，TI和HP等13個(gè)成員發(fā)起成立了集成電路制造技術(shù)R&D戰(zhàn)略聯(lián)盟為核心，逐漸形成政府、國(guó)家研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和民間研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)之間的聯(lián)合開(kāi)發(fā)體制和機(jī)制。這套體制在美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各個(gè)階段都發(fā)揮了突出的作用，形成了從國(guó)家研究機(jī)構(gòu)及其實(shí)驗(yàn)室，向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，形成商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家創(chuàng)新體系。下面以德州儀器和因特爾為例具體分析美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

德州儀器是一家位于美國(guó)得克薩斯州的跨國(guó)公司，以開(kāi)發(fā)、制造、銷(xiāo)售集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)聞名于世，主要在數(shù)字信號(hào)處理與模擬電路方面。它在25個(gè)國(guó)家有制造、設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售公司，是世界上第三大集成電路制造商，僅次于因特爾和三星，也是蜂窩手機(jī)的第二大芯片供應(yīng)商，僅次于高通，同時(shí)也是世界范圍內(nèi)的第一大數(shù)字信號(hào)處理器和模擬集成電路組件的制造商，其產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)，單片機(jī)以及多核處理器。

德州儀器于1951年創(chuàng)立，它由地球物理業(yè)務(wù)公司重組而成，剛開(kāi)始生產(chǎn)地政工業(yè)和國(guó)防電子相關(guān)設(shè)備，后來(lái)開(kāi)始研究晶體管，制造出世界上第一個(gè)商用硅晶體管。1954年，TI研發(fā)制造了第一臺(tái)晶體管收音機(jī)，1958年，在TI工作的Jack Kilby發(fā)明了集成電路。世界上第一臺(tái)便攜式計(jì)算器由TI于1967年發(fā)明，20世紀(jì)70，80年代公司業(yè)務(wù)集中于家用電子產(chǎn)品，家用電腦以及各種傳感器。

2011年收購(gòu)美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司之后，TI擁有由約45000種模擬電路元器件生產(chǎn)廠商，今天的德州儀器在包括數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、模擬集成電路等不同產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先位置，無(wú)線(xiàn)通信也是德州儀器的一個(gè)焦點(diǎn)，目前全球約大約50%的移動(dòng)電話(huà)裝有德州儀器生產(chǎn)的芯片。

英特爾公司的集成電路產(chǎn)品在其幾十年的發(fā)展過(guò)程中，隨著市場(chǎng)的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的壓力，其主流產(chǎn)品也先后經(jīng)歷多次調(diào)整。早期產(chǎn)品主要是各類(lèi)存儲(chǔ)芯片，如SRAM和DRAM等。

雖然早在20世紀(jì)70年代初，因特爾就已經(jīng)研發(fā)出微處理器產(chǎn)品，但直到20世紀(jì)90年代之前，各類(lèi)存儲(chǔ)器產(chǎn)品仍然是其主要營(yíng)收來(lái)源。

后來(lái)在日本等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的巨大壓力下，英特爾做出了向PC微處理器產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略決策，后來(lái)發(fā)展證明了這個(gè)決策的正確性，因特爾稱(chēng)為PC微處理器的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，其產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)了整個(gè)PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

近些年來(lái)，隨著PC市場(chǎng)的飽和，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，微處理器產(chǎn)品利潤(rùn)下滑，英特爾也在尋求業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。由于錯(cuò)過(guò)了智能手機(jī)時(shí)代，這些轉(zhuǎn)型并沒(méi)有表現(xiàn)出預(yù)想的結(jié)果。

