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美國科技的發(fā)達與半導體產(chǎn)業(yè)有著密不可分的關系，擁有設備、材料、設計、制造、封測全產(chǎn)業(yè)鏈的半導體企業(yè)，僅上市公司就近百家。在剛剛出爐的 2016 年二十大半導體公司中，美國半導體公司為 8 家，近乎占據(jù)了一半的席位。
談到美國半導體產(chǎn)業(yè)大家首先想到的是硅谷?！肮琛笔堑谝淮?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/514436.html">半導體材料，在 20 世界 60 年代成為主流。硅谷這個詞最早是由 Don Hoefler 在 1971 年創(chuàng)造的，“硅”是因為當?shù)氐钠髽I(yè)多數(shù)是與由高純度的硅制造的半導體及電腦相關，“谷”則是從圣塔克拉拉谷中得到。硅谷隨著 20 世紀 60 年代中期，隨著微電子技術高速發(fā)展而逐步形成的。
硅谷的發(fā)展有著得天獨厚的優(yōu)勢，高校、企業(yè)，以擁有雄厚科研實力的斯坦福、加州大學伯克利分校等世界知名大學為依托，以高技術的中小公司群為基礎，并擁有英特爾、惠普、蘋果等大公司。硅谷是科學、技術、生產(chǎn)為一體的科技產(chǎn)業(yè)的先鋒，擁有大大小小電子工業(yè)公司達 10000 家以上，生產(chǎn)的著超過全美三分之一的半導體集成電路、生產(chǎn)著超過全美六分之一的電子計算機。上世界 80 年代形成了國際性的“硅谷熱”，許多國家紛紛建立自己的“硅谷”，以發(fā)展本國的先進技術產(chǎn)業(yè)。
本期《芯片世界地圖》與非小編將帶著大家一起看看美國半導體與硅谷的故事。
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硅谷的故事
硅谷不是一個地理名詞，在地圖上一般不做標注。我們先來看一下硅谷的地理位置，起先硅谷僅包含加利福尼亞州圣塔克拉拉山谷（舊金山南）是由西北伸向東南的狹長谷地，主要在圣塔克拉拉縣和圣何塞市境內(nèi)，之后逐漸擴展，周邊如圣馬刁縣，阿拉米達縣的一部分也被包括進去。除了聚集著美國的大量高新企業(yè)，日本、法國、荷蘭、南朝鮮、印度等國也在硅谷進行投資建廠。
硅谷的發(fā)展崛起并非單一原因造就，而硅谷的故事也并非是一個高科技產(chǎn)業(yè)園這么簡單，很多有血有肉的人物為此貢獻巨大。
最初，硅谷只是是美國海軍一個工作站點，后被 NASA 接手。鑒于沒有沒有民用高科技企業(yè)的苦楚，斯坦福才華橫溢的 Frederick Terman 教授在學校設立方案并鼓勵學生們在當?shù)匕l(fā)展“創(chuàng)業(yè)投資”事業(yè)。在 Terman 的指導下，他的兩個學生比爾·休利特（Bill Hewlett）和戴維·帕卡德（David Packard）在一間車庫里僅憑 538 美元建立了惠普公司(Hewlett-Packard)。如今，這間車庫成為了硅谷發(fā)展的一個見證是硅谷重要發(fā)源地之一。
1951 年 Terman 成立了斯坦福研究園區(qū)，一些較小的工業(yè)建筑以低租金租給一些小的科技公司，而這漸漸成為重要的技術誕生地。
隨后，半導體工業(yè)里程碑的人物威廉·肖克利搬到了這里。對，肖克利就是 1956 年因三極管而獲得諾貝爾物理獎的人物。巴丁、布拉頓發(fā)明了第一個半導體三極管，而肖克利進行微創(chuàng)新發(fā)明了改進型的三極管，這也成為使用最多的三極管類型。1953 年由于與同事的分歧而離開貝爾實驗室，1956 年他搬到這里建立肖克利半導體實驗室。肖克利也從東部召來八位大將組成“博士生產(chǎn)線”。但是這八位年輕人很快發(fā)現(xiàn)肖克利刻薄古怪、極難相處，而肖克利實驗室產(chǎn)品研發(fā)進展也不順，于是集體出走。而這八位年輕人就是被肖克利稱為八叛逆的 Eugene Kleiner（尤金 - 克萊納）、Gordon Moore（戈登 - 摩爾）、Jay Last（杰 - 拉斯特）、Jean Hoerni（金 - 赫爾尼）、Julius Blank（朱利亞斯 - 布蘭科）、Robert Noyce（羅伯特 - 諾伊斯）、Sheldon Roberts（謝爾頓 - 羅伯茨）與 Victor Grinich（維克多 - 格林尼克）。
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八叛逆出走之后，在著名的投資人亞瑟洛克的幫助下，找到了投資人 Sherman Fairchild（謝爾曼費爾柴爾德），投資 150 萬美元創(chuàng)建了仙童半導體。仙童半導體是第一家把硅晶體管商業(yè)化的公司，當時其他的半導體公司都在采用鍺工藝。
- 1958 年，第一批晶體管 2N697，采用臺面型硅工藝
