5个不朽的法则[转帖] 法则, 转帖

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最先出现的摩尔定律又衍生出半导体工业的其他几个基本法则      

       Brian Halla，美国国家半导体公司首席执行官第一次听说摩尔定律是在1975年，那一年EB刚刚创刊，当时他还是英特尔公司的一名年轻工程师；Aart De Geus，Synopsys公司首席执行官于1979年的一次技术研讨会上首次听说摩尔定律，当时他还在读研究生；T.J.Rodgers，赛普拉斯半导体公司首席执行官也是1979年才首次从戈登·摩尔那里听说摩尔定律。

       他们当时听到的都是预测摩尔定律将要消亡。但正是这个定律使他们茫然，因为摩尔定律已经成为四十年来电子工业不朽的法则，屡试不爽

。和Robert Noyce一起离开仙童半导体公司共同创办英特尔公司的三年前，摩尔在1965年4月19日的《Electronics》上发表了一篇划时代的文章。在文中他预言，一块硅片上集成的晶体管数目将每年翻一番。十年后，他将这一法则修改为“一块硅片上集成的晶体管数目将每两年翻一番”。

       虽然30年来半导体工业经历了不断的变化，然而，摩尔定律和其他几个基本法则却岿然不动。就像基础构造一样，它们虽然有所改变但是并不会有什么根本性的改变。所谓的范式转移可能会带来一些震荡：注意力焦点从太空、军事和大型主机向台式电脑的转移，以及此后从台式电脑向企业局域网、互联网和连通世界任何地方的网络的转移。如今，焦点又转移到种类繁多的消费电子产品，特别是花样不断翻新的手机上。

       通过对企业高管、技术专家和行业观察家面对面的采访以及电子邮件采访，《Electronic Business》杂志纵观30年来全球半导体工业的风云变幻，总结出半导体工业赖以生存的几大基石，包括日益增长的专业化分工、具有战略意义的全球化、持续不断的创新以及至关重要的盈利。

       这几大基石又无一例外地都衍生于摩尔定律。然而，人们也听到了一些摩尔定律将要失效的可怕预言。

       摩尔定律

       半导体工业在不断变化，然而摩尔定律却能历经四十年风雨成为半导体工业的一部法典。它对于半导体工业的重要程度丝毫不亚于棒球传奇人物Satchel Paige那句著名的格言“别往后看，也许有人正要赶上你”对世人的警醒作用。摩尔定律将半导体工业从导致很多行业变得臃肿和低效的自满与惰性中拯救出来，半导体工业中那些对抗摩尔定律的公司已经不复存在。Halla说：“也只有半导体工业才配得上摩尔定律。如果其他行业也按照摩尔定律指出的速度发展，那么如今任何人都可以拥有一辆劳斯莱斯，然后开上一季度就弃之如敝履，毫不可惜地丢掉它再换一辆新的。”

       摩尔定律早已超越其最初所指出的物理实现可能性上的意义。瑞萨科技公司的首席执行官Satoru Ito评价道：“由于摩尔定律的出现，半导体工业有了共同遵守的技术创新路线图，这为开展投资合作关系和投资规划铺平了道路。”

       Cadence 设计系统公司的首席技术官Aki Fugimura对此表示赞同，“摩尔定律给整个半导体工业带来的远景规划能力超过任何一项重要发明给这一工业带来的震撼。因为这种能力使得半导体工业可以不断向前发展并进行自我调节。”

       Ito同时指出，摩尔定律具有“自我良性循环”的本性，“技术进步产生新的市场应用，推动市场规模的扩大和需求的增长，而这种增长又反过来为新的技术进步推波助澜。”

       “如果其他行业也按照摩尔定律指出的速度发展，那么如今任何人都可以拥有一辆劳斯莱斯，然后开上一季度就弃之如敝履，毫不可惜地丢掉它再换一辆新的。” ——Brian Halla, 美国国家半导体公司首席执行官

       摩尔定律已经成为经济的晴雨表。对此，美国联邦储备系统管理委员会主席阿兰·格林斯潘非常清楚，他经常在声明中暗示摩尔定律和经济健康运行之间的关系。集成度的变化直接导致了经济总量的增加，产生了更多的功耗以及速度更快和价格更低的产品，并导致在更小的硅片上集成更多的功能。如今，任何一个经济部门都受益于生产力的提升。

      “在其他什么行业你还能发现相同功能或性能的产品价格年年都在下降呢？” 美国国家半导体公司的首席技术专家Dennis Monticelli说，“然而，半导体工业就做到了，原因在于我们可以持续不断地在同样大小的硅片上集成更多的晶体管，这带来了更高程度的芯片集成。”

