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半导体和电子设备的辩证
类别:电子综合  
 
        

    

     电子科学技术已有100多年历史,它是在19世纪末物理学的基础上发展起来的,它是研究电子在真空、气体、半导体内各种条件下运动规律及其应用的一门学科。电子工业是研究、开发(设计)和生产电子设备、元器件和材料的工业部门。在有线通信、无线通信和广播的发展下,电子工业成形于上世纪20年代,经过一、二次世界大战的刺激,雷达、电子计算机的发明,晶体管的问世,电视技术的推广应用,大大促动了世界电子工业的前进。60年代世界电子工业得到了巨大发展,渐次成为许多国家的主导工业,直到今天,依然是世界无可争议的第一工业。

     长久以来,电子工业的内涵变化很大,但国外报道电子工业的范围一直没有变。例如,日本JEITA(日本电子信息技术产业协会)最近预测2004年日本电子工业生产时仍然包括消费电子(视听产品),投资类设备(通信、计算机、电子应用设备等)和元器件三大类,2004年其国内生产将增长6.5%,突破20万亿日元。

     信息技术(IT)是有了计算机之后才出现的术语,原来只包括计算机(信息处理和储存),近年才覆盖通信(信息传输)。美国商务部发表的2003年IT产业报告,包括了计算机硬件、通信设备、软件和计算机服务以及通信业务4项,当年增长6.3%,达到了1.24万亿美元。

     电子工业的形成和发展,有它的社会和经济背景。它应因市场(包括国家)需求而起,为社会经济发展、国家安全、人民大众生活质量改善而发挥着它特有的巨大作用。因此,它的发展离不开经济大环境,同时,又有它自身的发展周期。记得以前曾有人说过:电子工业和国民经济之比为5%,半导体与电子工业之比为10%,半导体材料与半导体产品之比为10%,概括为5-10-10。按照近年的数据计算,美、日电子工业与其GDP之比大约分别为3.5%和6%,世界半导体和电子工业产值之比为13.6%,并没有远离先前的说法。 半导体业发展回顾

     晶体管发明于1947年,集成电路于1958~59年间诞生,它们是电子设备的心脏,电子工业的基础。从世界半导体销售看,自1978年到2000年22年间基本上是一直向上的(图1,表1),其间年钧增长率为15.9%,而2001年发生巨大转折,急剧滑落,但预期到2010年间又可见到缓缓上升的趋势。一句话,尽管半导体业已趋向成熟,但它还会继续发展,从晶体管、小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、甚大规模集成电路(VLSI)、极大规模集成电路(ULSI),还将走向系统芯片(SoC)。

     加工圆片从2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸走向12英寸;加工工艺从8mm、5mm、2mm、1mm、0.8mm、0.5mm、0.35mm、0.25mm、0.18mm、0.14mm、0.10mm,2003年进入纳米(nm)时代,进军90nm、65 nm⋯。无论从市场还是技术,世界半导体业都既面临新的挑战,又存在发展空间。

     另一方面,世界半导体业增长率的上下波动告诉我们,从1959年到2002年43年间半导体业大大小小共跨越了9个山头(图2),平均5年跨一个,经历一次硅周期,合乎事物螺旋上升,曲折前进的常理。

     世界半导体业的销售值1979年突破百亿美元,1994年突破千亿美元,15年增长了10倍;到2000年突破2000亿美元,6年又翻了一番,发展十分迅速。但2001年遭遇重大挫折,预计要经过4年到2005年方能回复到2000亿美元的市场规模。发展速度已大为减缓,究其原因其一是受到经济大环境,特别是IT经济泡沫的严重影响,其二是缺少了牵引半导体前进的火车头(如80年代的PC)产品。

     台湾台积电公司最近发表的一个综合性看法认为:今后世界半导体业的发展方向有四:①半导体业增长趋缓—1952~2002年世界半导体市场的年均增长率为15%,今后10年将减缓到7~10%;②Moore定律发展速度变慢—集成电路的晶体管集成度从原先的18个月翻一番变成24个月翻一番;③代工业继续发展—在设计、制造、封测分业的基础上,代工业将继续向前;④生产向中国转移—中国将成为世界重要生产基地之一。 半导体与电子设备相伴而行

     晶体管和集成电路都是美国发明的,但初期美国除了军用(晶体管上战机、集成电路上导弹)之外,民用方面找不到出路。还是日本通过应用开发,才找到了(晶体管)收音机、(集成电路)计算器等大量应用半导体的产品,开拓出巨大的商用市场。半导体的发展不仅与经济大环境和地区市场相关,与电子设备的创新开发和推广应用更有着密切的关系。

