[導(dǎo)讀] 對于美國在半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域的衰落我們需要重點研究，悲觀者認為正如貝爾實驗室被后來者所超越一樣，TI也在面臨同樣的問題，需要面對諸如TSMC等新興制造商的挑戰(zhàn)，樂觀派則認為Intel依然扮演下一代半導(dǎo)體技術(shù)世界領(lǐng)
對于美國在半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域的衰落我們需要重點研究，悲觀者認為正如貝爾實驗室被后來者所超越一樣，TI也在面臨同樣的問題，需要面對諸如TSMC等新興制造商的挑戰(zhàn)，樂觀派則認為Intel依然扮演下一代半導(dǎo)體技術(shù)世界領(lǐng)導(dǎo)者的角色，IBM依然在半導(dǎo)體專利方面占據(jù)統(tǒng)治地位，而IM Flash(Micron與Intel的合資公司)這樣的公司也正在大踏步前進，而惠普實驗室的憶阻器技術(shù)將使得傳統(tǒng)的半導(dǎo)體存儲器過時，同時美國的大學(xué)和國家實驗室正在研發(fā)那些改變游戲規(guī)則的芯片技術(shù)，這些大學(xué)和工業(yè)界，實驗室的研發(fā)聯(lián)盟將會填補空白。
很多電子工程師們都認為美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的衰落最具有代表性的時間就是貝爾實驗室宣稱不再繼續(xù)進行半導(dǎo)體材料和器件方面的研發(fā)。貝爾實驗室曾經(jīng)是半導(dǎo)體領(lǐng)域先鋒，不光是晶體管，它在半導(dǎo)體材料和器件的很多領(lǐng)域都取得了很大的突破，比如MOSFET，CCD，分子束外延，電子束曝光，光電電池，二氧化碳激光器，量子級聯(lián)激光器，光路由器以及第一代單芯片32位微處理器。
IBM的Watson研究中心日前演示的能使碳納米管實施商用的方案
坐落于新澤西州莫里山的貝爾實驗室，曾經(jīng)是半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)先鋒，如今是總部位于巴黎的阿爾卡特-朗訊的研發(fā)單位，目前實驗室擁有1000名研發(fā)人員以及每年20億美元的預(yù)算，用于研發(fā)例如無線，網(wǎng)絡(luò)，光通信和計算算法等更為務(wù)實的技術(shù)。另外還有一個組繼續(xù)進行更為長期的研究，例如高速電子和納米技術(shù)，但是那些讓貝爾實驗室取得6次諾貝爾獎的具有突破意義的研究已經(jīng)中止。
貝爾實驗室放棄那些長期的半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究，可以看作是將美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)進入了死胡同，美國半導(dǎo)體制造上普遍認為發(fā)生在貝爾實驗室的事情表明了半導(dǎo)體市場行情的變化，就是芯片制造商需要在當今這個全球低利潤，高容量的市場下尋求生存之道。
Freescale半導(dǎo)體的副總裁Gregg Bartlett認為：“現(xiàn)在認為美國讓出了全球半導(dǎo)體老大位置還為時過早，人們需要注意到，貝爾實驗室發(fā)生的事情并不具有普遍意義，并不說明在其他地方?jīng)]有新的創(chuàng)新，美國依然是全球半導(dǎo)體的中心，Intel，IBM以及它的技術(shù)伙伴依然聚焦于技術(shù)研究，在它們那里大量的創(chuàng)新依然在發(fā)生.”
盡管如此，仍然很難說服那些持相反意見者，他們會拿出存儲領(lǐng)域的例子，幾乎所有的美國芯片制造商都曾經(jīng)進入這個領(lǐng)域，但是如今只剩下DRAM制造商Micron，今年的營收只有16億美元，對于美國的芯片工廠來說，也面臨同樣的命運，因為越來越多的芯片制造轉(zhuǎn)移到了TSMC，UMC，特許半導(dǎo)體等廠商，并正在向中國大陸的廠商轉(zhuǎn)移，這些都是悲觀論調(diào)者用來反駁的理由，當然，只能說美國半導(dǎo)體研發(fā)正在衰落，還沒有到出局的時候。
IBM，Intel專注于研發(fā)
IBM的半導(dǎo)體研發(fā)中心副總裁Gary Patton介紹：“一些公司不得不改變他們的商業(yè)模式來應(yīng)付這樣的變化，但美國依然擁有大量的半導(dǎo)體技術(shù)統(tǒng)治力量，例如IBM商業(yè)聯(lián)盟以及Intel，很顯然他們兩位是高級半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)的核心力量?！?