下面總結(jié)美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示。

首先是政府扶持，產(chǎn)、學(xué)、研一體的發(fā)展模式。在集成電路產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)的早期，美國(guó)的國(guó)防軍事部門(mén)購(gòu)買(mǎi)了其國(guó)內(nèi)集成電路企業(yè)的絕大數(shù)產(chǎn)品，到20世紀(jì)70年代，其國(guó)內(nèi)集成電路企業(yè)近一半的產(chǎn)品被軍工部門(mén)所購(gòu)買(mǎi)。20世紀(jì)80年代，在美國(guó)出現(xiàn)的許多半民間型顧問(wèn)公司，大多由政府、企業(yè)和大學(xué)聯(lián)合投資。這種發(fā)展模式極大地促進(jìn)了美國(guó)在集成電路產(chǎn)業(yè)方面領(lǐng)先的發(fā)展，也是美國(guó)科技先導(dǎo)型技術(shù)模式實(shí)現(xiàn)的重要基石。

然后是制定先進(jìn)技術(shù)計(jì)劃。在美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程中，政府把振興集成電路產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，和企業(yè)聯(lián)盟先后制定了多個(gè)技術(shù)計(jì)劃，這些先進(jìn)技術(shù)計(jì)劃的實(shí)施對(duì)美國(guó)維持其集成電路產(chǎn)業(yè)在全球的領(lǐng)先地位提供了重要的保障，下面簡(jiǎn)單介紹：

1.Sematech計(jì)劃

在1984年美國(guó)頒布的《國(guó)家研究法案（NCRA）》規(guī)范下，由美國(guó)IBM、TI和HP等13個(gè)成員發(fā)起成立了半導(dǎo)體制造技術(shù)R&D戰(zhàn)略聯(lián)盟，并啟動(dòng)了Sematech計(jì)劃。該計(jì)劃分兩個(gè)階段，前后有700名研發(fā)人員參加，每年投入2億美元。Sematech計(jì)劃主攻IC制造工藝與設(shè)備，1996年美國(guó)生產(chǎn)出全球第一塊12寸晶圓，該計(jì)劃的運(yùn)作使美國(guó)集成電路技術(shù)重新回到世界第一的競(jìng)爭(zhēng)地位。1994年美國(guó)聯(lián)邦政府停止對(duì)Sematech計(jì)劃的資金支持，聯(lián)盟也演變成非盈利性機(jī)構(gòu)，研究任務(wù)和經(jīng)費(fèi)完全來(lái)源于成員企業(yè)。

2.NII計(jì)劃

“美國(guó)國(guó)家信息基礎(chǔ)實(shí)施顧問(wèn)委員會(huì)”和“信息基礎(chǔ)實(shí)施特別工作小組”是1992年根據(jù)布什總統(tǒng)簽署總統(tǒng)命令成立的，這兩個(gè)組織的成立主要是保障國(guó)家信息基礎(chǔ)實(shí)施計(jì)劃（NII）的順利實(shí)施（即“信息高速公路”計(jì)劃）。

NII計(jì)劃的投資結(jié)構(gòu)由政府和民間投資組成，該計(jì)劃的實(shí)施使美國(guó)建立了一個(gè)覆蓋全美國(guó)的寬帶高速信息網(wǎng)，促進(jìn)了信息化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的改善。與此同時(shí)，項(xiàng)目的實(shí)施極大促進(jìn)了對(duì)信息設(shè)備的需求，該需求大大促進(jìn)了美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

3.NNI計(jì)劃

二十一世紀(jì)初，美國(guó)提出和實(shí)施國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），并成立國(guó)家納米技術(shù)協(xié)調(diào)辦公室和由總統(tǒng)任命的納米科技顧問(wèn)委員會(huì)。2003年美國(guó)頒布《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案》將NNI計(jì)劃自助的項(xiàng)目納入了美國(guó)法律體系，NNI計(jì)劃的實(shí)施對(duì)跨部門(mén)的納米技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目提供了持續(xù)地支持，建立了跨學(xué)科研究中心和先進(jìn)的技術(shù)實(shí)施。NNI計(jì)劃是美國(guó)確保在21世紀(jì)上半葉占據(jù)世紀(jì)納米科技發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)地位的重要保障。

美國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及其在全球的領(lǐng)先地位，得益于美國(guó)政府在戰(zhàn)略發(fā)展方面的指導(dǎo)性政策、科技先導(dǎo)的技術(shù)發(fā)展模式以及全球最大的集成電路產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模，這些成功經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有借鑒意義。