半导体界的隐世老人:德州仪器的得与失

德州仪器在互联网和移动互联网两次变革中都没有把握住机会,第一次因电脑处理器无法投入商用给了英特尔兴起机会,第二次手机芯片则没有顺应用户需求败给高通。

近年来,随着“中国芯”崛起,半导体就成为科技圈谈论的热门话题,其中不仅包括备受瞩目的国内半导体公司,世界上领先的半导体公司也成为了分析对较和吸取经验的对象。

市场研究公司IC Insights三月公布的《2019年麦克莱恩报告》中整理了2016-2019年世界半导体销售前十的公司。

通过图表,可以清楚地看到世界半导体是以英特尔、三星、台积电、高通为首并不断变化的格局,的确半导体行业就是一个没有硝烟的战场。

不过我们似乎更多地是去关注前几名之间的竞争,而忽略了榜首之后也是卧虎藏龙,其中就包括今天故事的主人公——徘徊于世界第八九名的半导体公司——TI德州仪器。

如今的德州仪器已经逐渐被大多数人遗忘,可要知道在德州仪器红火的时候世界上还没有英特尔和高通的名字。

在过去的89年中,德州仪器经历了太多不为人知的事情,这个名字不应被历史所遗忘,接下来五矩研究社带你揭开这个被时光尘封的名字。

文 /五矩研究社 柯基

从石油勘探员到半导体老大

与现在遍地硅谷出身的半导体公司不同,德州仪器的总部位于美国德克萨斯州达拉斯,原因在于第一次世界大战推动了全球对石油的需求,依托德克萨斯州得天独厚的石油资源,1930年,J·克莱伦斯·卡彻和尤金·麦克德莫特一起创建了一个叫做“地球物理业务公司”(GSI)的公司,这就是德州仪器的前身。

一开始GSI主要业务是为石油工业提供地质探测,但由于石油开采量提升,石油行业出现供大于求的萧条期,到第二次世界大战期间,GSI开始扩大业务为美国陆军和海军生产国防电子产品。

借助国防合同,GSI实验室和制造部门(L&M)部门迅速超越了地理部门,电子业务也顺理成为公司的支柱产业。1951年公司重组并重命名为“通用仪器公司“,同一年再次更名为”德州仪器“(Texas Instruments, 简称TI)沿用至今,而GSI成为新公司的子公司。

就这样GSI旗下的电子部门不仅独立门户,还将原来的母公司变为自己的一个部门,完成了华丽逆转。

这时对德州仪器来说,人生才刚刚开始。

1952年,德州仪器从西部电子公司那里以25,000美元的价格购买了生产晶体管的专利证书,开始制造和销售晶体管。

随后原来在贝尔实验室工作的戈登·K·蒂尔看到广告后回到了故乡德克萨斯,在德州仪器担任研究主任。1954年2月,戈登·蒂尔研制出了第一个商用的硅晶体管,同时德州仪器成为了当时唯一一个批量生产硅管的公司,不过这时的硅管还要比锗管贵得多。

另一边1955年,“晶体管之父”肖克利离开贝尔实验室并召集了八位年轻人一起创业,目标则是替代锗,将硅推向市场。但后来八位年轻人因受不了肖克利独裁统治集体跳槽并创办了仙童半导体,致使肖克利创业无果告终,怒称这八个人为“八叛徒”。

在“八叛徒”领导下,仙童半导体发明了“平面处理工艺流程”把硅晶体管的制造变得像印书一样简单、高效、便宜,使硅晶体管得以大量上市,从此世界开始告别锗走向硅晶体管时代。但仙童半导体事业成功的同时也威胁到了德州仪器的晶体管生意。

后来的一个夏天,德州仪器里一个新来员工的想法让德州仪器在和仙童半导体的竞争中重新取得先机。

1958年夏,就在德州仪器的其他员工正在享受公司为期两周的传统假期时,新入职的杰克·基尔比因没有攒够假期不得不在公司里加班,而就在这两周的时光里,基尔比突发奇想:“由很多器件组成的极小的微型电路是可以在一块晶片上制作出来的。“