     从历史上观察世界半导体和电子设备业增长速度的变化,如图3所示,两者的速度虽有所不同,但发展轨迹基本上是保持一致,相互同步的。半导体业大约5年发生1个周期,10年陷入一个低谷。

     我们要看拉动半导体业前进的主要应用产品或应用领域是什么?主要消费地在哪里?适用的半导体又是哪些?随着时间前进,它们也在不断变化。从较长一段时间的大循环来察看世界半导体业及其应用电子设备的发展,世界半导体业至今经历了1959~67年(8年)的成长期;1968~83年(15年)的调整期;1948~2000年(16年)的成长期;2001年后再入调整期。各阶段的经济大势、主流应用产品变更、集成电路发展以及主要市场如表2所示。总结成一句话是:电子设备牵引半导体业发展,半导体业推动电子设备前进。

     日本JEITA报道,世界电子设备生产将从2001年的1.12万亿美元增长到2008年的1.72万亿美元,年均增长率6.3%(表3)。产品共分计算机、通信、工业设备、消费产品、和汽车电子5大类,2002年它们所占比重依次为:41.1%,21.3%,16.7%,15.1%,和5.8%,预计到2008年将演变成:42.9%,23.9%,14.2%,13%和5.9%.它们的相对地位略有微调而并没有发生根本的变化,计算机依然是最重要的市场。

     根据这一些资料,计算机的主导地位根本没有动摇,通信和计算机的增长率还都超过了电子工业的平均速度,消费电子产品发展也不算快。

     JEITA《世界电子设备和半导体市场中长期展望》还报道了2001年半导体在计算机、通信、消费产品、汽车电子等各类产品中所占含量(表4),4种产品合计的半导体含量(比重)为14.5%。又据iSupppli公司的报道(链接1)推算,电子设备内的半导体含量2002年为16.3%,2003年17.8%,预计2004~07年间将提高到20%左右。 电子设备的发展

     JEITA报告还对近年主要电子产品市场的发展作了报道,表5列举了20种电子产品销量的发展。预计2005年销量超亿台的产品有8种,超过5000万台的有5种,其余均为超千万台级的产品。

     展望未来电子信息技术的发展大趋势,可用D、U、B、W、C 5个字母来表示。D是Digtal(数字化),U是Ubiquitous(随心所欲,无远勿届),B是Broadband(宽带化),W-Wireless(无线化)和C—Content(内容)。信息通信席卷全球,涌动社会,数字化无线化进一步提高人们的工作效率和改善人们的生活质量,宽带化为多媒体开拓了宽阔的传播道路,内容则是电子信息技术应用推广的基础。

     信息通信设备市场是电子元器件事业继续开拓发展的最重要领域,宽带化牵引着移动电话和便携信息终端的发展。现有视听设备和IT技术的融合乃至3C的融合,政府、企业、社会的信息化都将推动电子元器件的前进。

     PC将变得更快、更小、更智能化,笔记本电脑可以放到掌心里,手持产品可以玩游戏,游戏机可以打电话,手机拍照看电视,电视、立体声和PC联网等等倾向都将促进各类电子产品本身的继续发展。手机近年的爆炸性发展及向3G推进,PC随着网络的普及向世界各个角落渗透,政府硬性推动数字化电视广播也势必拉动数字电视机的发展,数码相机已到了人见人爱的地步,电子设备使开车变得更加安全和有趣,消费电子的种种梦想正逐渐变成为现实。

     几此都表明,大多电子设备市场将继续扩大,只是各国各公司的情况相异,重点有所不同。例如,日本将平板电视、数码相机和DVD录像机作为当前的增长点,并且认为AV和通信融合,必然会要求高质量的内容。IT和网络的融合,Ubiquitous社会的到来,也为公司带来巨大机遇。

     另一方面值得注意的是:产品市场规模的大小和产品增长率的快慢恰成反比。依据IC-Insight、Dataquest等资料所作的2003年世界电子设备成长预测就是这样:亿台级产品的增长率—缓;千万台级产品的增长率—良,百万台级产品的增长率—大。 结语

     电子元器件的特点之一是大多产品专用于电子设备,它基本是专用产品而不是通用产品,因此,它与电子设备共同进退,兴衰与共。世界半导体业历史上最长的兴盛期(1984~2000年共16年)主要就是由于PC的兴起和繁荣。PC是IBM于80年代初推出的大众化商品,到1986年世界PC市场还不过1500万台,2000年则达到了近1.4亿台,年均增长率17%。尽管“后PC时代”甚嚣尘上,但PC特别是笔记本电脑还在继续增长,估计2003年、2004年都将以11.4%的两位数增长,不失主导市场地位。2003年美国计算机硬件市场继2000年增长12.9%,又窜升26%,达6650亿美元。以高速互联网和移动电话为轴心的IT产业拉动着韩国经济的发展,IT产业几占其GDP的15%。

