超级工程一览:DRAM芯片战争 ——1970-2017输赢千亿美元的生死搏杀【1】
超级工程一览:DRAM芯片战争
——1970-2017输赢千亿美元的生死搏杀【1】
这张照片展示了一堆古董内存。从上到下是:采用三星颗粒的两根32M 72针DRAM内存,韩国生产。中间是新加坡NCP的256M PC133 SDRAM内存。最下面是采用英飞凌颗粒的64M PC133 SDRAM内存,葡萄牙生产。其中NCP是新加坡赫克松(Hexon)集团的内存品牌。赫克松成立于1989年,是德国英飞凌和日本尔必达的亚太区总代理,因此采购两家的DRAM颗粒,到新加坡组装成内存条,然后销售到中国大陆,靠价格低廉取胜。不过时至今日,德国英飞凌(奇梦达)和日本尔必达,都已经破产倒闭。只剩下了韩国三星独霸江湖。
DRAM是动态随机存储器的意思,也就是电脑内存。对于今天的消费者来说,电脑内存只是些绿色的小条条,售价不过几百元。然而这些小玩意,却走过了长达120年的复杂演进历史。从百年前的穿孔纸卡、磁鼓、磁芯到半导体晶体管DRAM内存。人们已经很难想象,一个电冰箱大小的计算机存储器,只能存储几K数据,售价却高达几万美元。在中国市场,1994年的时候,一根4M内存售价1400元,相当于两个月工资。1999年台湾921大地震,在北京中关村,一根64M SDRAM内存条,价格可以在几天内,从500元暴涨到1600元。
自1970年,美国英特尔的半导体晶体管DRAM内存上市以来,已经过去47年。DRAM内存芯片市场,累计创造了超过1万亿美元产值($1000,000,000,000美元)。企业间掺杂着你死我活的生死搏杀。美国、日本、德国、韩国、中国台湾的选手,怀揣巨额筹码,高高兴兴地走进来,却在输光光之后黯然离场。无数名震世界的产业巨头轰然倒地。就连开创DRAM产业的三大元老——英特尔、德州仪器和IBM,也分别在1986年、1998年和1999年,凄惨地退出了DRAM市场。目前,只有韩国三星和海力士,占据绝对垄断地位,在DRAM市场呼风唤雨,赚得盆满钵满。
从美国到韩国,这个巨大的转变,背后隐藏着半个世纪以来,那些不为人知的经济战争,足以载入经济学教科书。把欧美和中国,那些冒牌经济学家,极力鼓吹的“自由市场经济”论调,彻底扫进垃圾堆。
——这是一场真正的经济战争,国与国之间的生死较量,惨烈程度远超液晶战争。
1949年,美国哈佛大学实验室的王安博士,发明磁芯存储器。这种古老的存储器一直使用到1970年代。直至被英特尔批量生产的DRAM内存淘汰。
内存百年——一不怕死的都冲进来
在叙述这场经济战争前,我们先从总体上,了解一下DRAM内存产业的脉络和现状。
电脑存储器的发明者,几乎都来自计算机巨头——美国IBM公司。IBM的历史最早可追溯到1890年代。美国统计学家霍列瑞斯(Hollerith Machin)研制了穿孔制表机,采用在卡纸上打孔的方式,记录统计数据。1890年,美国进行第12次人口普查时,便大量采用这种机器。直到1930年代,IBM每年仍要销售上千万张穿孔纸卡。
1932年,IBM公司的奥地利裔工程师古斯塔夫·陶斯切克(Gustav Tauschek),发明了第一种被广泛使用的计算机存储器,称为“磁鼓存储器”。直到1950年代,磁鼓依然是大型计算机的主要存储方式。1956年,IBM公司购买了中国人王安博士(上海人),拥有的“磁芯存储器”专利。磁芯存储一直使用至1970年代。1966年,IBM公司的研究人员,罗伯特·登纳德博士,发明了半导体晶体管DRAM内存,并在1968年获得专利。