1958年9月12日,基尔比把这个想法变成了现实,研制出世界上第一块集成电路,并凭借这项发明,2000年基尔比获得了诺贝尔物理学奖。

杰克·基尔比(图片来自维基百科)

德州仪器研发出集成电路以后,仙童半导体也提出相应专利争夺集成电路的发明权,但因为仙童半导体使用的是硅晶片,而德州仪器用的是锗晶片,后来两项专利发明人共同成为了集成电路的发明人。

虽然德州仪器的半导体业务一开始遭到了仙童半导体的挑战,但与之后”八叛徒“再次出走导致仙童半导体落寞不同,德州仪器则开始了发明创造的新时代。

1954年制造第一台晶体管收音机;1967年发明了手持式电子计算器;同年发明了单片机,并于1971年在单片微处理器上获得了专利;1978年德州仪器还推出了第一款单芯片语音合成器,应用于一系列手持式教育玩具。

之后德州仪器的业务越来越大,产品也深入生活。在七八十年代出生的美国人心中,提起德州仪器,第一时间一定会想到学生时代的图形计算器。

随着电脑和移动互联网的兴起,德州仪器也曾将业务扩展到电脑微处理器和手机芯片,但现在留下来的却只有英特尔和高通,而德州仪器的名字好想从来没有出现过一样,是高通和英特尔太强?还是德州仪器做错了什么?

顺市场者生,逆市场者亡

众所周知,英特尔的4位4004芯片是世界上第一个微处理器,8008是世界第一个8位处理器,但其实在英特尔8008之前,德州仪器就推出过一款8位处理器。

把英特尔和德州仪器联系起来的是一个名为计算机终端公司(CTC)的公司,这个由NASA前工程师Gus Roche和Phil Ray在1968年创立后,推出的第一款产品就是搭载着德州仪器芯片和英特尔移位寄存器的电传打印机Datapoint 3300。

到设计第二款产品Datapoint 2200时,CTC决定做一台电脑,最终德州仪器和英特尔都得到了为CTC打造单MOS芯片的订单。

因时间久远,目前对于这次交易流传着各种版本的故事,但唯一能确定的是,在这场基于同一订单的竞赛中,老牌半导体公司德州仪器仅用一年的时间就研发出了TMX 1795,抢先于当时还是初创公司的英特尔之前交货。

但CTC在验完货后并没有决定采用TMX 1795芯片,原因是由于TMX 1795本身存在大量未使用和浪费的空间,导致性能无法达到要求。

从上图可以看出TMX 1795要比英特尔4004和8008加起来都要大

到1970年,英特尔缓缓拿出产品向CTC交作业的时候,早已过了截止日期,最后彻底失去耐心的CTC不仅没有启用英特尔的芯片还放弃了对该芯片的专有权。

后来英特尔将这款芯片命名为8008,并于两年后将其商业化。

就这样德州仪器虽然比英特尔更早地推出8位处理器,但由于TMX 1795自身的局限性无法商用,反倒是被英特尔8008抢占了第一的称号。

之后英特尔根据8008又推出了8080、8086,不但顺利投入商用而且英特尔从8088开始还获得了IBM订单,再后来携手微软组成Wintel联盟,顺风顺水地霸占了PC处理器市场。

反观德州仪器的命运就没有英特尔那么幸运,不但再次抢先推出的16位处理器TMS9900因缺乏可兼容的外围芯片和软件而无法推行,后来还彻底放弃了家用电脑市场。

德州仪器不仅涉足过电脑处理器,其实还曾是移动芯片的王者。

在ios和Android系统还没火起来的那个年代,德州仪器就已经手握着大部分手机的处理器。当时红透半片天的诺基亚就是德州仪器处理器的忠实用户,到后来的塞班和meego系统也都是采用德州仪器的处理器。

