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法师故事2,学园虎猫异闻录 mj快闪,三星半导体发展史

作者:TIANTAO日期:

分类:福彩3d预测大师/情感故事/

  本文摘自我们的书《手机风暴》(Mobile Unleashed),文章详细介绍了三星半导体的历史。

  大型集团是专一求精的对立面,而三星则是典型的集团化大财阀。1938年,三星从不起眼的食品出口商起家,经历了两场大战的动荡和余波,同时实现了多元化和扩张。其早期业务包括制糖、建筑、纺织、保险、零售,以及其他主要以Cheil(三星集团的子公司)和三星名下的生产线。

  如今,三星在半导体、固态硬盘、移动设备、计算机、电视、蓝光播放器、音频元件、主要家用电器等领域处于全球领先地位。三星在技术上并非一夜成名,而是花了很多年探索出了质量、设计和创新的优点。从追随者到领导者的道路漫长而崎岖。

  各个方面

  第一家韩国消费电子公司不是三星,而是另一个非电子出身的知名品牌——金星(LG的前身),它成立于1958年,是幸运化学工业公司(Lucky Chemical Industrial Corporation)的一项新业务。他们在1959年制造了电子管收音机,1960年制造了便携式晶体管收音机,1966年建造了黑白电视——所有这些都是韩国第一。

  继在其他亚洲国家取得成功之后,外国电子公司寻求开发高效、低成本的韩国劳动力资源。在美国的帮助下,韩国科学技术研究所(KIST)于1965年5月成立。政府通过合资企业推动外国直接投资。晶体管组装和测试设备如雨后春笋般迅速兴起。最早是1965年的Komi,接着是1966年的Fairchild和Signetics,以及1967年的Motorola。

  1967年8月,哥伦比亚大学电子学教授Kim Wan-Hee博士访问韩国,就加快韩国的国内生产能力提出建议。他最初的观察结果是,总体上缺乏洁净室技术,这表明急需在更大范围内进行投资。Kim Wan-Hee博士开始向韩国企业宣传,让它们考虑加入电子产品的行列,三星就是其中之一。

  为了使以农业为主的韩国实现工业化,政府将电子产品列为六大战略性出口产业之一。他们通过了电子产品促进法案(Electronics Promotion Act),该法案于1969年1月生效,其中包括旨在吸引更多行业参与者的补贴和出口刺激措施。

  恰当的时机终于到了。1968年12月底,三星创始人兼董事长李秉哲(Lee ByungChull)召集他的领导团队,决定进入一个新的商业领域,并确定了一个名字。于是,1969年1月13日,三星电子公司成立了。他说:“从技术、劳动力、附加值、内需和出口前景等各个方面来看,电子产品是最适合韩国经济发展阶段的产业。”

  甚至在正式成立之前,三星就在1968年11月与三洋电机(Sanyo Electric)签署了合资协议。1969年9月,三星与NEC完成了第二笔合资交易。在水原的新生产基地,137名三星电子新员工中的许多人前往日本各地学习电视和真空管生产工艺。

  到1970年11月,三星电子根据日本合作伙伴的设计,生产了第一批真空管和12英寸黑白电视。三星电视在接下来的几年里不断发展,其中包括1973年推出的一款19英寸晶体管黑白电视。(当时,韩国国内的电视广播是黑白的;彩色电视是非法的。日本电视进口受阻,合资企业生产的电视除外。)1974年,三星建立了包括冰箱、空调和洗衣机在内的白色家电生产线。

  从一开始,三星在消费电子领域的战略就是垂直整合,一项新的能力即将落到他们手中。

  1962年,Kang Ki-Dong在俄亥俄州立大学获得博士学位,之后在美国亚利桑那州菲尼克斯市的摩托罗拉公司工作,那里是世界上最大的分立晶体管工厂之一。作为一名会说日语的韩国工程师,他多次带领到访的工程师参观工厂,建立了关系网络。当摩托罗拉在韩国开设工厂的时候,Kang被派去对土地和合同进行初步评估,包括面试未来的工程人员。