然后,1970年美国英特尔,依靠批量生产DRAM大获成功,逼死了磁芯存储器。1976年日本厂商进攻DRAM市场后,差点将英特尔逼死。1985年美国发动经济战争,扶植韩国厂商进攻DRAM产业,又将日本厂商逼死。1997年美国发动亚洲金融风暴,差点将韩国厂商逼死。美国控制韩国经济后,韩国厂商又借着DRAM市场的暴利翻身崛起。此时不怕死的台湾人冲进DRAM市场,投入500亿美元却亏得血本无归。2007年全球经济危机,逼死了德国厂商,并将台湾DRAM厂商打翻在地,狠踩两脚。2017年,不怕死的中国大陆厂商冲了进来,准备投资660亿美元,进攻DRAM市场。
有人说,中国人疯了。
我说没疯,因为中国——做为世界第一大电子产品制造国,居然90%以上的内存靠进口,剩下那部分,居然连国产的产量,都控制在韩国企业手里。
2015年,韩国三星电子投资136亿美元(15.6万亿韩元),在韩国京畿道平泽市,建设12寸晶圆DRAM厂(Fab18)。该项目占地2.89平方公里,总产能预计将达到每月45万片晶圆,其中3D NAND闪存芯片将占据一半以上。主要生产第四代64层堆叠3D NAND闪存芯片。2017年7月4日三星宣布该厂投产。
行业高度垄断——韩国三星独占鳌头
我们来看看市场情况,就知道中国为什么非要进攻DRAM市场了。半导体存储器主要应用于台式电脑、笔记本电脑、手机、平板电脑、固态硬盘、闪存等领域,包括DRAM、NAND Flash和NOR Flash三大类。2015年全球半导体存储器销售总额达772亿美元。在全球3352亿美元的集成电路产业中,占据23%的份额,是极为重要的产业核心部件。
其中DRAM内存主要用于台式电脑、笔记本电脑,全球市场规模约420亿美元,目前被韩国三星、海力士和美国镁光三家垄断,占据90%以上的份额。从1992年以来,韩国三星在DRAM市场已经连续25年蝉联世界第一,占据绝对垄断地位,市占率超过60%。似乎无人可以撼动它的地位。
NAND Flash闪存主要用于手机存储、平板电脑、SSD固态硬盘、大容量闪存,全球市场规模约300亿美元,垄断形势更加严重。韩国三星、海力士、美国镁光、英特尔、闪迪、日本东芝六家厂商,垄断了全球99%的产量。其中仅三星、海力士、东芝三家,就占了80%以上的份额。NOR Flash闪存属于小众产品,主要用于16M以下的小容量闪存,全球市场规模只有30亿美元,由美国镁光、韩国三星、台湾旺宏、华邦、中国大陆的易兆创新等7家企业瓜分。
行业高度垄断造成的结果,是前三大厂商可以轻易操纵产量和价格,用低价来挤垮竞争对手,或用涨价来谋取暴利。2016年由于全球内存芯片缺货,三星电子营业收入达到809亿美元,利润高达270亿美元。韩国海力士收入142亿美元,美国镁光收入128亿美元。
而中国厂商深受其害。中国是世界最大的电子产品制造国。2016年,光是中国就是生产了3.314亿台电脑,21亿台手机(其中智能手机占15亿台),1.78亿台平板电脑。与之相对应,2016年,中国进口DRAM产品超过130亿美元。中国需要的存储器芯片9成以上需要进口。国内DRAM产能也掌握在韩国海力士等外资厂商手中。
2015年起,美国镁光(Micron),在新加坡Woodlands投资40亿美元,扩建Fab 10X晶圆厂,主要生产第二代32层堆叠3D NAND闪存。2017年建成后,月产能14万片晶圆,采用16纳米工艺。
有钱都买不到——那就自己造吧
在外资厂商故意操纵下,华为、中兴、小米、联想等中国手机、PC厂商,经常遇到DRAM缺货情况。而在中国国内,仅有中芯国际具备少量DRAM产能,根本无法实现进口替代。更严重的事例还有:2016年3月,美国政府下令制裁中国中兴通讯,禁止美国厂商给中兴提供元器件。这种情况简直让人不寒而栗。2017年4月,华为手机爆出闪存门事件。事情的根源,实际就是华为手机用的NAND Flash内存严重缺货。
怎么办呢?有钱可以买吧?2015年7月,中国紫光集团向全球第三大DRAM厂商,美国镁光科技,提出230亿美元的收购要约。结果被镁光拒绝了,理由是担心美国政府,会以信息安全方面的考虑,阻挠这项交易。