- 1958 年，Jean Hoerni 將臺面工藝改進為平面工藝，半導體工藝的巨大進步可減少加工難度、降低生產(chǎn)成本并提高了晶體管的性能，2N1613 是世界上第一顆平面硅晶體管
- 1960 年，在一片晶圓上集成了四個晶體管，Robert Noyce 發(fā)明世界上第一個硅集成電路
- 1963 年，模擬設計大師 Robert Wildlar 加入仙童，他利用仙童的工藝設計模擬運算放大器
- 1964 年推出的 uA702 與 1965 年推出的 uA709 成為劃時代的產(chǎn)品
仙童這樣統(tǒng)治了當時的模擬集成電路市場，從 1960 年到 1965 年，仙童每年的銷售額都翻一番，1966 年的時候仙童已經(jīng)是第二大半導體公司，僅次于德州儀器。
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八叛逆對整個半導體重大貢獻不僅僅是 1960 年 Robert Noyce 發(fā)明了集成電路技術，1965 年摩爾更是總結了出了集成電路上面的晶體管數(shù)量每 18 個月翻一番的規(guī)律—— “摩爾定律”。
硅谷的“最強音”并沒有在仙童這條線上停留多久，就像肖克利半導體實驗室一般，隨著 Sherman Fairchild 全資收購了八叛逆的股份，八叛逆相繼出走開始建立自己的新公司。
- 1961 年，Jean Hoerni、Jay Last 和 Sheldon Roberts 出走，創(chuàng)辦從事半導體測試業(yè)務的 Amelco 即后來的 Teledyne（泰瑞達）
- 1962 年，Eugene Kleiner 出走并創(chuàng)辦了 Edex，1967 年又創(chuàng)辦了 Intersil
- 1968 年，Noyce 離開仙童，并拉走仙童半導體研發(fā)總監(jiān)的 Gordon Moore，共同創(chuàng)辦了英特爾公司
隨后 Victor Grinch、 Julius Blank 也離開了仙童。
仙童逐漸沒落，但是仙童半導體對硅谷有影響巨大。由仙童雇員所創(chuàng)建的公司在硅谷乃至全美國卻超過百家，其中 92 家為上市公司，與八叛逆有關的公司達到了 65 家。
硅谷故事的“最強音”便交給了與仙童有著淵源的半導體公司，比如英特爾。
由此可見，硅谷有著一支強大的“仙童幫”，他們與仙童有著說不盡的淵源。與此同時，象征刺激、冒險、雄心勃勃的硅谷精神，硅谷有著另外一個派別，這就是“PayPal 幫”，一個現(xiàn)在 IT 業(yè)精英派。
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政府的推動
看到上面的敘述，總感覺硅谷的崛起與美國半導體的故事離美國政府很遙遠，其實美國政府在半導體的發(fā)展上面也貢獻了巨大的力量。
上世紀 80 年代中期前，美國一直穩(wěn)坐世界半導體老大的位置，并占據(jù)世界半導體市場超 60%的份額。然而在日本半導體產(chǎn)業(yè)崛起之下，美國半導體業(yè)市場份額逐漸下滑，1986 年被日本趕超。應對被趕超的事實，美國半導體產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)工藝研發(fā)方面投入大量資源，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率；同時國防部牽頭與美國多家 IC 企業(yè)成立半導體制造技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（SEMATECH），促進元件廠與設備供應商的合作關系，加速半導體設備、材料的研發(fā)和工藝標準化工作。此外，美國半導體產(chǎn)業(yè)進行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，放棄競爭激烈 DRAM 領域，重點發(fā)展微組件及 LOGIC 等附加價值高產(chǎn)品，形成本國半導體產(chǎn)業(yè)獨特的創(chuàng)新能力，2003 年起重新奪回世界半導體業(yè)老大的位置。
美國政府極其重視集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，采取一系列措施扶持：
- 利用政府采購創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)需求
- 通過發(fā)展風險投資市場為半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供資金支持
- 綜合利用外交、貿(mào)易等手段為半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造良好的外部環(huán)境
明星企業(yè)
美國的半導體企業(yè)眾多，與非小編實在無力一一列舉。放眼全美，我們按照各領域的精英企業(yè)為大家進行羅列。
