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半導體行業的隱形老人:德州儀器的得與失

近年來,隨著“中國芯”的崛起,半導體成為科技界的熱門話題,不僅包括備受關註的國內半導體公司,世界領先的半導體公司也成為分析比較和借鑒經驗的對象。

市場研究公司IC Insights發布的《麥克萊恩報告2019》梳理了2016年至2019年全球半導體銷量前十的公司。

通過圖表,我們可以清楚地看到,世界半導體產業正在以英特爾、三星、臺積電和高通為首,並不斷變化的格局。的確,半導體行業是壹個沒有硝煙的戰場。

但我們似乎更關註前幾名之間的競爭,忽略了前壹名的背後是臥虎藏龍,包括今天故事的主角——TI德州儀器,壹家徘徊在全球第89位的半導體公司。

如今的德州儀器已經逐漸被大多數人遺忘,但妳要知道,德州儀器蓬勃發展的時候,世界上還沒有英特爾和高通的名字。

89年來,德州儀器經歷了很多不為人知的事情,這個名字不應該被歷史遺忘。接下來,五個瞬間研究會帶妳揭開這個被時間塵封的名字。

與矽谷誕生的半導體公司不同,德州儀器的總部設在美國德克薩斯州的達拉斯。原因是壹戰促進了全球對石油的需求。依托德州得天獨厚的石油資源,1930年,J. Clarence Catcher和Eugene mcdermott成立了壹家名為“地球物理商業公司”(GSI)的公司,也就是德州儀器的前身。

起初,GSI的主要業務是為石油工業提供地質勘探。然而,由於石油產量的增加,石油工業經歷了供過於求的衰退。二戰期間,GSI開始擴大業務,為美國陸軍和海軍生產國防電子產品。

在國防合同的幫助下,GSI實驗室和制造部(L & amp;m)部門迅速超越地域部門,電子業務成為公司支柱產業。1951年,公司重組,更名為“通用儀器公司”,同年再次更名為“德州儀器”,GSI成為新公司的子公司。

這樣,GSI的電子部門不僅成為了壹個獨立的門戶網站,還將原來的母公司變成了自己的部門,完成了壹次華麗的反轉。

此時,對於德州儀器來說,生活才剛剛開始。

1952年,德州儀器以2.5萬美元的價格從西方電子公司購買了生產晶體管的專利證書,開始制造和銷售晶體管。

後來,曾在貝爾實驗室工作的戈登·k·泰爾(Gordon K. Thiel)看到了這則廣告,回到了他的家鄉得克薩斯州,在那裏他擔任德州儀器(Texas Instruments)的研究主管。1954年2月,戈登·泰爾(Gordon Thiel)研發出第壹個商用矽晶體管,德州儀器成為當時唯壹壹家量產矽管的公司,但當時矽管比鍺管貴很多。

另壹方面,1955年,“晶體管之父”肖克利離開貝爾實驗室,召集8個年輕人壹起創業,目標是取代鍺,將矽推向市場。但是後來,八個年輕人因為受不了肖克利的獨裁,找到了飛兆半導體。結果肖克利的生意失敗了,他們憤怒地稱這八個人為“八大叛徒”。

在“八大叛徒”的帶領下,飛兆半導體發明了“平面加工工藝”,讓矽晶體管的制造像印刷書籍壹樣簡單、高效、廉價,使矽晶體管得以大量上市。從此,世界開始告別鍺,走向矽晶體管時代。然而,飛兆半導體業務的成功也威脅到了德州儀器的晶體管業務。

壹個夏天後,德州儀器新員工的想法使德州儀器在與飛兆半導體的競爭中重新取得領先地位。

1958年夏天,正當德州儀器的其他員工在享受公司為期兩周的傳統假期時,新員工傑克·基爾比(jack kilby)因為沒有攢夠假期,不得不在公司加班。在這兩周裏,基爾比突發奇想:“可以在壹個芯片上制作壹個由許多器件組成的微型微電路。”