       最后一点值得重点关注。曾经投资过数十家芯片初创公司的风险投资公司August Capital的投资专家Andy Rappaport说：“集成带来了一切。产品的低成本、小尺寸和低功耗绝大部分都是拜更高的集成度所赐。”

       几乎与摩尔发布他的定律同步，怀疑论者就开始预言这一定律的破产。在1979年AMI公司的董事会议上，时任公司产品经理的Rodgers听说，摩尔本人就曾经给他的定律蒙上了一层阴影。当时AMI公司和英特尔公司进行技术转让方面的谈判。在英特尔公司的公开财务报告中，摩尔描述了英特尔公司在物理实现上遇到的困难。“他还曾经假设公司不能解决这一问题的情况的发生，”Rodgers回忆道。

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那时，英特尔公司刚刚推出使用29,000个晶体管的8088处理器，并在几年后用于IBM公司推出的首款PC上。而如今，英特尔公司2004年最新发布的Itanium（安腾）2处理器拥有5.92亿个晶体管（参见表“英特尔公司一个处理器上集成的晶体管数量”）。


2005年，摩尔定律面临的一个威胁是，设计者在设计芯片时，由于所需晶体管数量太多而难以面面俱到，要想在相同尺寸的硅片上增加更多的晶体管变得越来越困难。如果参照历史，你会发现，半导体工业将再一次被迫依靠专业化分工来解决这一问题——也就是说，并非偶然，通过半导体工业的另一块基石来解决问题。


专业化分工与合作


随着每两年在同一面积上集成的晶体管数目就要翻一番，如今，单个公司难以独自完成所有的流程：开发所有的IP和设计工具，设计集成电路，生产芯片，销售，设计系统以及将元器件装配到电路板上并将电路板装配到终端产品上。从本质上说，摩尔定律导致了专业化分工的增加，从而衍生出新的商业模式，包括那些与芯片代工和合同制造有关的服务（参见表“专业化分工的漫长历程”）。而那些不懂得如何进行合作的公司的命运将与那些试图对抗摩尔定律的公司的命运相同。


只有建立起成功的合作关系，专业化分工才能够实现。“合作就如同我们每天呼吸的空气一样必不可少，”意法半导体公司执行副总裁Andrea Cuomo说，“客户、供应商、研究机构甚至是竞争对手之间结成的巨大的战略联盟带来的绝不仅仅是收入那么简单。这种联盟同时帮助公司获得并吸收来自完全不同来源的复杂知识。”


“由于摩尔定律的出现，半导体工业有了共同遵守的技术创新路线图，这为开展投资合作关系和投资规划铺平了道路。” ——Satoru Ito, 瑞萨公司首席执行官


摩尔定律带来的复杂性要求合作向产业上游扩展。为芯片制造业提供收益管理技术的KLA-Tencor公司总裁Rick Wallace说：“我们不断向产业上游移动。” 最初，KLA公司只和代工厂展开合作，10年前，KLA公司被拉进产品开发流程，而最近两年，其又逐渐涉足设计过程。


由于合作范围的扩大——如今甚至还包括竞争对手——如何建立成功的合作关系变得更富挑战性。Cuomo相信，公司必须努力寻求建立合作关系，成功合作关系的建立“是公司文化和此前合作基础共同作用的结果——甚至包括个人关系和遍布某一组织中的企业文化”。


2005年，需要更好的合作关系来解决设计效率问题。过去需要20名工程师完成的设计现在需要100人来完成。如今，半导体工业并不能非常及时地解决出现的问题。“由于规模生产率的提升并不足以完全支持先进技术的发展，所以利润在不断下滑，” Magma设计自动化公司首席执行官Rajeev Madhavan说。他估计，如今设计一个SoC需要8,000万美元甚至更多。“而在绝大多数情况下，你都不能偿还这笔投资。”


Applied Materials公司首席技术官 Mark Pinto对此表示赞同，“设计范式需要改变。没有什么比建立合作关系更具有革命性意义。必须建立更强大的联盟来解决设计生产率问题。如今，我们正和EDA公司进行合作。”

一些企业执行官抱怨说，EDA公司只顾忙于相互之间的诉讼而不是联合起来解决摩尔定律带来的设计生产率问题。当然完全责备EDA公司也有一些不公平，因为过去数十年来其他工业部门也同样进行着自相残杀的争斗。尽管如此，一些EDA公司高管并不否认他们曾经的过错。


Madhavan说：“我们远远地落在了后面。”他批评说，直到最近EDA公司才和工业的其他部门建立更紧密的关系。“不过如今，我们和客户的关系更加紧密。”Magma公司正和Synopsys公司进行一场专利权诉讼，Madhavan并不认为有关EDA公司还没有学会联合起来的指责毫无道理。“EDA行业存在的部分问题在于患上了‘与我无关’（not-invented-here）病。整个EDA市场的增速有限，这一市场只给几家大型公司留下了生存空间。因此，大型EDA公司和EDA行业的其他公司之间的合作就比较缺乏。最佳的解决方法就是收购。EDA行业的唯一出路在于不断提升生产率以满足客户的迫切需求。”