  Kang回到美国之后,开始在另一家公司工作,随后他遇到了两个老朋友。第一个是Kim Chu-Han,一位著名的广播网络运营商,Kang几年前就接触了业余无线电。第二个是他的同学,Harry Cho,一家半导体公司的运营经理。Kim有融资渠道,Cho擅长销售,而Kang知道半导体制造技术。三人提出了共同成立一家新公司的想法:集成电路国际公司(ICII)。

  ICII设计了一款数字手表芯片,并在加州桑尼维尔的一条3英寸的小生产线上制造了第一个5微米CMOS大规模集成(LSI)部件。产品需求很大,比ICII的产能高出许多倍,于是客户推迟了批量生产订单。Kim的公司愿意为扩张提供资金,但前提是资本支出必须留在韩国国内。

  Kang决定转移。他将继续在美国开展ICII芯片设计业务,但将ICII制造线送到富川(Puchon)并在那里进行扩张。新的合资企业是Hankook半导体公司。然而,1974年的全球石油危机和一连串的进口繁文缛节,使得搬迁成本远高于计划。晶圆厂终于成立并生产出了芯片,但运营资金在几个月内就所剩无几,到了破产的边缘。

  在韩国,主要的技术融资渠道非常有限。经济环境不断恶化,石油价格继续飙升,日本人纷纷撤退。三星资金充足。李秉哲和他的儿子李健熙(Lee Kun-Hee)确信,他们必须涉足半导体业务,而不仅仅是购买芯片。父子二人试图说服他们的管理团队,让他们相信Hankook等先进芯片将是未来的发展方向。管理层犹豫不决。

  1974年12月6日,李氏父子不顾管理层的忠告,自掏腰包出资入股Hankook半导体公司。到1977年底,业务完全合并,成为三星半导体。

  开发DRAM

  李氏父子明白了Kang和他们自己的管理团队所忽视的一个重要概念:在芯片方面,晶圆厂资本支出是第一位的,如果时机正确,利润就会随之而来。没有足够的芯片生产能力,即使是最好的芯片设计也不可能成功。随着三星的成长,这一教训将会多次重复。三星的电器、手表、收音机和电视的生产都很不错,专注于提高效率。它的组装厂变得更加自动化,韩国消费者和出口贸易伙伴都得到了供应。进步的标志是:1978年7月,三星电子美国公司在新泽西开业。韩国半导体研究蓬勃发展。1976年,政府支持的韩国电子技术研究所(KIET)在龟尾(Kumi)开设了一个研究中心。在许多活动中,他们与VLSI Technology(超大规模集成电路技术)建立了合资企业,并在1979年之前建立了一个拥有16K DRAM制造能力的VLSI晶圆厂。

  政府试图将这些财阀(其中包括大宇、金星、现代和三星)及其人才吸引到龟尾(Kumi),寻求创建一个超大规模集成电路(VLSI)制造专业知识的中心。三星仍专注于为自己的业务提供线性和数字元器件的大规模集成电路技术(LSI),并在从国外采购这些元器件时打订购战。为了保护其供应链,三星电子于1980年1月1日整合了三星半导体。

  由于几个原因,KIET停止了64K DRAM。第一个是1981年的半导体产业长期促进计划(Long-Term Semiconductor Industry Promotion Plan)。它是韩国政府与KIET合作开发的,专门针对制造用于出口的存储器芯片。其次,电信资产正在私有化,为财阀投资半导体提供了直接收入。

  大宇、金星和现代都参与了超大规模集成电路(VLSI)工厂的投资,但三星有额外的动机。1983年3月,三星开始生产PC机,即SPC-1000。垂直整合目标使得自己的DRAM具有吸引力。三星开始行动了。他们必须将工艺从5微米提高到2.5微米,将晶圆尺寸增加到130mm,并获得超大规模集成电路(VLSI)的深入洞见。1982年1月,三星在新的水原半导体研发中心开始了为期一年的可行性研究