1958 12年9月,基爾比將這壹想法變成了現實,開發出了世界上第壹個集成電路。憑借這項發明,基爾比獲得了2000年諾貝爾物理學獎。

德州儀器開發出集成電路後,飛兆半導體也提出了相應的專利來爭奪集成電路的發明權。但是因為飛兆半導體用的是矽芯片,德州儀器用的是鍺芯片,這兩項專利的發明人後來都成了集成電路的發明人。

雖然德州儀器的半導體業務壹開始受到了飛兆半導體的挑戰,但與再次被“八大叛徒”甩在身後的飛兆半導體不同,德州儀器開始了發明創造的新時代。

1954做出了第壹臺晶體管收音機;1967年發明了手持電子計算器;同年發明了單片機,在1971單片機上獲得專利。1978年,德州儀器還推出了第壹臺單片語音合成器,應用於壹系列手持益智玩具。

之後德州儀器的業務越做越大,產品深入生活。在七八十年代出生的美國人心中,提起德州儀器,第壹時間肯定會想到學生時代的圖形計算器。

隨著計算機和移動互聯網的興起,德州儀器也將業務拓展到計算機微處理器和手機芯片,但現在只剩下英特爾和高通,德州儀器的名字再也沒有出現過。高通和英特爾太強大了嗎?還是德州儀器做錯了?

眾所周知,英特爾的4位4004芯片是全球首款微處理器,8008是全球首款8位處理器,但其實在英特爾8008之前,德州儀器就推出了8位處理器。

英特爾和德州儀器由壹家名為計算機終端公司(CTC)的公司聯系在壹起。由前美國國家航空航天局工程師Gus Roche和Phil Ray於1968年創立後,推出的第壹個產品是配備了德州儀器芯片和Intel移位寄存器的電傳打印機Datapoint 3300。

當設計第二個產品Datapoint 2200時,CTC決定建造壹臺計算機。最終,德州儀器和英特爾都獲得了為CTC制造單個MOS芯片的訂單。

由於時間久遠,關於這筆交易的故事有各種版本,但唯壹可以確定的是,在這場基於同壹訂單的競爭中,老牌半導體公司德州儀器(Texas Instruments)僅用壹年時間就開發出了TMX 1795,並在當時還是初創公司的英特爾之前交付。

但CTC驗貨後並沒有決定采用TMX 1795芯片,因為TMX 1795本身就有大量未使用和浪費的空間,導致性能達不到要求。

從上圖可以看出,TMX 1795比英特爾4004和8008加起來還大。

到1970,Intel慢慢拿出產品,交作業給CTC的時候,已經過了截止日期。最後,CTC徹底失去了耐心,不僅沒有啟用英特爾的芯片,還放棄了對該芯片的獨占權。

後來,英特爾將該芯片命名為8008,並於兩年後商用。

就這樣,雖然德州儀器比英特爾更早推出了8位處理器,但由於TMX 1795的限制無法商用,而英特爾8008卻搶占了第壹的頭銜。

之後,英特爾根據8008推出了8080和8086,不僅成功投入商用,還獲得了8088的IBM訂單,隨後與微軟聯手組成Wintel聯盟,順利占領PC處理器市場。

另壹方面,德州儀器的命運沒有英特爾那麽幸運。不僅再次推出的16位處理器TMS9900因缺乏兼容的外設芯片和軟件而無法實現,還徹底放棄了家用電腦市場。

德州儀器不僅涉足計算機處理器,還是移動芯片之王。

在ios和Android系統還沒火的年代,德州儀器就已經把持了大部分手機的處理器。當時,諾基亞是德州儀器處理器的忠實用戶,後來的塞班和meego系統也使用了德州儀器處理器。