那就自己造吧。于是从2016年起,中国掀起了一场DRAM产业投资风暴。紫光集团宣布投资240亿美元,在武汉建设国家存储器基地(武汉新芯二期12英寸晶圆DRAM厂),占地超过1平方公里,2018年一期建成月产能20万片,预计到2020年建成月产能30万片,年产值超过100亿美元。计划2030年建成月产能100万片。福建晋华集团与台湾联华电子合作,一期投资370亿元,在晋江建设12英寸晶圆DRAM厂,2018年建成月产能6万片,年产值12亿美元。规划到2025年四期建成月产能24万片。合肥长鑫投资494亿(72亿美元),2018年建成月产能12.5万片。
2017年1月,紫光集团宣布投资300亿美元(约2000亿人民币),在江苏南京投资建设半导体存储基地,一期投资100亿美元,建成月产能10万片,主要生产3D NAND FLASH(闪存)、DRAM存储芯片。
上述四个项目总投资超过660亿美元(4450亿元人民币)。确实有点疯狂。
但是只要认真研究过去半个世纪,世界DRAM产业的发展历史,就会让人看清一件事情
——拿钱砸死对手,少砸一点就会死!不相信的都死了!
2016年6月,美国IBM实验室的研究人员Janusz Nowak,向记者展示新型的磁性储藏器(STT-MRAM)12寸晶圆。磁性内存既有DRAM和SRAM的高性能,又有闪存的低功耗和低成本,被认为具有竞争下一代内存的潜力,但是还存在很多问题。
2017年6月,韩国三星电子宣布,开始在平泽工厂(Fab18),批量生产64层堆叠的256Gb第四代TLC V-NAND内存产品。三星目前V-NAND占整体NAND Flash产能的70%以上,拥有500多项专利。
1931年,美国IBM公司生产的KeyPunch 031型打孔卡数据记录装置。打孔卡(霍列瑞斯式卡)利用卡纸上打孔来记录信息。1928年,IBM推出新版打孔卡,这种卡采用长方孔,共有80列。1932年IBM发明了磁鼓存储。但是直到1950年代,打孔卡机销量巨大,依然占据IBM公司净利润的30%。1952年IBM推出磁带式数据存储器,后来发展出磁盘式机械硬盘。1956年IBM购买王安的磁芯存储器专利,1966年开发出晶体管DRAM内存技术。照片拍摄自IBM博物馆。
1959年2月,美国德州仪器(TI)工程师杰克·基尔比(Jack Kilby),制成世界第一块集成电路。在资本力量推动下,集成电路产业迅速改变了人们的生活方式,并形成了以万亿美元计算的庞大产业链体系。
1966年,美国IBM公司托马斯·沃森研究中心的罗伯特·登纳德(Robert H. Dennard)博士,发明DRAM原理。老头在IBM公司工作了半个世纪,现在八十多岁了。2009年获得IEEE荣誉勋章。这是电子电气领域的最高荣誉。
1972年前后,英特尔公司为美国Prime电脑公司,生产的微型电脑主板上,焊接了128颗1K存储容量的C1103 DRAM内存,组成128K容量的内存,以便运行类似DOS的操作系统。1GB=1048576KB,如今一根最普通的4G内存,容量等于这块老古董的3.2万倍。最大的单根内存容量达到128G,是这家伙的100万倍。
东京国立博物馆藏品,照片左边是1976年日本NEC研制的TK-80系统,采用仿制英特尔8080的兼容处理器(型号μPD8080A),当年售价88500日元,卖了1.7万台。中间是英特尔为日本厂商开发的MCS-4系统,采用4004处理器,右侧是日本Busicom电子计算器。多数人不知道,美国英特尔最早开发CPU,是为了日本人。
1979年,美国苹果公司生产的Apple II Plus电脑主板,采用莫斯泰克MK4116内存芯片。CPU是莫斯泰克6502,最大支持64K内存。整机售价1200美元。1978年,苹果公司的Apple II卖了2万台,使苹果迅速成为年销售额,突破3000万美元的产业新贵。