  掌握了一些超大规模集成电路(VLSI)的知识后,三星于1983年初在加州圣克拉拉设立了一个“前哨站”。它的主要目标是进行有竞争力的研究,为DRAM技术寻找授权方,并将作为一个招聘和培训中心,从美国招募半导体人才。

  找到可以交谈的公司是最容易的。日立、摩托罗拉、NEC、德州仪器和东芝都拒绝了三星的授权申请。(对NEC等合资伙伴的依赖就到此为止了。)他们最终找到了美光科技公司(Micron Technology),美光在组装试点后于1983年6月同意授权其64K DRAM设计。三星同时获得了Zytrex公司高速MOS工艺的授权。

  三星在六个月内从零开始,造出了64Kb DRAM,并于1983年11月对制成品进行了取样。然后,他们在1984年10月之前完成了256Kb DRAM设计。为了摆脱授权费用,三星圣克拉拉研究团队通过逆向工程设计出了256Kb DRAM,并在1985年7月对全新的部件进行了取样。在器兴(Giheung)的一座新工厂,256Kb DRAM的生产开始了,采用的是2微米工艺。

  这是代际突破之路的第一步,这一突破使三星在1993年成为全球最大的存储器芯片生产商——10年前,三星对其首个DRAM部件进行了取样。这为超大规模集成电路(VLSI)芯片制造的其他进展奠定了基础,这些进展对下一次消费器件的发展是至关重要的。

  艰难险阻

  正如手机热潮始于大多数其他市场的车载电话一样,韩国的情况也是如此。韩国移动通信服务公司(KMTS,后称SK电信)于1984年4月推出了0G无线电话网络,截至年底共吸引了2658名用户。

  三星从1983年开始涉足移动无线研发,当时三星大约有40名工程师。除了KMTS 0G网络之外,他们没有太多工作,他们花了相当大的精力对东芝的一款车载电话进行逆向设计。最终的设计成果是1986年生产的三星SC-100车载电话。它存在着严重的质量问题,导致研发团队被削减到只有10名成员,他们对下一步的工作颇为迷茫。这或许也是一种福气,因为这刺激了团队负责人Lee Ki-Tae购买了10部摩托罗拉手机作为基准。

  KMTS正在将其网络升级为1G蜂窝网络,AMPS(高级移动电话系统)基础设施将于1988年7月推出,正好赶上1988年汉城夏季奥运会。这一日程安排给了三星充足的时间来分析摩托罗拉的设计,并在他们的下一部手机准备就绪之前了解AMPS的相关知识。

  李秉哲董事长不会看到奥运会的庆祝活动了。1987年12月1日,李健熙在父亲去世不到两周后接管了该公司。起初,一切如常——经营一家大公司是头等大事,新成立的手机部门几乎没被注意到。

  三星SH-100手持式1G手机于1988年首次亮相。它只卖了不到2000台,主要是卖给VIP,质量也很糟糕。在接下来的几年里,这种循环重复了好几次:新款三星手机,质量依然差劲,销量依然只有可怜的几千部。

  三星已经迎头撞上了无线电频率工程的黑魔法。

  早期的主要制造和设计问题让消费者产生了怀疑和竞争。当时的质量和手机设计的黄金标准摩托罗拉占据了韩国手机市场一半的份额,而三星在韩国本土市场的份额仅为百分之一。

  在RF技术方面,逆向工程只能告诉团队这么多。复制接收机(如收音机或电视)是一项更容易但仍具有挑战性的任务。制造一种复杂的发射和接收设备,如模拟1G AMPS电话,则是另一回事,特别是应用小型化技术。制造质量问题可能源于组件、布局、组装和调优方法的共同作用。