IDM、Fabless 雙榜首被美國拿下
英特爾，總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉，穩(wěn)坐全球前 20 大半導體公司老大的位子多年，是一個 IDM 公司即從設計、到制造、到封裝測試以及投向消費市場一條龍全包的企業(yè)。作為全球科技行業(yè)引領者之一的英特爾，為科技發(fā)展做出了眾多貢獻。從最初的 PC，到近幾年相繼拓展出來的人工智能、精準醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實、無人駕駛等領域，英特爾已經(jīng)從一家 PC 芯片廠商成功轉(zhuǎn)型成為綜合性的科技企業(yè)。
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高通，總部位于美國加利福尼亞州圣迭戈，是手握大量高價值專利的無線通信行業(yè)巨擘，采用 Fabless 模式。在掌握大量專利組合的同時，高通公司還積極參與技術標準的制定。在過去幾年，高通相繼收購了 Atheros、CSR，目前高通手機處理器芯片占據(jù)除華為以外幾乎所有手機廠商旗艦機和大部分中端機。而今年 10 月 27 日，高通更是宣布以 470 億美元收購恩智浦半導體(NXP)，高通在汽車電子方面的野心表漏無疑。
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IC 設計企業(yè)
全球 10 大 IC 設計企業(yè)中，美國占據(jù) 6 席高通、英偉達、AMD、蘋果、美滿、賽靈思。2016 年，英偉達、AMD、賽靈思都實現(xiàn)了營收增長，英偉達近年來除在游戲領域多有著墨外，在數(shù)據(jù)中心與車用電子應用的成長幅度相當亮眼；AMD 在半客制化、嵌入式與企業(yè)端領域逐漸展現(xiàn)成效。
英偉達，總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉，創(chuàng)立于 1993 年是一家以設計智核芯片組為主的半導體公司。在可編程圖形處理器方面擁有先進的專業(yè)技術，是全球圖形技術和數(shù)字媒體處理器行業(yè)領導廠商。作為一家無芯片 IC 半導體設計公司，英偉達有自己的實驗室研發(fā)芯片，但將芯片制造工序分包給其他廠商。
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AMD，總部位于美國加州桑尼維爾，專門為計算機、通信和消費電子行業(yè)設計和制造各種創(chuàng)新的微處理器、閃存和低功率處理器解決方案。AMD 是目前業(yè)內(nèi)唯一一個可以提供高性能 CPU、高性能獨立顯卡 GPU、主板芯片組三大組件的半導體公司，AMD 提出 3A 平臺的新標志，在筆記本領域有“AMD VISION”標志的就表示該電腦采用 3A 構建方案?，F(xiàn)在的桌面 CPU 市場基本是 A 家和 I 家的廝殺為主，經(jīng)過多年的廝殺，AMD 如今在高端領域給英特爾吊著打，只剩下低端市場的份額了。盡管 2016 年是一個半導體行業(yè)洗牌的風波年，在 AMD Zen 反復跳票的情況下，AMD 卻股價大漲，而最近 AMD 與谷歌合作要深入“探討”人工智能的大哲學。
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蘋果，總部位于加利福尼亞州庫比蒂諾，以消費電子為核心業(yè)務的公司。而其堪稱決勝千里“核武器”是強大的 IC 設計部門。蘋果的芯片只用于它自己的手機，因為蘋果手機的銷量很高，所以蘋果的芯片出貨量和研發(fā)能力很強。蘋果的芯片設計團隊為 iPhone 打造了一個無法被輕易跨越的護城河，除了 A 系列處理器擁有優(yōu)秀效能之外，蘋果也因而取得強勢的議價能力，產(chǎn)品更難以被競爭對手簡單復制。
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美滿，總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉，是一家提供全套寬帶通信和存儲解決方案的全球領先半導體廠商，是全球頂尖的無晶圓廠半導體公司之一，也是全球發(fā)展最快的半導體公司之一。美滿能夠提綱汽車電子使用的處理器和 SoC 解決方案、云計算系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體應用和存儲方面的創(chuàng)新產(chǎn)品。所以被看作是最值得收購的公司之一。