1965年,仙童公司的戈登·摩尔博士,在《电子学》杂志发表文章预言:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数量,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。这个预言后来被称为“摩尔定律”。半个世纪以来,世界集成电路的发展,基本符合摩尔定律的规则。只是到了近几年,随着美国在5-10纳米生产工艺上出现停滞,给中国带来了技术追赶的机会。
1968年,仙童工程师福德利克·费金(Federico Faggin),设计出采用硅栅自对准工艺的Fairchild 3708(图左,右侧为采用金属栅极的Fairchild 3705),是世界首款采用SGT(垂直环绕闸极晶体管)结构的商用MOS集成电路。SGT技术后来用于CCD、EPROM和Flash闪存等产品。1970年后,费金加入英特尔公司,参与设计4004、8008、8080 CPU处理器。1974年,费金离开英特尔,与人合伙创立了齐格洛(Zilog)公司,并推出了极为畅销的Zilog Z80处理器。直至2017年,Z80处理器仍在生产,用于工业控制领域。
1972年,美国英特尔研制的Intellec 8微型电脑,采用8008处理器。这款电脑的操作系统,由加里·基尔代尔(Gary Kildall)博士负责开发。加里·基尔代尔,是电脑人机操作系统的真正发明人,1973年加里·基尔代尔开发了CP/M操作系统(类似DOS操作界面),成为70年代电脑行业标准,2000多家电脑公司使用这一操作系统。其后比尔·盖茨的微软公司,抄袭基尔代尔的模式,推出了微软MS-DOS操作系统。1980年,IBM公司开始采用微软的产品,帮助微软一跃成为美国软件巨头。
1945年8月15日,日本东京皇宫外,东京电台正在广播:昭和天皇裕仁,宣读日本无条件投降诏书。很多日本老百姓跪在地上痛哭不止。这一天有600名日本军官自杀,逃避战败投降命运。东京城区已经在美国军队,长达半年的轰炸中化为废墟。共同社照片
1958年,日本北辰电气(Hokushin Electric)为NEC NEAC-2201晶体管计算机,研制的MD-2A磁鼓存储器,容量64K,每分钟转速可达到10000转。北辰电气后来被横河电机并购,消失在历史长河中。
1960年,日本通产省工业技术院电气试验所,研制成功日本第一块晶体管集成电路。这是参与研制的骨干成员,左起,传田精一(研究员,東北大学工学博士)、垂井康夫(半导体部晶体管研究室主任)、井上ルミ子、鳴神長昭。
1970年代,日本松下电器京都府长冈工场,整齐排列的100台自动焊线机,只需要10个人操作。该厂从1968年开始半导体生产。1970年代美国向马来西亚、韩国、台湾转移电子制造业,以降低人力成本。日本则采用大规模自动化生产的方式来降低成本。日本报纸震惊地写道:半导体工厂的人都消失了。
1991年6月,日本驻美大使村田良平,与布什政府的美国贸易代表卡拉·安德森·希尔斯,在华盛顿签署新的五年期《日美半导体协议》。美国希望在1992年底前,能够在日本半导体市场占据20%的份额。这个协议让美国企业喘口气,韩国半导体产业则异军突起。到1995年底,外国半导体在日本市场占有率超过了30%。希尔斯这个女人非常厉害,中国的很多对美贸易谈判,都是以她为对手。
2004年,尔必达在广岛建成12英寸DRAM晶圆厂。建设一座8英寸晶圆厂需要投资10-15亿美元,建设一座12英寸晶圆厂,暴增至20-30亿美元。超高规模的投资,使得DRAM产业如同在刀锋上舞蹈,稍有不慎即全军覆灭。尔必达也在沉重的债务下,最终轰然倒地。
1999年8月,韩国三星在中国市场推出SGH--600C型GSM手机,经典的一款翻盖手机,天线可以抽出。当年全套售价4500元,相当于普通工人6个月工资。当年中国下岗工人的生活费,一个月不过130元。