  然而,三星面临的最大问题是严重的设计缺陷。据说,三星的一名员工在山里徒步旅行时,看到另一名徒步者在用摩托罗拉手机打电话。果不其然,这名员工携带的三星手机在相同地点没有信号。无论这间轶事是完全准确还是略带修饰,它所描述的情景都有一个重要的线索:韩国三分之二的地形是多山的。

  研发工程师没考虑到一种被称为多路径(multipath)的射频效应,即信号会从地形和建筑物反射出去,而几种版本的信号到达接收器的时间略有不同,强度也不同。多路径是三星手机诸多通话质量问题的根源。解决这一问题需要重新设计手机天线,改善天线与电路板的物理连接,增强信号的识别能力。

  新的管理层点燃热情

  手机业务的困境,以及对三星电子消费品业务日益增长的担忧,引起了李健熙的注意。1993年初访问洛杉矶时,李健熙在一家电子零售商的后货架上看到了三星产品的悲惨状态。由于不满足于“山寨”供应商的名声,李健熙开始提出问题。

  低成本、大规模生产和逆向工程战略在20世纪70年代和80年代让三星屡战屡胜,但在90年代限制了三星在全球范围内的竞争力。发展中的亚洲国家正在成为更低成本的电子产品生产商。李健熙仔细研究了日本对这一情况的反应,并观察了消费电子产品从模拟技术向数字技术的转变。

  李健熙感觉到了这种紧迫感,于是出去寻求帮助。他拜访的人之一是后来成为京都理工大学教授的福田民夫(Tamio Fukuda)。根据李健熙和他的高级幕僚提出的一系列问题,福田准备了一份全面的答复,也就是现在的“福田报告”。1993年6月4日,福田发表了自己的看法。

  当被问及什么是设计时,福田写道:“(设计)不仅仅是创造产品的形式或颜色,而是从产品的便利性研究出发,通过形成或挖掘文化活动,通过增加附加值来创造一种新的用户生活方式。”

  报告肯定了李健熙已经决定要做的事。几天后,在法兰克福举行的一次规模更大的三星高管会议上,李健熙推出了他的新管理计划。将员工从根深蒂固的做法中解脱出来并非易事。李健熙向员工提出了著名的挑战:“除了老婆和孩子,一切都要变。”随后,他详细阐述了一系列全面的改革措施,包括要求所有员工每天提前两小时上班。

  李健熙对手机部门的命令非常具体。“到1994年生产出可与摩托罗拉相媲美的手机,否则三星就退出手机业务。”逆向工程的时代已经结束了。三星的工程师在信号质量问题上领先一步,从重量到强度,他们对设计的方方面面都进行了深入研究。

  1993年11月,三星展示了他们的产品:SH-700。它是一款直板手机,重100克,配有全新的经过山地测试的天线。有人给了李健熙一个手机模型让他测试,李健熙一把将它扔在地上并一脚踩上去。然后李健熙捡起它,打了个电话,每个人都松了一口气。设计师在塑料外壳和电路板上放置了特殊的支柱,以承受典型的损坏,如被坐在上面或踩在上面。

  设计不仅仅是工程设计。一项新的营销活动也首次登场:“在韩国独特的地形中很强大”,这指的是在山区打电话的手机。SH-700最初每月销售6000台,到1994年4月,每月销售16000台。随后的SH-770 Anycall在1994年10月推出,提升了品牌。1995年年中,三星取代摩托罗拉成为韩国手机市场的领导者。

  真正的质量故事大多数消费者并没有看到,但三星员工却知道。工厂的手机筛查在发货前漏过了一些问题,随后用户发现了大量坏手机。李健熙将首批SH-700中的一些作为节日礼物送给了他们,并收到了一些手机故障的报告。他对漏网的流出手机颇为尴尬,于是进一步调查,找出了那批坏手机。

