對于美國在半導體研發(fā)領(lǐng)域的衰落我們需要重點研究，悲觀者認為正如貝爾實驗室被后來者所超越一樣，TI也在面臨同樣的問題，需要面對諸如TSMC等新興制造商的挑戰(zhàn)，樂觀派則認為Intel依然扮演下一代半導體技術(shù)世界領(lǐng)導者的角色，IBM依然在半導體專利方面占據(jù)統(tǒng)治地位，而IM Flash(Micron與Intel的合資公司)這樣的公司也正在大踏步前進，而惠普實驗室的憶阻器技術(shù)將使得傳統(tǒng)的半導體存儲器過時，同時美國的大學和國家實驗室正在研發(fā)那些改變游戲規(guī)則的芯片技術(shù)，這些大學和工業(yè)界，實驗室的研發(fā)聯(lián)盟將會填補空白。

      很多電子工程師們都認為美國在半導體領(lǐng)域的衰落最具有代表性的時間就是貝爾實驗室宣稱不再繼續(xù)進行半導體材料和器件方面的研發(fā)。貝爾實驗室曾經(jīng)是半導體領(lǐng)域先鋒，不光是晶體管，它在半導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施商用的方案

      坐落于新澤西州莫里山的貝爾實驗室，曾經(jīng)是半導體領(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，目前實驗室擁有1000名研發(fā)人員以及每年20億美元的預算，用于研發(fā)例如無線，網(wǎng)絡，光通信和計算算法等更為務實的技術(shù)。另外還有一個組繼續(xù)進行更為長期的研究，例如高速電子和納米技術(shù)，但是那些讓貝爾實驗室取得6次諾貝爾獎的具有突破意義的研究已經(jīng)中止。

      貝爾實驗室放棄那些長期的半導體領(lǐng)域的研究，可以看作是將美國在半導體領(lǐng)域的研發(fā)進入了死胡同，美國半導體制造上普遍認為發(fā)生在貝爾實驗室的事情表明了半導體市場行情的變化，就是芯片制造商需要在當今這個全球低利潤，高容量的市場下尋求生存之道。

      Freescale半導體的副總裁Gregg Bartlett認為：“現(xiàn)在認為美國讓出了全球半導體老大位置還為時過早，人們需要注意到，貝爾實驗室發(fā)生的事情并不具有普遍意義，并不說明在其他地方?jīng)]有新的創(chuàng)新，美國依然是全球半導體的中心，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，仍然很難說服那些持相反意見者，他們會拿出存儲領(lǐng)域的例子，幾乎所有的美國芯片制造商都曾經(jīng)進入這個領(lǐng)域，但是如今只剩下DRAM制造商Micron，今年的營收只有16億美元，對于美國的芯片工廠來說，也面臨同樣的命運，因為越來越多的芯片制造轉(zhuǎn)移到了TSMC，UMC，特許半導體等廠商，并正在向中國大陸的廠商轉(zhuǎn)移，這些都是悲觀論調(diào)者用來反駁的理由，當然，只能說美國半導體研發(fā)正在衰落，還沒有到出局的時候。

      IBM，Intel專注于研發(fā)

      IBM的半導體研發(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)模式來應付這樣的變化，但美國依然擁有大量的半導體技術(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半導體技術(shù)研發(fā)的核心力量?！?

      IBM的研發(fā)預算高達62億美元，多達3200名工程師組成核心研發(fā)團隊，他們背后是多達200,000名工程技術(shù)人員，Intel的研發(fā)預算也超過60億美元，他們的公司級技術(shù)團隊，Intel研究院，擁有超過1000名工程師和科學家，同時也擁有數(shù)以千計的技術(shù)支持人員。

      盡管美國在半導體領(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仍然認為美國在半導體領(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，這足以證明美國的半導體行業(yè)仍然走在業(yè)界前列。



Intel與加州大學圣芭芭拉分校合作研發(fā)的硅激光芯片

      Intel的CTO Justin Rattner介紹：“你可以通過我們技術(shù)上的穩(wěn)定的研發(fā)節(jié)奏判斷我們的實力，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)為高端服務器處理器規(guī)劃了45納米的時間表，同時其他的工廠也在做遷移計劃，為了保證深亞微米級研發(fā)的高額投入，IBM成立了聯(lián)合研發(fā)組，包括AMD，特許半導體，飛思卡爾，英飛凌，三星以及意法半導體。

