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半导体行业的保密老人:德州仪器的得与失

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导读 近年来,随着“中国芯”的崛起,半导体成为科技界的热门话题,不仅包括备受关注的国内半导体公司,也包括成为分析比较和借鉴经验对象的世界...
2022-06-23 15:52:01

近年来,随着“中国芯”的崛起,半导体成为科技界的热门话题,不仅包括备受关注的国内半导体公司,也包括成为分析比较和借鉴经验对象的世界领先半导体公司。

市场研究公司IC Insights在3月份发布的《2019年麦克莱恩报告》整理了2016-2019年全球十大半导体销售公司。

从图表中可以清楚地看出,世界半导体产业以英特尔、三星、TSMC和高通为首,并且在不断变化。的确,半导体行业是一个没有硝烟的战场。

但我们似乎更关注榜首之间的竞争,而忽略了榜首之后的卧虎藏龙,包括——,半导体公司3354 Ti德州仪器,也就是今天故事的主人公,在世界第八或者第九的位置徘徊。

如今的德州仪器已经渐渐被大多数人遗忘,但你知道德州仪器蓬勃发展的时候,世界上还没有英特尔和高通的名字。

89年来,德州仪器经历了太多不为人知的事情,这个名字不应该被历史遗忘。接下来,五个瞬间研究会带你揭开这个被时间尘封的名字。

一个

从石油勘探者到半导体老板

与诞生在硅谷的半导体公司不同,德州仪器的总部位于美国德克萨斯州的达拉斯。原因是第一次世界大战促进了全球对石油的需求。依托德州独特的石油资源,1930年,J. Clarence Kacher和Eugene mcdermott成立了一家名为地球物理商业公司(GSI)的公司,也就是德州仪器的前身。

起初,GSI的主要业务是为石油工业提供地质勘探。然而,由于石油开采的增加,石油工业经历了供大于求的萧条。到第二次世界大战时,GSI开始扩展业务,为美国陆军和海军生产国防电子产品。

在国防合同的帮助下,GSI实验室和制造部门(LM)迅速超越了地理部门,电子业务成为公司的支柱产业。1951年,公司改组,更名为“通用仪器公司”。同年,更名为“德州仪器”(TI),沿用至今,GSI成为新公司的子公司。

这样,GSI的电子部门不仅成为了一个独立的门户网站,还将原来的母公司变成了自己的部门,从而完成了一次华丽的反转。

此时,对于德州仪器来说,生活才刚刚开始。

此时,对于德州仪器来说,生活才刚刚开始。

1952年,德州仪器以2.5万美元的价格从西方电子公司购买了晶体管生产的专利证书,开始制造和销售晶体管。

后来,曾在贝尔实验室工作的戈登k蒂尔(Gordon K. Till)看到了这则广告,回到了他的家乡得克萨斯州,在得克萨斯仪器公司担任研究主管。1954年2月,戈登蒂尔开发了第一个商用硅晶体管。同时,德州仪器成为当时唯一一家量产硅管的公司,但当时硅管比锗管贵很多。

另一方面,1955年,晶体管之父肖克利离开贝尔实验室,召集8个年轻人一起创业,目标是取代锗,将硅推向市场。然而后来,八个年轻人受不了肖克利的独裁,集体跳槽,创办了仙童半导体公司。结果肖克利的创举无果而终,他们被愤怒地称为“八大叛徒”。

在“八大叛徒”的带领下,飞兆半导体发明了“平面加工工艺”,使硅晶体管的制造像印刷书籍一样简单、高效、廉价,并使硅晶体管大量上市。从此,世界开始告别锗,走向硅晶体管时代。然而,飞兆半导体的成功也威胁到了德州仪器的晶体管业务。

然后有一年夏天,德州仪器新员工的想法让德州仪器在与飞兆半导体的竞争中重新获得了领先地位。

1958年夏天,正当德州仪器的其他员工在享受公司传统的两周假期时,新员工杰克基尔比(jack kilby)因为攒不到足够的假期,不得不在公司加班。在这两个星期里,基尔比突发奇想:“可以在单个芯片上制作一个由许多器件组成的微型微电路。”