  1995年3月,李健熙参观了生产SH-770的龟尾(Gumi)工厂。2000名员工受邀参加了在厂院里举行的集会,所有人都戴着“质量第一”的发带。在“质量是我的骄傲”的标语下,厂院里堆满了坏电话和传真机,有些人说有15万台。有些工人用锤子砸碎了这些有缺陷的设备,把它们丢进烈火中付之一炬,然后用推土机把灰烬铲掉。许多人见此情景不禁落泪。这是一次刻骨铭心的教训。

  寻找数字产品立足点

  三星的设计团队也得到了一个信息:尽可能快地将数字功能融入产品中。推动这一进程的是三种目前在移动设备中被视为理所当然的技术:DRAM、flash和CDMA。

  三星已经在DRAM上抓住了机会,连续五年在200mm晶圆上投入超过5亿美元的巨资,终于在1993年超越东芝,成为全球DRAM市场的领军企业。庞大的研发队伍正在为下一步的重大举措——256Mb的DRAM——做准备,这将使它们首次领先于日本科技巨头。

  东芝开发了一种新技术——NAND flash存储器,但很快就输给了英特尔,英特尔在NOR flash(具有不同的应用特性)的产量超过了它。为了缩小产能差距,东芝在1992年12月将NAND flash设计授权给三星。这又是一次从授权到领导地位的10年周期,三星在1994年推出了它的第一个NAND flash器件,到2002年底,三星的NAND flash市场份额达到了54%,成为全球市场份额的领先者。

  将手机数字化意味着对新技术的又一次大规模投资。欧洲的GSM愿景取得了进展,美国运营商在D-AMPS、GSM和CDMA之间摇摆不定,而韩国将迈出大胆的一步。

  William C. Y. Lee博士是贝尔实验室AMPS开发的重要成员,他曾与一家开发CDMA技术的年轻公司高通深入合作。作为太平洋电信(Pacific Telesis)的首席科学家,Lee领导了多个CDMA网络试验装置。正是通过Lee,高通被介绍给韩国政府,此时韩国通信部(MoC)正在寻求一种方法来帮助推动韩国进入世界电信领域。

  经过多轮复杂的谈判,高通和韩国电子通信研究院(ETRI)于1991年5月就CDMA基础设施达成了一项联合技术开发协议。

  从表面上看,选择CDMA似乎很简单。与D-AMPS或GSM这样的TDMA系统相比,它有许多技术优势,包括使用更少的蜂窝基站实现更好的用户容mj快闪量,这意味着更低的基础设施部署成本。然而,这项技术尚未在大规模部署中得到验证,高通拥有这项技术,这需要支付专利费。

  经济方面的副作用更有吸引力。选择CDMA将有效地将外国基础设施供应商和手机供应商都拒之门外,让韩国人有时间与高通公司合作开发独特的解决方案。如果CDMA在其他地方被采用,韩国公司可以从出口中获利。韩国的四家电子产品制造商——现代、LG、Maxon电子和三星——被招募参与这项计划,目标是在1996年推出CDMA。

  这对高通来说是巨大的胜利,它最初将为CDMA手机和韩国各地的基础设施提供芯片组。在一项独特的协议中,韩国制造商支付手机售价的一定比例作为特许权使用费,高通公司帮助资助同ETRI的进一步联合开发工作。SK Telecom IS-95A CDMA服务于1996年1月在首尔准备就绪。仅仅一年后,韩国将有100万用户使用CDMA。

  在韩国推出的首批CDMA手机中,有三星的SCH-100,这是一款175克的直板手机,于1996年3月发布,搭载高通早期的MSM芯片组。(高通MSM系列最开始不是基于ARM的;高通直到1998年才获得ARM授权。更多内容请参见本书第9章。)1997年6月开始三星在美国向Sprint出口改装的SCH-1011手机。

  CDMA确实在许多地区得到了认可。到1997年底,三星迅速占领了全球CDMA手机市场的55%。他们开始在移动领域采取包围策略,同时为国内市场和不同的出口市场开发多种型号的手机。一些出现在1998年的手机有:有短信功能的SCH-800 CDMA翻盖手机,将重量限制在98克的SPH-4100个人电脑手机,以及出口欧洲的SGH-600 GSM手机。