      目前的問題不是技術(shù)路標，而是芯片制造的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實，當更多的半導體晶元加工轉(zhuǎn)移到海外，對應的研發(fā)責任相應轉(zhuǎn)移，如今，開工一家新的工廠需要投入30億美金，面對這樣的投資事實，像TI這樣的半導體制造商越來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，更多的工藝技術(shù)開始向臺灣轉(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，技術(shù)研發(fā)和布局必然向產(chǎn)量大的地方傾斜。”

      成本因素

      感覺上來說，美國半導體研發(fā)實際上是其取得的成功的犧牲品。今天，財務健康與否取決于縮小節(jié)點來在每個晶圓(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備，因為已有的工藝可以將產(chǎn)品做的更小，另外因為離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)承認他不再是一家垂直集成公司?！拔覀円淮斡忠淮螌⑽覀兊耐顿Y轉(zhuǎn)移到更加貼近消費者，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客戶在明天會面臨的問題，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)預算投入到設計更為優(yōu)秀的模擬、混合信號和特殊應用信號處理芯片上來，還不清楚這個策略長期來說會有什么效果。但有一點是肯定的：開發(fā)新的材料和器件架構(gòu) - 需要在未來進行工藝節(jié)點的創(chuàng)新 - 這已經(jīng)不是TI的問題了，而是晶圓代工廠的問題。

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

      “我們目前進入了這樣一個時代，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存儲業(yè)務副主席Brian Shirley表示，“目前，我們正在尋找能在3到5年內(nèi)解決這個挑戰(zhàn)的方法，那些研發(fā)看起來將會花費大量成本，且產(chǎn)業(yè)的壓力也比以往更大?！?

      向物理極限挑戰(zhàn)的研究和開發(fā)的鴻溝會花費美國半導體制造商更多的成本，而現(xiàn)在鴻溝正在擴大化，產(chǎn)業(yè)的研發(fā)預算則被降低的銷售額和過度供應所積壓。美國大學和國家實驗室長期來看應當肩負起更重的職責。

      大學研究的重要性

      事實上，IBM也看到了這種趨勢。這幾年來公司的一些研究科學家已經(jīng)進入了美國各個大學，IBM、Intel等公司借此與大學建立了很強的合作關(guān)系。最好的一個例子是IBM日前宣布了全球最小的SRAM芯片 - 一個22nm工藝的器件 - 在奧爾巴尼納米技術(shù)研究中心得以制造，這項科技成果是IBM與紐約州立大學阿爾巴尼分校合作的結(jié)果。

      IBM在紐約運作了一系列資金充裕的與高校的合作項目。它與倫斯勒理工學院合作研究先進的3D和其他封裝技術(shù)。IBM還與奧爾巴尼的兩所大學有合作，一個項目是15nm印刷工藝在300mm晶圓廠的實現(xiàn)，另一個是關(guān)于其“深藍”超級計算機的，瞄準實現(xiàn)網(wǎng)格運算的算法。

      Intel的Rattner說：“我們是高校研究的大贊助商，有大量和長期的工作要做 - 自旋電子學、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?！?

      也許歷史上最為成功的讓美國一直處于半導體技術(shù)領(lǐng)先行列的商業(yè)與學院合作的典范要屬Semiconductor Research Corp.(SRC)公司了，它在相關(guān)的大學和產(chǎn)業(yè)實驗室贊助了超過100個研究項目。

      不過相比來自美國空軍科研辦公室、美國國防部高級研究計劃署(Darpa)、美國國家標準技術(shù)委員會、海軍研究辦公室、13個國家能源實驗室和8個技術(shù)中心來說，這些用于大學研究的私有公司資金還是太少。用于學術(shù)研究的最大的獨立非防御政府資金是國家科學基金，大概有60億美元的預算，并在聯(lián)邦支持的各個大學的研究中占有大約20%的份額。

      隨著金融壓力越來越大，那些不能承諾帶來直接回報的長期研究項目的經(jīng)費受到了削減。根據(jù)Darpa的統(tǒng)計，基礎“電子學”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的到，但是否還能滿足像貝爾實驗室那樣的巨艦的運作并保持美國在半導體研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先就不得而知了。“我不認為我們需要新的項目 - 我們只需為我們已看到的項目投入資金，”Intel的Rattner表示，“我們有這個機構(gòu)，我們知道他們的運作 - 我們只需在背后投入人力和資金來確保他們成功。”