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賽靈思，1984 年創(chuàng)建于美國加利福尼亞州圣何塞，發(fā)明了現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，是全球領先的可編程邏輯完整解決方案的供應商，還是第一個無晶圓廠半導體公司。28nm 時代，賽靈思提出 All Programmable 的概念，從單一的 FPGA 企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型為 All Programmable FPGA、SoC 和 3D IC 的全球領先提供商。
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半導體設備廠商
全球 10 大半導體設備廠商中，美國占據(jù) 4 席。應用材料（Applied Materials）、科林(Lam Research)、科磊（KLA-Tencor）、泰瑞達（Teradyne）。
應用材料，成立于 1967 年，總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉，是全球最大的半導體設備和服務供應商。
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科林，成立于 1980 年，總部位于美國加州，是一家晶圓制造設備和服務的供應商。
科磊，成立于 1976 年，總部位于美國加州米爾皮塔斯是一家從事半導體及相關納米電子產(chǎn)業(yè)的設計、制造及行銷制程控制和良率管理解決方案商。
EDA 巨頭
EDA 工具是電子設計自動化，是用來輔助芯片設計的工具，在超大規(guī)模集成電路時代，要完成上億晶體管芯片的設計，必須采用 EDA 工具進行輔助設計。某種程度上，正是說有 EDA 工具，才有了超大規(guī)模集成電路設計的可能。EDA 工具也非常豐富，有的可以進行電路設計與仿真，有的可以進行 PCB 自動布局布線，按照功能和使用場合，可以分為電路設計與仿真工具、PCB 設計軟件、IC 設計軟件等。
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EDA 市場很長時間呈現(xiàn)被 Synopsys、Cadence、Mentor 三巨頭瓜分的局面。而這三家 EDA 公司的總部全部位于美國，前不久西門子宣布收購 Mentor，但是 EDA 的命脈似乎還掌握在美國手中。
第三代半導體材料企業(yè)
第三代半導體材料——寬禁帶半導體材料成為被關注的重點，以第三代半導體材料為基礎的新興技術正迅速崛起，搶占第三代半導體材料技術的高地也愈發(fā)激烈。
- SiC 形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面，美國的 Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic 可實現(xiàn)碳化硅單晶拋光片；
- GaN 美國與日本的研究水平最高，美國一直處于領先地位，先后有 TDI、Kyma、ATMI、Cree、CPI 等公司成功生產(chǎn)出氮化鎵單晶襯底；
- AlN 美國與日本的發(fā)展水平最高，美國的 TDI 公司是目前完全掌握 HVPE 法制備 AlN 基片技術，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的唯一單位。
模擬界的老大
美國的“王牌”企業(yè)盤點了很多，但是還把美國德州儀器公司(TI)落下了。TI 創(chuàng)辦于 1930 年，是全球 10 大半導體企業(yè)之一，同時也是全球最大的模擬電路技術部件制造商。在模擬器件領域，TI 牢牢占據(jù)著模擬 IC 市場的大半壁江山。
TI 總部位于美國德克薩斯州的達拉斯，成立之初的 TI 是一家地質(zhì)勘探公司，后轉(zhuǎn)做軍火供應商。TI 是第一家全球化的半導體公司，于 1954 年生產(chǎn)出了全球第一個晶體管，后于 1958 年發(fā)明出了全球第一塊集成電路。此外，TI 還于 1967 年發(fā)明了手持計算器。1982 年，TI 發(fā)布了全球首個單芯片數(shù)字信號處理器 DSP，之后便成了這個領域的霸主。除了提供模擬技術、數(shù)字信號處理（DSP）和微處理器（MCU）半導體以外，TI 還致力于汽車及工業(yè)設備芯片的研發(fā)生產(chǎn)。
半導體行業(yè)刮起了一陣并購風，半導體巨頭都忙著并購，德州儀器為啥劍走偏鋒顯得極為從容。
關于硅谷的故事、關于美國半導體大佬的故事我們就盤點到這里，美國半導體的實力的確讓人震驚，但是美國半導體行業(yè)是否也有頭痛的事情？我們在上期《世界芯片地圖》做了分析，可以在“半導體行業(yè)長老，也為未來愁白頭？” 中找到答案。
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《芯片世界地圖》往期經(jīng)典回顧：
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