  史无前例的ARM授权

  ASIC设计的速度也在加快。1994年5月,三星支付了一大笔钱,购买了ARM6和ARM7授权,以及ARM的咨询工作。最早接受基于ARM芯片的产品之一是一个新的类别:三星DVD-学园虎猫异闻录860。1996年11月发布的这款DVD播放器包含4个三星开发的ASIC,它击败了东芝、松下和先锋等主要公司。

  在1996年的Hot Chips大会上,三星展示了其中一种ASIC的基础:MSP-1多媒体信号处理器。它将ARM7内核与专用的256位矢量协同处理器(用于实时MPEG视频解码)和10K的自由门(用于定制)结合在一起。MSP-1采用0.5微米CMOS工艺,采用带有帧缓冲存储器总线的扩展128/256引脚封装,功耗为4W。

  三星将其ASIC技术扩展到手机领域,于1996年9月获得了ARM7TDMI核心的授权。到1998年底,三星拥有了可供内部使用的CDMA芯片组,它在1999年初首次出现在三星SCH-810 CDMA手机上,这款手机搭配了用于CDMA基带的Conexant Topaz芯片组。1999年2月,三星获得了ARM9TDMI核心和ARM920T处理器授权,用新的0.25微米工艺生产部件,运行速度超过150 MHz。

  三星的第一款大型商用SoC是在2000年推出的S3C44B0X,这是一款基于66 MHz ARM7TDMI的部件,用于Andy Rubin设计的Dange Hiptop。几年后,三星和Rubin之间的那次偶遇将成为重大事件,并被证明是整个手机行业的一个转折点。S3C44B0X用0.25微米工艺制造,采用160引脚的封装。

  2002年7月,ARM和三星宣布了一项全面的长期授权协议。它允许三星在协议期限内使用ARM所有当前和未来的 IP,一位业内观察人士将该协议称为“自助餐”(all-you-can-eat)授权。这项史无前例的协议将三星从ARM的一家客户转变为ARM未来发展方向的合作伙伴。

  在2002年10月的微处理器论坛上,三星展示了他们的影响力。ARM公司出货的ARM1020E内核设计使用0.13微米工艺,运行速度为325 MHz。三星借鉴了Alpha微处法师故事2理器的技术,将ARM1020E重新设计成“Halla”核心。Halla仍然是0.13微米工艺,但最高可达1.2 GHz,成为第一个突破1GHz限制的基于ARM的设计。

  三星已经为手机器件组装了一系列令人惊叹的半导体技术:DRAM和flash,ARM处理器内核和ASIC,以及从电视和显示器的更多工作中获得的小型化LCD面板功能,所有这些都来自三星自己的工厂。在后来成为三星的经营方式的过程中,他们运用自己的产品组合和专业知识,试图将两个新兴的移动应用领域囊括其中:音乐播放器和智能手机。

  为了更多的Flash芯片

  大宗商用半导体芯片是一项棘手的业务。产能不足意味着竞争对手以更好的价格和更短的交付期赢得业务。产能过剩则会拖累成本,因为昂贵的设备处于闲置状态,甚至出现裁员,工厂关闭。一旦主要的新晶圆厂产能上线,就必须刺激需求以填补它。很多时候,与客户达成长期交易是为了锁定预测和定价。

  三星采用的垂直整合战略最初是为了应对处于供应链末端的局面。如果零部件稀缺,消费品的生产线可能会停止。花太多钱买零件损害了竞争力。三星自己的半导体晶圆厂保证了电子工厂的运转。

  随着三星DRAM产品的改进,出口蓬勃发展。即使在经济低迷时期,利润也被投入到生产能力和研发中,以增加市场份额,并超越具有竞争力的技术进步。flash存储器是成功的延伸,是利用晶圆启动的另一种方式。