Synopsys公司的De Geus则不能赞同以上观点，“如今，我们正和那些此前从来没有合作过的部门进行合作。我们和生产部门之间的互相影响日趋增强。此外，我们较以前更加关注设备方面的信息。”他承认客户的确需要互相竞争的产品的互用能力，并补充说，数年来，Synopsys公司一直致力于建立行业标准。

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全球化

摩尔定律已经衍生出复杂性、专业化分工以及合作关系。这些趋势又接下来衍生出全球化，驱使公司将眼光放眼全球，最先是寻找廉价的劳动力，后来又在更大的范围内寻找科学家、工程师和合作伙伴。全球化经营同时要求在世界各地进行设计工作并开拓新的市场。
市场研究公司Gartner的一位分析师Gary Smith说：“全球化已经成为工业的重要组成部分。我们几乎从头开始就一直在进行全球化历程。”


“如果生产线的产能利用率不能达到百分之百，就意味着会损失大量金钱。因此，一旦你新建了一条生产线，你所做的第一件事就是尽可能地填满它。而摩尔定律有助于满足你的愿望，因为每一次工艺节点的改进都意味着需要更多的晶体管。” ——Gary Smith, Gartner公司分析师


Cuomo表示，如今寻求全球资源是非常必要的

。“要取得成功，公司需要拥有技术所需的相关知识，并将这些新知识融入产品和市场机会中，最终再将上述所有东西转化为高效的、有弹性的和具有成本效益的制造流程。从这一点上来看，全球化具有重要的战略意义。它除了能够提供较低成本的劳动力之外，新兴市场也是新知识和创新的重要来源。”

如今，全球化不再仅仅意味着拥有几个海外销售办事处或者制造工厂。伟创力公司首席执行官Michael Marks说：“为了取得成功，如今你必须在全球各地找到最合适的资源。中国最适合进行制造，印度最强大的是软件工业，而爱尔兰则是最佳的客户服务中心所在地。我们的雇员遍布世界各地，在世界不同地方寻找最佳资源。假如你不能充分利用世界各地的不同优势，你将是失败者。这是我们面临的新形势。”


假如从战略高度来看待全球化，进行离岸生产并非任何时候都有效。“如果在中国生产像半导体制造设备这样复杂的、小批量的产品，那将依然是很昂贵的，”供应链咨询公司Technology Forecasters的总裁Pamela Gordon说，“公司高管人员已经被数次证明他们的短见，因为他们只是为了支付最低的工资才去进行全球化，而没有考虑其他因素。” Gordon认为，全球化必须是具有战略意义的全球化，而不仅仅是为了寻找廉价劳动力。


创新永无止境


虽然很多电子企业在摩尔定律出现前就成立了，但是他们确实受惠于摩尔定律。美国圣他克拉拉县以拥有著名的“硅谷”而为人所知，惠普公司1938年成立于此，第二次世界大战更是在此地催生出许多国防电子企业。1955年，威廉·肖克利在帕洛阿图市创办了第一家芯片公司——肖克利半导体实验室。此前，他已经在位于新泽西州茉莉山的贝尔实验室发明了固态电路，然而他选择帕洛阿图有很多理由：受到位于南加利福尼亚州的Beckman Instruments公司的财政支持，可以从著名的斯坦福大学招募工程师以及其年迈的母亲生活在帕洛阿图等。


由于不满肖克利的专制体制，1957年，以Noyce为首的八位工程师取得投资者的支持创办了仙童半导体公司。与年轻的股票投资者Arthur Rock合作，Noyce从一家风险投资公司那里获得了第一笔资金。不久之后，在Rock 的支持下，Noyce和摩尔又创办了英特尔公司。Noyce两次证明：聪明的工程师加上不错的构思就可以获得风险投资的青睐而开办一家公司。


其他的就不一而足了。至少25家芯片公司都与肖克利有直接的关系，而有间接关系的就更多了。由于创造力、冒险精神和摩尔定律带来的可预见性，“硅谷”已经涌现了上千家初创公司，给世界经济带来了难以估量的影响。


“摩尔定律将中止于缺少金钱，而非物理上的不可实现。当人们停止继续投资时，摩尔定律的末日也就到了，而这可能就在未来5到10年内发生。” ——T.J. Rogers, 赛普拉斯半导体 首席执行官