從安卓時代開始,高通就開始涉及智能手機處理器,並於2007年推出第壹代驍龍處理器,進入用戶視野。

雖然高通逐漸崛起,但德州儀器依然是性能和效率的代名詞,憑借實力擺脫了高通,也有不少追隨者。其中,華為首批雙核智能手機P1采用了德州儀器的OMAP系列處理器。

本來德州儀器可以在智能手機時代繼續輝煌,但誰知道最會玩專利的是高通。

問題是德州儀器的處理器只有壹個處理器,只有壹個GPU和壹些DSP單元,所以如果手機廠商選擇德州儀器的芯片,基帶需要單獨購買。

另壹方面,高通封裝和銷售芯片和基帶,並直接集成它們。雖然手機廠商需要向高通支付專利費,但批量購買組裝更簡單高效。

對此,知乎用戶“Rebel”在接下來的對話中生動地描述了當時的情景。

高通壹直采用提供保姆級芯片的策略來贏得市場。2012年9月26日,德州儀器宣布結束面向智能手機和平板電腦的OMAP芯片業務,專註於嵌入式平臺。

這樣德州儀器就沒能在互聯網和移動互聯網的兩次變革中搶占先機。第壹次,計算機處理器無法投入商用,給了英特爾崛起的機會。第二次,手機芯片未能滿足用戶需求,輸給了高通。

不是英特爾和高通有多厲害,而是德州儀器沒有做出符合市場規律的產品,所以德州儀器實際上輸給了市場。

雖然經歷了兩次挫折,但是回顧世界半導體形勢,德州儀器依然排在前十,這壹切都源於德州儀器懂得退壹步海闊天空的理念。

德州儀器看到年輕壹代的崛起後,選擇退居幕後,做起了隱藏在背後的大老板。

現在德州儀器專註於模擬芯片和嵌入式處理器的開發,這兩項收入占總收入的80%以上。

根據IC Insights於2019年5月9日發布的2018年全球模擬IC供應商排名,德州儀器以108億美元的銷售額和18%的市場份額占據模擬IC供應商的領先地位。

模擬產品是連接物理世界和數字世界的橋梁,廣泛應用於電源管理、信號轉換和汽車電子等領域。目前,在5G通信的轉型、基站數量的增加和智能手機射頻前端鏈路的結構變化,以及電動汽車的趨勢下,德州儀器在未來有著廣泛的應用。

此外,德州儀器還有壹項在業內堪稱黑科技的技術——DLP技術。

DLP技術就是數字光處理,是對圖像信號進行數字化處理,然後投射光線的技術。目前市面上90%以上的投影儀都采用德州儀器的DLP技術,DLP影院技術也占據了80%以上的影院屏幕。

而德州儀器這種造福人類的黑科技,卻有著極其艱難的研發經歷。

這壹切都源於1977中的壹個建議。來自德州儀器公司的科學家Larry Hornbeck博士帶領壹個團隊,開始研究可以控制光源的反射原理。之後德州儀器用了近十年的時間,終於在1996實現了DLP技術的商業應用,開始為客戶提供基於DLP數字顯示技術的光學系統。

經過多年的更新換代,不僅在生活中,德州儀器還將DLP技術應用到了工業領域。

使用DLP技術,LED面板可以通過數字曝光進行蝕刻和修復。DLP技術還可以利用其快速的響應速度應用於PCB電路板的印刷,實現快速流水線生產;DLP技術的精確性也使其越來越多地應用於3D打印技術中,可以快速掃描物體,直接構建3D模型。

除了技術創新,德州儀器還關註國內教育:舉辦全國大學生電子設計大賽,在高校建立實驗室,參與教學改革,捐建希望小學。......

看不見不代表不存在。德州儀器就像空氣。雖然看不見摸不著,但它始終存在於我們身邊,不斷通過創新為生活提供便利。所以德州儀器堪稱壹大秘密。

鈦媒體作者:五矩研究會,個人微信(sikuaiwanshi)

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