     日本媒体展望未来总见到Ubiquitous一字,什么ubiquitous社会,ubiquitous网络等等,ubiquitous社会指的是“无论何时何地都可得到所要信息的社会。”IT市场和网络市场的融合,带来ubiquitous社会的大变革,也为公司企业带来巨大的机遇。日本强调IT的活用,认为是提高企业竞争力、改善行政效率的关键。日本将电视看作是IT社会的基础媒介,前途有望,平板电视、数码相机和DVD录像机则是日本消费电子厂商面前的活路。2004年数字家电、信息通信和汽车电子都有望增长。

     细想起来,电子设备的推广应用无非通过新创、取代、延伸和扩展4种途径。历史上通信机、收音机、电视机、雷达、计算机等的发明,一次次极大地驱动了电子元器件的发展。电子表和数码相机是最典型的电子技术取代传统产品的例子。数字电视延伸了模拟电视,无线手机延伸了有线固话,DVD录像机则是磁带录像机的延伸。电子技术对医疗、航空航天,乃至最近的对白色家电、汽车的渗透,都属电子技术应用的扩展,最近人们对汽车电子的扩展尤其抱有特别的期望。今天,新创的应用几乎见不到,所以电子设备的推广应用重点都放在了后3个方面,特别是延伸。至于电子设备应用对像,正从政府、公司、家庭,走向个人。个性化是新世纪电子设备发展的大方向之一。

     推广使用应应时顺势而动,不宜揠苗助长。最近国内外也听到一些不同的声音,值得引起注意。例如,手机正向时尚化发展,随着用户的年轻化,亚洲地区平均6-9个月就会换一款手机,其实铃声变好听了,画面色彩富丰了些,都是换手机的理由吗?电子设备再多的功能,一次只能用一个,通用总不如专用。手机拍照固然带着手机即可走到哪,拍到哪,但它图像的质量和效果远不如数码相机是不争的事实。3G是发展的必然趋势,但是否大多使用者已迫不及待地要从通话变到数据传输呢?故而有媒体说,我国的3G是“政治的3G”。国外都还是雷声大,雨点小,我们着的什么急呢?

     美、日、欧等经济发达国家固然已限时限刻要转向数字电视广播,停止模拟电视广播,作为发展中国家搞实验广播是无可非议的,是不是要紧跟那另当别论。也有媒体对我国的紧跟做法提出了质疑:谁来买单?我国首先要解决的是看得到的问题,有线电视的画面也看得过去了,何必高清?再者,电视的吸引力在内容,人家都把内容(cortent )作为未来电子信息工业的战略发展重点,我们何不在这方面多下点功夫呢?这样,游戏节目也不致常受韩流打压!

     半导体技术的发展有它自己的规律,最有名的莫过于moore定律,至今还在生效,它的发展一次次推动电子设备性能的提高,从而进一步开拓新的应用市场。与此同时,它也无疑要配合电子设备的发展。原先,人们好象把微米视为半导体工艺发展的极限,但今天人们冲破了因循观念,因此把半导体工艺走向纳米世界看作是一次革命,纳米技术也的确将为半导体业带来极大的变革。业界一直在宣传,电子设备的功能和价值正转向元器件,如今所谓系统芯片(SoC—System on a Chip),真的完成了把一个系统做在芯片上,做到了完全的转移。

     SoC是1997年ITRS(国际半导体技术发展路线图)提出的一项技术指标。SoC定义为将所有电子元器件包括运算器件、输入/输出,逻辑电路以及存储器等集中放在一个芯片上。它的优点是体积小、性能高、功耗小和成本低,是手持信息终端和消费电子的最佳解决方案,备受各国的注意。

     日本对SoC特别重视,日本是消费电子王国,故而把针对信息家电的SoC开发认为是重振日本电子信息产业的战略核心。韩国也通过集中官民资源,成立SoC“战略计划委员会”, 2004~08年5年间政府将投资近5亿美元,针对汽车电子开发新一代SoC。中国台湾各公司也积极参与,并成立了SoC开发联合体。

     据统计,2000~05年间世界SoC市场(表7,表8)将以每年13.8%的速度增长,届时将达460亿美元,占半导体市场的24%。 (转自 电子产品世界)