摩尔定律给投资者指明了半导体工业的发展趋势，同时也告诉初创公司可以预计的波峰和波谷在哪里，这些公司所要做的就是在合适的时间、合适的地点以合适的方式抓住市场机遇。


“所有新技术的实现都有赖于鼓励创新和冒险的企业文化，” Monticelli说，“这种企业文化的特点就是将你的投资和职业生涯置于一定的风险之中。世界各地的工程师和商业人士都被吸引到以这种文化为特色的地区，在这里的人才、服务、资金和企业伦理都与这种鼓励创新和冒险的企业文化密切相关。”


初创公司从专业化分工中受益并进一步推动着专业化分工的发展。当建立一条生产线过于昂贵时，代工模式应运而生，伴随而来的是新一代的无生产线初创公司。当自行开发所有IP对于成熟公司来说变得过于耗时耗力时，初创公司的适时出现马上填补了这一空白。

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利润、利润、利润


投资者和企业家愿意进行金钱和职业生涯冒险的原因在于，投资的潜在收益非常巨大。如今，电子行业依然有钱可赚，只是赚钱没有以前容易罢了。“半导体行业就是‘吞金兽’，” Gartner的Smith提醒道，“如果生产线的产能利用率不能达到百分之百，就意味着会损失大量金钱。因此，一旦你新建了一条生产线，你所做的第一件事就是尽可能地填满它。而摩尔定律有助于满足你的愿望，因为每一次工艺节点的改进都意味着需要更多的晶体管。”
KLA-Tencor公司的Wallace表示，不管电子工业看起来多么令人讨厌，它依然完全受到经济利益的驱动。“只有当对它们有经济上的需求时，那些创新才能有机会应用到主流产品中去。摩尔定律并不仅仅指出了器件密度的不断增加，它还指出了每比特数据存储成本的下降。电子工业作为一个资本密集型的行业更是对利润要求很高，那些不能带来明确ROI（投资收益）的设想将被产业主流抛弃，并将永远只是设想而不能付诸实施。”


Wallace回忆起成本并非十分重要的年代，在他的职业生涯早期，当向国防工业出售芯片时，品质和可靠性被提到了最重要的位置。而如今，他说：“我们的客户基础变得对更一般的经济挑战更加敏感。我们的客户也必须对成本敏感，这无可厚非，我们要做的就是将公司运营得更好。”


开发指纹感应芯片的初创公司AuthenTec的首席执行官Scott Moody说：“成功等同于好的利润率。没有什么比毛利更重要的了。数年来，我一直在探讨公司毛利和公司市值之间的关系，结果发现它们是正相关。” 通过对20家芯片公司的观察，Moody发现，那些拥有50%或者以上毛利的公司的股票市值很好，而那些毛利低于50%的公司的市值则严重缩水。


风险投资公司August Capital的Rappaport表示，经济价值总是一个移动靶，第一个吃螃蟹的公司通常会获得头彩，而不是那些后进者。“以我在这一行业的30年经验来看，这是一条最容易被持续错误理解或忽视的原则。”

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摩尔定律寿命几何？


如果说摩尔定律是最重要的基石的话，它还能在多久的将来继续支持半导体工业呢？


2005年11月成为SIA（半导体工业协会）主席的Halla认为，与摩尔定律的未来相比，还有很多更大的问题。整个社会的创新环境在恶化，他说：“你谈论的所有这些基石都已经出现相当程度上的松动。以往的政府政策为创新提供了支持，而如今，我们甚至没有基础研究。”他指出威胁美国半导体公司发展的几个关键问题，包括研究投入不足，为海外研究生和工程师发放签证过少以及萨班尼斯－奥克利法案规定过于繁琐等。


言归正传，让我们更加精确地来预测一下摩尔定律的未来。Applied公司的Pinto指出，“只要新的应用需要更多的晶体管——也有很多迹象表明确实如此，沿着既定路线图对65纳米、45纳米和更窄工艺节点等下一代技术进行投资是最经济的解决方案。摩尔定律也将继续有效。”


De Geus认为，摩尔定律遇到一些问题也意味着更多的机会。他以两个物理问题为例：包括损耗和泄漏在内的功率问题以及制造管理问题。2002年，人们预言，半导体工业向90纳米工艺的演进是不可能的。而如今，De Geus的很多客户都已经转向90纳米工艺，还有一些已经转向65纳米工艺。他说：“技术专家不怕难题，因为他们喜欢挑战。”


赛普拉斯公司的Rodgers表示，物理实现上的问题并不难解决，但是摩尔定律有可能将不再适用。“半导体密度可能增加到另一个数量级，在那种情况下，假如你需要更多的存储容量，只需使用更多的芯片就可以了。因为对于系统设计者来说，购买更多的芯片比继续集成更多的晶体管要便宜一些。”


Rodgers说：“摩尔定律将中止于缺少金钱，而非物理上的不可实现问题。当人们停止继续投资时，摩尔定律的末日也就到了，而这可能就在未来5到10年内发生。”


让我们拭目以待吧！