1958年9月12日,基尔比将这一想法变为现实,研制出世界上第一个集成电路。凭借这项发明,基尔比获得了2000年诺贝尔物理学奖。

杰克基尔比(图片来自维基百科)

德州仪器开发集成电路后,飞兆半导体也对集成电路的发明权提出了相应的专利。但是因为飞兆半导体用的是硅片,而德州仪器用的是锗片,所以后来两个专利的发明人一起成为了集成电路的发明人。

虽然德州仪器的半导体业务一开始受到了飞兆半导体的挑战,但与飞兆半导体因“八大叛徒”再次出走而导致的没落不同,德州仪器开启了发明创造的新时代。

第一台晶体管收音机制造于1954年;1967年发明了手持电子计算器;同年,他发明了单片机,并于1971年获得了单片机专利。1978

德州仪器还推出了第一款单芯片语音合成器,应用于一系列手持式教育玩具。

之后德州仪器的业务越来越大,产品也深入生活。在七八十年代出生的美国人心中,提起德州仪器,第一时间一定会想到学生时代的图形计算器。

随着电脑和移动互联网的兴起,德州仪器也曾将业务扩展到电脑微处理器和手机芯片,但现在留下来的却只有英特尔和高通,而德州仪器的名字好想从来没有出现过一样,是高通和英特尔太强?还是德州仪器做错了什么?

2

顺市场者生,逆市场者亡

众所周知,英特尔的4位4004芯片是世界上第一个微处理器,8008是世界第一个8位处理器,但其实在英特尔8008之前,德州仪器就推出过一款8位处理器。

把英特尔和德州仪器联系起来的是一个名为计算机终端公司(CTC)的公司,这个由NASA前工程师Gus Roche和Phil Ray在1968年创立后,推出的第一款产品就是搭载着德州仪器芯片和英特尔移位寄存器的电传打印机Datapoint 3300。

到设计第二款产品Datapoint 2200时,CTC决定做一台电脑,最终德州仪器和英特尔都得到了为CTC打造单MOS芯片的订单。

因时间久远,目前对于这次交易流传着各种版本的故事,但唯一能确定的是,在这场基于同一订单的竞赛中,老牌半导体公司德州仪器仅用一年的时间就研发出了TMX 1795,抢先于当时还是初创公司的英特尔之前交货。

但CTC在验完货后并没有决定采用TMX 1795芯片,原因是由于TMX 1795本身存在大量未使用和浪费的空间,导致性能无法达到要求。

从上图可以看出TMX 1795要比英特尔4004和8008加起来都要大从上图可以看出TMX 1795要比英特尔4004和8008加起来都要大

到1970年,英特尔缓缓拿出产品向CTC交作业的时候,早已过了截止日期,最后彻底失去耐心的CTC不仅没有启用英特尔的芯片还放弃了对该芯片的专有权。

后来英特尔将这款芯片命名为8008,并于两年后将其商业化。

就这样德州仪器虽然比英特尔更早地推出8位处理器,但由于TMX 1795自身的局限性无法商用,反倒是被英特尔8008抢占了第一的称号。

之后英特尔根据8008又推出了8080、8086,不但顺利投入商用而且英特尔从8088开始还获得了IBM订单,再后来携手微软组成Wintel联盟,顺风顺水地霸占了PC处理器市场。

反观德州仪器的命运就没有英特尔那么幸运,不但再次抢先推出的16位处理器TMS9900因缺乏可兼容的外围芯片和软件而无法推行,后来还彻底放弃了家用电脑市场。

德州仪器不仅涉足过电脑处理器,其实还曾是移动芯片的王者。

在ios和Android系统还没火起来的那个年代,德州仪器就已经手握着大部分手机的处理器。当时红透半片天的诺基亚就是德州仪器处理器的忠实用户,到后来的塞班和meego系统也都是采用德州仪器的处理器。