IBM的研發(fā)預(yù)算高達62億美元，多達3200名工程師組成核心研發(fā)團隊，他們背后是多達200,000名工程技術(shù)人員，Intel的研發(fā)預(yù)算也超過60億美元，他們的公司級技術(shù)團隊，Intel研究院，擁有超過1000名工程師和科學(xué)家，同時也擁有數(shù)以千計的技術(shù)支持人員。
盡管美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域例如DRAM等領(lǐng)域正像日用品領(lǐng)域一樣已經(jīng)有所衰退，但是IBM和Intel仍然認為美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域仍然充滿活力，畢竟Intel是世界上最先切入45納米工藝的公司，這足以證明美國的半導(dǎo)體行業(yè)仍然走在業(yè)界前列。
Intel與加州大學(xué)圣芭芭拉分校合作研發(fā)的硅激光芯片
Intel的CTO Justin Rattner介紹：“你可以通過我們技術(shù)上的穩(wěn)定的研發(fā)節(jié)奏判斷我們的實力，我們已經(jīng)能夠順利切入到高K柵電介質(zhì)和金屬柵電極疊層技術(shù)?！?
IBM同樣宣稱已經(jīng)為高端服務(wù)器處理器規(guī)劃了45納米的時間表，同時其他的工廠也在做遷移計劃，為了保證深亞微米級研發(fā)的高額投入，IBM成立了聯(lián)合研發(fā)組，包括AMD，特許半導(dǎo)體，飛思卡爾，英飛凌，三星以及意法半導(dǎo)體。
目前的問題不是技術(shù)路標，而是芯片制造的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實，當更多的半導(dǎo)體晶元加工轉(zhuǎn)移到海外，對應(yīng)的研發(fā)責(zé)任相應(yīng)轉(zhuǎn)移，如今，開工一家新的工廠需要投入30億美金，面對這樣的投資事實，像TI這樣的半導(dǎo)體制造商越來越多的需要依賴他們的制造伙伴，用于研發(fā)32納米以下的工藝。
飛思卡爾的Bartlett介紹：“坦率地說，更多的工藝技術(shù)開始向臺灣轉(zhuǎn)移，這不是缺少投資的結(jié)果，而是制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實，技術(shù)研發(fā)和布局必然向產(chǎn)量大的地方傾斜?！?
成本因素
感覺上來說，美國半導(dǎo)體研發(fā)實際上是其取得的成功的犧牲品。今天，財務(wù)健康與否取決于縮小節(jié)點來在每個晶圓(wafer)上制造更多的芯片，也就是降低每片裸片(die)的成本。晶圓廠難以接受新的材料和設(shè)備，因為已有的工藝可以將產(chǎn)品做的更小，另外因為離岸代工廠日益增加的晶圓廠規(guī)模，這種情況更加明顯。
TI已經(jīng)承認他不再是一家垂直集成公司?！拔覀円淮斡忠淮螌⑽覀兊耐顿Y轉(zhuǎn)移到更加貼近消費者，因此我們熱衷的已經(jīng)不是芯片下面的工藝技術(shù)，而是關(guān)注我們?nèi)绾尾拍芙鉀Q客戶在明天會面臨的問題，并且保證解決方案具備成本和功耗效益。”TI研發(fā)中心一位副主席Martin Izzard表示。
TI決定將22億美元研發(fā)預(yù)算投入到設(shè)計更為優(yōu)秀的模擬、混合信號和特殊應(yīng)用信號處理芯片上來，還不清楚這個策略長期來說會有什么效果。但有一點是肯定的：開發(fā)新的材料和器件架構(gòu) - 需要在未來進行工藝節(jié)點的創(chuàng)新 - 這已經(jīng)不是TI的問題了，而是晶圓代工廠的問題。
作為對比的是，像IBM、Inter和Micron，還不想做無晶圓公司，還維持著以往的工廠。
“我們目前進入了這樣一個時代，所有公司的技術(shù)正在接近光刻工藝的物理極限，所以挑戰(zhàn)相比以往更加艱巨，”Micron存儲業(yè)務(wù)副主席Brian Shirley表示，“目前，我們正在尋找能在3到5年內(nèi)解決這個挑戰(zhàn)的方法，那些研發(fā)看起來將會花費大量成本，且產(chǎn)業(yè)的壓力也比以往更大?！?