1998年5月15日,《人民日报》头版头条报道,国有企业下岗职工基本生活保障和再就业工作会议开幕。1998年至2000年,中国全国国有企业,共下岗职工2137万人,超过澳大利亚全国人口。刘欢还唱了一首《从头再来》,实在令人可悲可叹。几十万家国企破产,造就了多少百亿级的亿万富豪,感兴趣的可以去数数。
超级工程一览:DRAM芯片战争
1974年,台湾省台北市航拍照片,可能是重庆北路与民族东路,由美国战略司令部(STRATCOM)陆军航空队(USACC)George Lane拍摄。1972年中美发表《上海公报》,明确美军要撤离台湾。1974年越南战争末期,驻台湾美军还有三千余人。美国尼克松政府为避免中美军事对抗,从台湾台南基地,撤出部署的核武器,至1979年美军完全撤离台湾。
1976年,美国佛罗里达州,台湾工研院送到美国RCA接受3英寸晶圆厂培训人员。左起王国肇(创惟科技董事长)、林绪德、杨丁元(华邦电子创办人)、蔡明介(联发科创办人)、万学耘、章青驹(世界先进董事长)、谢锦铭、谢开良、刘长诚。
1985年,台湾清华大学相思湖畔,左起清大校长毛高文、工研院董事长徐贤修、工研院院长方贤齐、刚刚返回台湾的张忠谋、潘文渊是工研院向美国RCA引进晶圆技术的主要策划者、接着是清大工学院院长李家同、工研院副院长胡定华。
1988年3月22日,台湾日盛证券营业厅内的股市投资人。1986年到1990年,台湾经历了一次前所未有的股市牛市。台股从1986年的1000点,飙升到1990年2月的12000点,创造了疯狂的股市致富神话。然而在随后的8个月里,股指又从12000点狂泻至2000多点,泡沫破灭,股市大崩盘,原来人人参与的金钱游戏变成了无人幸免的噩梦。而台湾电子产业,依靠股市筹集资金,便形成了只顾扩充产能赚快钱,却不肯下功夫进行核心技术研发的恶性循环。缺乏核心技术,成为台湾DRAM产业垮掉的根源。
1970年4月24日,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”从酒泉卫星发射中心成功发射。照片为酒泉卫星发射中心,地下13米深处的发射场控制室,墙上还写着当年留下的主席标语——一定要在不远的将来赶上和超过世界先进水平。
1975年,北京大学物理系半导体研究小组,由王阳元等人,设计出我国第一批三种类型的(硅栅NMOS、硅栅PMOS、铝栅NMOS)1K DRAM动态随机存储器,它比美国英特尔公司研制的C1103要晚五年,但是比韩国、台湾要早四五年。那时韩国、台湾根本就没有电子工业科研基础。照片为北京大学校史陈列馆展示的器件。
1990年,中国进口一台美国IBM 286电脑(IBMPS1),价格是3.5万元人民币。当时中国普通工人的月工资只有300元左右。由于电子产品的暴利,引发广东、浙江等沿海省份,大规模走私进口电子器件,彻底冲垮中国电子工业。
1971年,上海复旦大学自主研制的719计算机,由王世业、顾芝祥、陈志刚等人参与研制。1975年复旦大学研制FD-753计算机。经过反复研究讨论,结合那时美国IBM360/370、欧洲TSS、日本FACOM等计算机系统和我国DJS-260、北大150等计算机系统,最终确定753计算机系统的主要研制目标是:具有处理速度浮点运算200万次以上的主机系统;实现分时计算机系统;多进程分层管理的微内核操作系统。
1979年上海元件五厂和上海无线电十四厂,联合仿制(逆向工程)成功8080八位微处理器(编号5G8080)。8080为美国英特尔公司在1974年推出的第二款CPU处理器,集成6000只晶体管,每秒运算29万次。自1975年第一台个人电脑诞生以后,8080芯片帮助英特尔在几年后占据了电脑芯片的霸主地位。德国西门子仿制出8080芯片是在1980年10月(Siemens SAB 8080A-C),比中国还晚一年。日本也仿制过8080芯片。
海边居
2018-04-19 06:34:392