到Android时代开始,高通开始涉及智能手机处理器,并于2007年推出了第一代骁龙处理器,进入用户视野。

虽然高通逐渐显露头角,但德州仪器仍是性能和效率的代名词,用实力甩掉高通,还拥有着众多追随者,其中华为首批双核智能手机P1采用就的是德州仪器的OMAP系列处理器。

原本德州仪器可以在智能手机时代继续辉煌的,可谁知遇到的是最会玩专利的高通。

问题就出在德州仪器的处理器仅仅是一个处理器,只有GPU和一些DSP单元,所以手机厂商如果选用德州仪器的芯片,基带还需要另外购买集成。

而高通则是将芯片和基带进行打包出售,直接集成在一起,虽然手机厂商需要支付给高通专利费,但总比分次购买组装来得简单高效。

对此,知乎用户“叛逆者”用以下一段对话生动地描述了当时的情景。

高通利用提供保姆级芯片的策略不断笼络市场,2012年9月26日,德州仪器宣布将结束其在智能手机和平板电脑为导向的OMAP芯片业务,转向专注于嵌入式平台。

就这样,德州仪器在互联网和移动互联网两次变革中都没有把握住机会,第一次因电脑处理器无法投入商用给了英特尔兴起机会,第二次手机芯片则没有顺应用户需求败给高通。

不是英特尔和高通多么厉害,而是德州仪器没有做出顺应市场规律的产品,所以德州仪器实际上是败给了市场。

对然经历了两次折戟,回看世界半导体局势,德州仪器仍稳居前十宝座,这一切都源于德州仪器懂得退一步的哲学。

退一步海阔天空,TI无处不在

在眼看着年轻一辈崛起以后,德州仪器选择退居幕后,做起了隐藏在背后的大boss。

现在德州仪器专注于开发模拟芯片和嵌入式处理器,这两块业务占据着总收入的80%以上。

根据IC Insights2019年5月9日发布的2018年全球模拟IC供应商的排名显示,德州仪器以108亿美元销售额和18%的市场份额占据着模拟集成电路供应商龙头老大的位置。

模拟产品是连接物理世界与数字世界之间沟通的桥梁,在电源管理、讯号转换与汽车电子领域有着广泛应用,目前正处于5G通讯变革下,基站数目的增加与智能手机射频前端链路的结构性变化,还有电动汽车大趋势下,德州仪器的未来场景应用广阔。

此外,德州仪器还有一项堪称为业界黑科技的技术——DLP技术。

DLP技术即数字光处理,这是一种把影像信号经过数字处理,再把光投影出来的技术。目前市面上90%以上的投影仪采用的都是德州仪器的DLP技术,并且DLP影院技术也占据着超过80%的院线荧幕。

但德州仪器这项造福人类的黑科技背后却有着无比艰辛的研发经历。

这一切都源于1977年的一个建议,德州仪器公司科学家Larry Hornbeck博士率领团队,开始了可对光源进行控制的反射原理的研究。此后德州仪器用了近十年的时间才终于在1996年成功实现了DLP技术的商业应用,开始向客户提供基于DLP数字显示技术的光学系统。

经过多年更新,不仅在生活中,德州仪器还将DLP技术应用到工业领域中去。

利用DLP技术可以通过数字曝光的方式来完成LED面板的蚀刻和修复;利用DLP技术响应速度快的特性还可以将其应用到PCB电路板的印制中,实现快速的流水线的生产;DLP技术的精准性还使其越来越多地应用于3D打印技术,通过DLP技术快速扫描物体,直接3D建模。

除了技术创新之外,德州仪器还关注国内教育:举办全国大学生电子设计竞赛、在大学建立实验室、参与教学改革、捐建希望小学......

看不见并不代表不存在,德州仪器就如空气一般,虽然看不见摸不着但一直存在于我们周围,并且通过创新不断为生活提供着便利,所以德州仪器称得上是一位伟大的隐秘者。