誰(shuí)在讓美國(guó)半導(dǎo)體研發(fā)衰落？

很多電子工程師們都認(rèn)為美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的衰落最具有代表性的時(shí)間就是貝爾實(shí)驗(yàn)室宣稱不再繼續(xù)進(jìn)行半導(dǎo)體材料和器件方面的研發(fā)。貝爾實(shí)驗(yàn)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(jí)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(shí)施商用的方案

坐落于新澤西州莫里山的貝爾實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(wú)線，網(wǎng)絡(luò)，光通信和計(jì)算算法等更為務(wù)實(shí)的技術(shù)。另外還有一個(gè)組繼續(xù)進(jìn)行更為長(zhǎng)期的研究，例如高速電子和納米技術(shù)，但是那些讓貝爾實(shí)驗(yàn)室取得6次諾貝爾獎(jiǎng)的具有突破意義的研究已經(jīng)中止。

貝爾實(shí)驗(yàn)室放棄那些長(zhǎng)期的半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究，可以看作是將美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)入了死胡同，美國(guó)半導(dǎo)體制造商普遍認(rèn)為發(fā)生在貝爾實(shí)驗(yàn)室的事情表明了半導(dǎo)體市場(chǎng)行情的變化，就是芯片制造商需要在當(dāng)今這個(gè)全球低利潤(rùn)，高容量的市場(chǎng)下尋求生存之道。

Freescale半導(dǎo)體的副總裁Gregg Bartlett認(rèn)為：“現(xiàn)在認(rèn)為美國(guó)讓出了全球半導(dǎo)體老大位置還為時(shí)過(guò)早，人們需要注意到，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的事情并不具有普遍意義，并不說(shuō)明在其他地方?jīng)]有新的創(chuàng)新，美國(guó)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(shuō)服那些持相反意見者，他們會(huì)拿出存儲(chǔ)領(lǐng)域的例子，幾乎所有的美國(guó)芯片制造商都曾經(jīng)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，但是如今只剩下DRAM制造商Micron，今年的營(yíng)收只有16億美元，對(duì)于美國(guó)的芯片工廠來(lái)說(shuō)，也面臨同樣的命運(yùn)，因?yàn)樵絹?lái)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(guó)大陸的廠商轉(zhuǎn)移，這些都是悲觀論調(diào)者用來(lái)反駁的理由，當(dāng)然，只能說(shuō)美國(guó)半導(dǎo)體研發(fā)正在衰落，還沒有到出局的時(shí)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(lái)應(yīng)付這樣的變化，但美國(guó)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(jí)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(dá)62億美元，多達(dá)3200名工程師組成核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)，他們背后是多達(dá)200,000名工程技術(shù)人員，Intel的研發(fā)預(yù)算也超過(guò)60億美元，他們的公司級(jí)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，Intel研究院，擁有超過(guò)1000名工程師和科學(xué)家，同時(shí)也擁有數(shù)以千計(jì)的技術(shù)支持人員。

盡管美國(guó)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(rèn)為美國(guó)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(guó)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(guò)我們技術(shù)上的穩(wěn)定的研發(fā)節(jié)奏判斷我們的實(shí)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(shí)間表，同時(shí)其他的工廠也在做遷移計(jì)劃，為了保證深亞微米級(jí)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(wèn)題不是技術(shù)路標(biāo)，而是芯片制造的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實(shí)，當(dāng)更多的半導(dǎo)體晶元加工轉(zhuǎn)移到海外，對(duì)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(duì)這樣的投資事實(shí)，像TI這樣的半導(dǎo)體制造商越來(lái)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(shuō)，更多的工藝技術(shù)開始向臺(tái)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(shí)，技術(shù)研發(fā)和布局必然向產(chǎn)量大的地方傾斜?！?/FONT>

成本因素

[!--empirenews.page--]