  李健熙所处的竞争环境与他父亲的经历截然不同。他对质量、品牌和设计的热情源于,他认为电子领域的成功意味着打开新的市场,然后创造新的令人兴奋的应用领域。在半导体技术和成品方面的竞争在很多情况下意味着与三星自己的客户(或供应商)竞争。

  随着DVD播放器开始上市,三星再次为数字技术寻找新的消费应用领域。1998年推出基于flash的MP3播放器,SaeHan MPMan和Diamond Multimedia Rio PMP300进入市场。Rio PMP300拥有32 MB内部flash和更激进的200美元的售价,非常畅销。这引起了美国唱片工业协会(RIAA)的愤怒,因为它和Napster一样,使得大规模侵犯版权成为可能。

  三星嗅到了flash热销的味道,不顾一切地一头扎了进去。在1999年国际消费电子展上,他们推出了Yepp品牌的flash MP3播放器。新闻稿中有一个不祥的脚注,暗示他们正在寻求“RIAA的正式批准”,并同意参加SDMI倡议。Yepp将会成为一个庞大的MP3产品线,拥有许多型号和变体。而2003年之后,Yepp品牌退出了韩国市场,但三星的新品牌一直延续到2013年。

  在Yepp推出几个月后,1999年8月又出现了另一个打破类别的例子。三星SPH-M2100是一款带有集成MP3播放器和16/32MB flash的PCS手机——这是第一款带有MP3播放器的手机。(三星在2000年11月晚些时候推出的SPH-M100通常会获得这种赞誉,它被出口到Sprint,获得了更多的知名度。)

  奇怪的是,三星为早期的MP3播放器配备了非ARM架构。大多数播放器都有一个用于用户界面的8位MCU,一个用于MP3解码的DSP,用于存储MP3文件的flash以及用于连接到PC的USB芯片。2001年8月,三星宣布推出一款名为CalmRISC便携式音频设备(C-PAD)的新芯片组,用于MP3播放器OEM,并用于其Yepp系列。S3FB42F单片机结合了CalmRISC 8位单片机和24位DSP。

  2001年10月23日,苹果几乎改变了音乐播放器的一切。考虑到发布时间,三星S3FB42F可能不是苹果为iPod评估的9款MP3芯片之一。当PortalPlayer PP5002出现在iPod中的消息传出后,S3FB42F和与之类似的8位芯片已经是旧闻了。

  新公司纷纷涌入MP3播放器市场,包括三星前员工组建的iriver。当SDMI无限期中断时,一个巨大的障碍出现了,这是由于声音质量,以及加密机制的有争议的破解等一系列问题造成的。甚至三星最终也转向了PortalAccess;PP5020在2005年消费电子展上出现在了YH820中。

  巧合的是,就在2005年1月,苹果决定推出iPod Shuffle,进军flash播放器市场。这使得市场对NAND flash的需求增加,如果有人能保证供应的话,很快就会有更多的需求。

  将200亿美元的市场描述为“吃紧”听起来很奇怪,但实际上,flash生产商在2005年很难跟上形势。2001年互联网泡沫破灭后,整个闪存市场——NAND flash加上NOR flash——在3年内翻了一番。与其他DRAM生产商一样,三星正在将产能转向flash,以在满足需求的同时获得更高的售价和利润率。他们在flash方面做了很多调整,flash的平均销售价格(ASP)首次低于DRAM ASP,看起来2006年可能是产能过剩的一年。

  通配符是苹果。三星控制了近三分之一的flash市场,并可能进一步扩大其市场份额。苹果公司正准备在2005年9月推出iPod Nano,每台设备配备高达4 GB的flash。一位分析师估计,nano的推出本身可能会使全球flash市场增长22%左右。为了赢得苹果的业务,三星承诺以30%的折扣提供NAND flash芯片产能的40%。苹果公司覆盖了其基地,表示与海力士、英特尔、美光、三星和东芝签订了五年NAND flash的供应协议。他们的大部分供应来自三星。