向物理極限挑戰(zhàn)的研究和開發(fā)的鴻溝會花費美國半導(dǎo)體制造商更多的成本，而現(xiàn)在鴻溝正在擴大化，產(chǎn)業(yè)的研發(fā)預(yù)算則被降低的銷售額和過度供應(yīng)所積壓。美國大學(xué)和國家實驗室長期來看應(yīng)當肩負起更重的職責(zé)。
大學(xué)研究的重要性
事實上，IBM也看到了這種趨勢。這幾年來公司的一些研究科學(xué)家已經(jīng)進入了美國各個大學(xué)，IBM、Intel等公司借此與大學(xué)建立了很強的合作關(guān)系。最好的一個例子是IBM日前宣布了全球最小的SRAM芯片 - 一個22nm工藝的器件 - 在奧爾巴尼納米技術(shù)研究中心得以制造，這項科技成果是IBM與紐約州立大學(xué)阿爾巴尼分校合作的結(jié)果。
IBM在紐約運作了一系列資金充裕的與高校的合作項目。它與倫斯勒理工學(xué)院合作研究先進的3D和其他封裝技術(shù)。IBM還與奧爾巴尼的兩所大學(xué)有合作，一個項目是15nm印刷工藝在300mm晶圓廠的實現(xiàn)，另一個是關(guān)于其“深藍”超級計算機的，瞄準實現(xiàn)網(wǎng)格運算的算法。
Intel的Rattner說：“我們是高校研究的大贊助商，有大量和長期的工作要做 - 自旋電子學(xué)、碳納米管、二維碳原子片等。這些創(chuàng)新需要8到10年的研究，然后我們會把這些工作轉(zhuǎn)為公司內(nèi)部研發(fā)，并將其打造成為最有希望商用的產(chǎn)品?！?
也許歷史上最為成功的讓美國一直處于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先行列的商業(yè)與學(xué)院合作的典范要屬Semiconductor Research Corp.(SRC)公司了，它在相關(guān)的大學(xué)和產(chǎn)業(yè)實驗室贊助了超過100個研究項目。
不過相比來自美國空軍科研辦公室、美國國防部高級研究計劃署(Darpa)、美國國家標準技術(shù)委員會、海軍研究辦公室、13個國家能源實驗室和8個技術(shù)中心來說，這些用于大學(xué)研究的私有公司資金還是太少。用于學(xué)術(shù)研究的最大的獨立非防御政府資金是國家科學(xué)基金，大概有60億美元的預(yù)算，并在聯(lián)邦支持的各個大學(xué)的研究中占有大約20%的份額。
隨著金融壓力越來越大，那些不能承諾帶來直接回報的長期研究項目的經(jīng)費受到了削減。根據(jù)Darpa的統(tǒng)計，基礎(chǔ)“電子學(xué)”研究基金在2007年從2.54億美元削減到了2.36億美元，到2008年減到了1.97億美元。
私有和政府基金還可以申請的到，但是否還能滿足像貝爾實驗室那樣的巨艦的運作并保持美國在半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先就不得而知了?！拔也徽J為我們需要新的項目 - 我們只需為我們已看到的項目投入資金，”Intel的Rattner表示，“我們有這個機構(gòu)，我們知道他們的運作 - 我們只需在背后投入人力和資金來確保他們成功?！?
很多電子工程師們都認為美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的衰落最具有代表性的時間就是貝爾實驗室宣稱不再繼續(xù)進行半導(dǎo)體材料和器件方面的研發(fā)。貝爾實驗室曾經(jīng)是半導(dǎo)體領(lǐng)域先鋒，不光是晶體管，它在半導(dǎo)體材料和器件的很多領(lǐng)域都取得了很大的突破，比如MOSFET，CCD，分子束外延，電子束曝光，光電電池，二氧化碳激光器，量子級聯(lián)激光器，光路由器以及第一代單芯片32位微處理器。
IBM的Watson研究中心日前演示的能使碳納米管實施商用的方案
坐落于新澤西州莫里山的貝爾實驗室，曾經(jīng)是半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)先鋒，如今是總部位于巴黎的阿爾卡特-朗訊的研發(fā)單位，目前實驗室擁有1000名研發(fā)人員以及每年20億美元的預(yù)算，用于研發(fā)例如無線，網(wǎng)絡(luò)，光通信和計算算法等更為務(wù)實的技術(shù)。另外還有一個組繼續(xù)進行更為長期的研究，例如高速電子和納米技術(shù)，但是那些讓貝爾實驗室取得6次諾貝爾獎的具有突破意義的研究已經(jīng)中止。
貝爾實驗室放棄那些長期的半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究，可以看作是將美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)進入了死胡同，美國半導(dǎo)體制造上普遍認為發(fā)生在貝爾實驗室的事情表明了半導(dǎo)體市場行情的變化，就是芯片制造商需要在當今這個全球低利潤，高容量的市場下尋求生存之道。
Freescale半導(dǎo)體的副總裁Gregg Bartlett認為：“現(xiàn)在認為美國讓出了全球半導(dǎo)體老大位置還為時過早，人們需要注意到，貝爾實驗室發(fā)生的事情并不具有普遍意義，并不說明在其他地方?jīng)]有新的創(chuàng)新，美國依然是全球半導(dǎo)體的中心，Intel，IBM以及它的技術(shù)伙伴依然聚焦于技術(shù)研究，在它們那里大量的創(chuàng)新依然在發(fā)生.”