到Android时代开始,高通开始涉及智能手机处理器,并于2007年推出了第一代骁龙处理器,进入用户视野。

虽然高通逐渐显露头角,但德州仪器仍是性能和效率的代名词,用实力甩掉高通,还拥有着众多追随者,其中华为首批双核智能手机P1采用就的是德州仪器的OMAP系列处理器。

原本德州仪器可以在智能手机时代继续辉煌的,可谁知遇到的是最会玩专利的高通。

问题就出在德州仪器的处理器仅仅是一个处理器,只有GPU和一些DSP单元,所以手机厂商如果选用德州仪器的芯片,基带还需要另外购买集成。

而高通则是将芯片和基带进行打包出售,直接集成在一起,虽然手机厂商需要支付给高通专利费,但总比分次购买组装来得简单高效。

对此,知乎用户“叛逆者”用以下一段对话生动地描述了当时的情景。

高通利用提供保姆级芯片的策略不断笼络市场,2012年9月26日,德州仪器宣布将结束其在智能手机和平板电脑为导向的OMAP芯片业务,转向专注于嵌入式平台。

就这样,德州仪器在互联网和移动互联网两次变革中都没有把握住机会,第一次因电脑处理器无法投入商用给了英特尔兴起机会,第二次手机芯片则没有顺应用户需求败给高通。

不是英特尔和高通多么厉害,而是德州仪器没有做出顺应市场规律的产品,所以德州仪器实际上是败给了市场。

对然经历了两次折戟,回看世界半导体局势,德州仪器仍稳居前十宝座,这一切都源于德州仪器懂得退一步的哲学。

3

退一步海阔天空,TI无处不在

在眼看着年轻一辈崛起以后,德州仪器选择退居幕后,做起了隐藏在背后的大boss。

现在德州仪器专注于开发模拟芯片和嵌入式处理器,这两块业务占据着总收入的80%以上。

根据IC Insights2019年5月9日发布的2018年全球模拟IC供应商的排名显示,德州仪器以108亿美元销售额和18%的市场份额占据着模拟集成电路供应商龙头老大的位置。

模拟产品是连接物理世界与数字世界之间沟通的桥梁,在电源管理、讯号转换与汽车电子领域有着广泛应用,目前正处于5G通讯变革下,基站数目的增加与智能手机射频前端链路的结构性变化,还有电动汽车大趋势下,德州仪器的未来场景应用广阔。

此外,德州仪器还有一项堪称为业界黑科技的技术——DLP技术。

DLP技术即数字光处理,这是一种把影像信号经过数字处理,再把光投影出来的技术。目前市面上90%以上的投影仪采用的都是德州仪器的DLP技术,并且DLP影院技术也占据着超过80%的院线荧幕。

但德州仪器这项造福人类的黑科技背后却有着无比艰辛的研发经历。

这一切都源于1977年的一个建议,德州仪器公司科学家Larry Hornbeck博士率领团队,开始了可对光源进行控制的反射原理的研究。此后德州仪器用了近十年的时间才终于在1996年成功实现了DLP技术的商业应用,开始向客户提供基于DLP数字显示技术的光学系统。

经过多年更新,不仅在生活中,德州仪器还将DLP技术应用到工业领域中去。

利用DLP技术可以通过数字曝光的方式来完成LED面板的蚀刻和修复;利用DLP技术响应速度快的特性还可以将其应用到PCB电路板的印制中,实现快速的流水线的生产;DLP技术的精准性还使其越来越多地应用于3D打印技术,通过DLP技术快速扫描物体,直接3D建模。

除了技术创新之外,德州仪器还关注国内教育:举办全国大学生电子设计竞赛、在大学建立实验室、参与教学改革、捐建希望小学......

看不见并不代表不存在,德州仪器就如空气一般,虽然看不见摸不着但一直存在于我们周围,并且通过创新不断为生活提供着便利,所以德州仪器称得上是一位伟大的隐秘者。

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