感覺上來(lái)說(shuō)，美國(guó)半導(dǎo)體研發(fā)實(shí)際上是其取得的成功的犧牲品。今天，財(cái)務(wù)健康與否取決于縮小節(jié)點(diǎn)來(lái)在每個(gè)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?yàn)橐延械墓に嚳梢詫a(chǎn)品做的更小，另外因?yàn)殡x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(rèn)他不再是一家垂直集成公司。“我們一次又一次將我們的投資轉(zhuǎn)移到更加貼近消費(fèi)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(huì)面臨的問(wèn)題，并且保證解決方案具備成本和功耗效益?！盩I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(jì)更為優(yōu)秀的模擬、混合信號(hào)和特殊應(yīng)用信號(hào)處理芯片上來(lái)，還不清楚這個(gè)策略長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)會(huì)有什么效果。但有一點(diǎn)是肯定的：開發(fā)新的材料和器件架構(gòu) - 需要在未來(lái)進(jìn)行工藝節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)新 - 這已經(jīng)不是TI的問(wèn)題了，而是晶圓代工廠的問(wèn)題。

作為對(duì)比的是，像IBM、Inter和Micron，還不想做無(wú)晶圓公司，還維持著以往的工廠。

“我們目前進(jìn)入了這樣一個(gè)時(shí)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(chǔ)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(gè)挑戰(zhàn)的方法，那些研發(fā)看起來(lái)將會(huì)花費(fèi)大量成本，且產(chǎn)業(yè)的壓力也比以往更大?！?/FONT>

向物理極限挑戰(zhàn)的研究和開發(fā)的鴻溝會(huì)花費(fèi)美國(guó)半導(dǎo)體制造商更多的成本，而現(xiàn)在鴻溝正在擴(kuò)大化，產(chǎn)業(yè)的研發(fā)預(yù)算則被降低的銷售額和過(guò)度供應(yīng)所積壓。美國(guó)大學(xué)和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期來(lái)看應(yīng)當(dāng)肩負(fù)起更重的職責(zé)。

大學(xué)研究的重要性

事實(shí)上，IBM也看到了這種趨勢(shì)。這幾年來(lái)公司的一些研究科學(xué)家已經(jīng)進(jìn)入了美國(guó)各個(gè)大學(xué)，IBM、Intel等公司借此與大學(xué)建立了很強(qiáng)的合作關(guān)系。最好的一個(gè)例子是IBM日前宣布了全球最小的SRAM芯片 - 一個(gè)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(xiàng)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(yùn)作了一系列資金充裕的與高校的合作項(xiàng)目。它與倫斯勒理工學(xué)院合作研究先進(jìn)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(gè)項(xiàng)目是15nm印刷工藝在300mm晶圓廠的實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)是關(guān)于其“深藍(lán)”超級(jí)計(jì)算機(jī)的，瞄準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格運(yùn)算的算法。

Intel的Rattner說(shuō)：“我們是高校研究的大贊助商，有大量和長(zhǎng)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(huì)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?！?/FONT>

也許歷史上最為成功的讓美國(guó)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(shí)驗(yàn)室贊助了超過(guò)100個(gè)研究項(xiàng)目。

不過(guò)相比來(lái)自美國(guó)空軍科研辦公室、美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署(Darpa)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)、海軍研究辦公室、13個(gè)國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室和8個(gè)技術(shù)中心來(lái)說(shuō)，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(dú)立非防御政府資金是國(guó)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(gè)大學(xué)的研究中占有大約20%的份額。

隨著金融壓力越來(lái)越大，那些不能承諾帶來(lái)直接回報(bào)的長(zhǎng)期研究項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)受到了削減。根據(jù)Darpa的統(tǒng)計(jì)，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(qǐng)的到，但是否還能滿足像貝爾實(shí)驗(yàn)室那樣的巨艦的運(yùn)作并保持美國(guó)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(rèn)為我們需要新的項(xiàng)目 - 我們只需為我們已看到的項(xiàng)目投入資金，”Intel的Rattner表示，“我們有這個(gè)機(jī)構(gòu)，我們知道他們的運(yùn)作 - 我們只需在背后投入人力和資金來(lái)確保他們成功。”