盡管如此，仍然很難說服那些持相反意見者，他們會拿出存儲領(lǐng)域的例子，幾乎所有的美國芯片制造商都曾經(jīng)進入這個領(lǐng)域，但是如今只剩下DRAM制造商Micron，今年的營收只有16億美元，對于美國的芯片工廠來說，也面臨同樣的命運，因為越來越多的芯片制造轉(zhuǎn)移到了TSMC，UMC，特許半導(dǎo)體等廠商，并正在向中國大陸的廠商轉(zhuǎn)移，這些都是悲觀論調(diào)者用來反駁的理由，當然，只能說美國半導(dǎo)體研發(fā)正在衰落，還沒有到出局的時候。
IBM，Intel專注于研發(fā)
IBM的半導(dǎo)體研發(fā)中心副總裁Gary Patton介紹：“一些公司不得不改變他們的商業(yè)模式來應(yīng)付這樣的變化，但美國依然擁有大量的半導(dǎo)體技術(shù)統(tǒng)治力量，例如IBM商業(yè)聯(lián)盟以及Intel，很顯然他們兩位是高級半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)的核心力量?！?
IBM的研發(fā)預(yù)算高達62億美元，多達3200名工程師組成核心研發(fā)團隊，他們背后是多達200,000名工程技術(shù)人員，Intel的研發(fā)預(yù)算也超過60億美元，他們的公司級技術(shù)團隊，Intel研究院，擁有超過1000名工程師和科學(xué)家，同時也擁有數(shù)以千計的技術(shù)支持人員。
盡管美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域例如DRAM等領(lǐng)域正像日用品領(lǐng)域一樣已經(jīng)有所衰退，但是IBM和Intel仍然認為美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域仍然充滿活力，畢竟Intel是世界上最先切入45納米工藝的公司，這足以證明美國的半導(dǎo)體行業(yè)仍然走在業(yè)界前列。
Intel與加州大學(xué)圣芭芭拉分校合作研發(fā)的硅激光芯片
Intel的CTO Justin Rattner介紹：“你可以通過我們技術(shù)上的穩(wěn)定的研發(fā)節(jié)奏判斷我們的實力，我們已經(jīng)能夠順利切入到高K柵電介質(zhì)和金屬柵電極疊層技術(shù)?！?
IBM同樣宣稱已經(jīng)為高端服務(wù)器處理器規(guī)劃了45納米的時間表，同時其他的工廠也在做遷移計劃，為了保證深亞微米級研發(fā)的高額投入，IBM成立了聯(lián)合研發(fā)組，包括AMD，特許半導(dǎo)體，飛思卡爾，英飛凌，三星以及意法半導(dǎo)體。
目前的問題不是技術(shù)路標，而是芯片制造的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實，當更多的半導(dǎo)體晶元加工轉(zhuǎn)移到海外，對應(yīng)的研發(fā)責(zé)任相應(yīng)轉(zhuǎn)移，如今，開工一家新的工廠需要投入30億美金，面對這樣的投資事實，像TI這樣的半導(dǎo)體制造商越來越多的需要依賴他們的制造伙伴，用于研發(fā)32納米以下的工藝。
飛思卡爾的Bartlett介紹：“坦率地說，更多的工藝技術(shù)開始向臺灣轉(zhuǎn)移，這不是缺少投資的結(jié)果，而是制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實，技術(shù)研發(fā)和布局必然向產(chǎn)量大的地方傾斜?！?
成本因素
感覺上來說，美國半導(dǎo)體研發(fā)實際上是其取得的成功的犧牲品。今天，財務(wù)健康與否取決于縮小節(jié)點來在每個晶圓(wafer)上制造更多的芯片，也就是降低每片裸片(die)的成本。晶圓廠難以接受新的材料和設(shè)備，因為已有的工藝可以將產(chǎn)品做的更小，另外因為離岸代工廠日益增加的晶圓廠規(guī)模，這種情況更加明顯。
TI已經(jīng)承認他不再是一家垂直集成公司?！拔覀円淮斡忠淮螌⑽覀兊耐顿Y轉(zhuǎn)移到更加貼近消費者，因此我們熱衷的已經(jīng)不是芯片下面的工藝技術(shù)，而是關(guān)注我們?nèi)绾尾拍芙鉀Q客戶在明天會面臨的問題，并且保證解決方案具備成本和功耗效益。”TI研發(fā)中心一位副主席Martin Izzard表示。
TI決定將22億美元研發(fā)預(yù)算投入到設(shè)計更為優(yōu)秀的模擬、混合信號和特殊應(yīng)用信號處理芯片上來，還不清楚這個策略長期來說會有什么效果。但有一點是肯定的：開發(fā)新的材料和器件架構(gòu) - 需要在未來進行工藝節(jié)點的創(chuàng)新 - 這已經(jīng)不是TI的問題了，而是晶圓代工廠的問題。
作為對比的是，像IBM、Inter和Micron，還不想做無晶圓公司，還維持著以往的工廠。
“我們目前進入了這樣一個時代，所有公司的技術(shù)正在接近光刻工藝的物理極限，所以挑戰(zhàn)相比以往更加艱巨，”Micron存儲業(yè)務(wù)副主席Brian Shirley表示，“目前，我們正在尋找能在3到5年內(nèi)解決這個挑戰(zhàn)的方法，那些研發(fā)看起來將會花費大量成本，且產(chǎn)業(yè)的壓力也比以往更大?！?
向物理極限挑戰(zhàn)的研究和開發(fā)的鴻溝會花費美國半導(dǎo)體制造商更多的成本，而現(xiàn)在鴻溝正在擴大化，產(chǎn)業(yè)的研發(fā)預(yù)算則被降低的銷售額和過度供應(yīng)所積壓。美國大學(xué)和國家實驗室長期來看應(yīng)當肩負起更重的職責(zé)。
大學(xué)研究的重要性
事實上，IBM也看到了這種趨勢。這幾年來公司的一些研究科學(xué)家已經(jīng)進入了美國各個大學(xué)，IBM、Intel等公司借此與大學(xué)建立了很強的合作關(guān)系。最好的一個例子是IBM日前宣布了全球最小的SRAM芯片 - 一個22nm工藝的器件 - 在奧爾巴尼納米技術(shù)研究中心得以制造，這項科技成果是IBM與紐約州立大學(xué)阿爾巴尼分校合作的結(jié)果。
IBM在紐約運作了一系列資金充裕的與高校的合作項目。它與倫斯勒理工學(xué)院合作研究先進的3D和其他封裝技術(shù)。IBM還與奧爾巴尼的兩所大學(xué)有合作，一個項目是15nm印刷工藝在300mm晶圓廠的實現(xiàn)，另一個是關(guān)于其“深藍”超級計算機的，瞄準實現(xiàn)網(wǎng)格運算的算法。
Intel的Rattner說：“我們是高校研究的大贊助商，有大量和長期的工作要做 - 自旋電子學(xué)、碳納米管、二維碳原子片等。這些創(chuàng)新需要8到10年的研究，然后我們會把這些工作轉(zhuǎn)為公司內(nèi)部研發(fā)，并將其打造成為最有希望商用的產(chǎn)品?！?
也許歷史上最為成功的讓美國一直處于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先行列的商業(yè)與學(xué)院合作的典范要屬Semiconductor Research Corp.(SRC)公司了，它在相關(guān)的大學(xué)和產(chǎn)業(yè)實驗室贊助了超過100個研究項目。
不過相比來自美國空軍科研辦公室、美國國防部高級研究計劃署(Darpa)、美國國家標準技術(shù)委員會、海軍研究辦公室、13個國家能源實驗室和8個技術(shù)中心來說，這些用于大學(xué)研究的私有公司資金還是太少。用于學(xué)術(shù)研究的最大的獨立非防御政府資金是國家科學(xué)基金，大概有60億美元的預(yù)算，并在聯(lián)邦支持的各個大學(xué)的研究中占有大約20%的份額。
隨著金融壓力越來越大，那些不能承諾帶來直接回報的長期研究項目的經(jīng)費受到了削減。根據(jù)Darpa的統(tǒng)計，基礎(chǔ)“電子學(xué)”研究基金在2007年從2.54億美元削減到了2.36億美元，到2008年減到了1.97億美元。
私有和政府基金還可以申請的到，但是否還能滿足像貝爾實驗室那樣的巨艦的運作并保持美國在半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先就不得而知了?！拔也徽J為我們需要新的項目 - 我們只需為我們已看到的項目投入資金，”Intel的Rattner表示，“我們有這個機構(gòu)，我們知道他們的運作 - 我們只需在背后投入人力和資金來確保他們成功?！?
下載文檔