  大象做交易,遭殃的是草。flash终于便宜了,但没人能买到。苹果得到了它想要的一切,但全球数百家规模较小的基于flash的MP3播放器制造商突然发现,他们的交货时间太长了,或者根本买不到。许多这样的公司干脆消失了,无法出货产品来满足日益增长的需求。

  产能将迎头赶上,但这需要几年时间。三星立即启动了华城(Hwaseong)工厂的扩张,以增加DRAM和FLASH产能,这是一项为期7年,价值33亿美元的大计划。另一次扩张即将到来,这次将深入德克萨斯州的心脏地带,它将带来更大的交易。

  智能手机荟萃

  与此同时,三星开始在全球各地推出各种款式和配置的智能手机,紧跟竞争对手的步伐。无论好坏,诺基亚都坚定地支持Symbian。Research in Motion是在它自己的操作系统平台上开发的,苹果也将开发自己的操作系统。

  另一方面,摩托罗拉有20个不同的电话操作系统处于不同的开发阶段。同样,在2001年至2009年年中,三星在几个操作系统之间徘徊不定。快速浏览一下他们在这一时期做出的一些更重大的工作,就会发现他们的智能手机(他们最初称为“移动智能终端”)投资组合有多么广泛。

  早期智能手机时代的宠儿是Palm OS,有一段时间,Sprint非常迷恋它。2001年底发布的三星SPH-i300在33 MHz Motorola DragonBall 68328处理器上运行Palm OS 3.5。2003年,SPH-i500在66 MHz DragonBall 68328上采用了更加时尚的翻盖设计,运行Palm OS 4.1。更新的SPH-i550采用Palm OS 5.2,配备200 MHz Motorola DragonBall MX1及其ARM920T内核。几经推迟,它终于在2005年初准备就绪,但三星在发货前突然被抛弃。Sprint取消了这款手机,取而代之的是Palm Treo 650。随着Palm即将失去所有动力,三星转移资源,Palm OS阶段宣告结束。

  接下来是Microsoft Windows Mobile。2003年11月,三星和Verizon联手推出了SCH-i600。它的外壳几乎与基于Palm的SPH-i500相同。内部采用200 MHz的英特尔XScale PXA255,支持Windows Mobile 2003。2005年6月推出全新的SCH-i730,带有滑动物理键盘设计,以及速度快得多的英特尔XScale PXA272,运行速度为520 MHz。

  摩托罗拉Q一个月后宣布推出Windows Mobile 5.0。美国联邦通信委员会(FCC)推迟了近一年的Q型手机发货,给了三星一个迎头赶上的机会。2006年末三星推出了颇受争议的新手机SGH-i607,更为人所知的是BlackJack,它立即引来了Research In Motion的法律回应,因为名字近似。Q和BlackJack都有类似于RIM手机的拇指板布局。三星的处理器是TI OMAP1710,一个220 MHz ARM926EJ-S内核。另外还有搭载另一个ARM926EJ-S内核的高通MSM6275基带芯片。

  Windows Mobile 6.1的用户界面采用全触摸屏,2008年6月的三星i900 Omnia就是一个典型的例子。它的大多数变种拥有一个624 MHz ARM920T核心的Marvell PXA312。到那时,用户已经开始将一切智能手机与苹果的iPhone进行比较。为了打造独特的外观和感觉,三星在i900 Omnia上推出了TouchWiz UI,但在许多情况下,它与应用程序的集成存在问题。三星的Omnia品牌继续致力于Windows Phone 7及更高版本。

  然后是Symbian。三星在2003年9月的一次特别活动上展示了Symbian翻盖手机SGHD700,这款手机采用了一种不同寻常的摄像机式旋转屏幕和镜头,但从未上市。三星于2004年5月发布的首款Symbian手机是SGH-D710。它很小,尺寸为51×101x24mm,重量110g,,搭载ARM925内核的192 MHz TI OMAP5910运行Symbian OS 7.0s。2006年3月,搭载Symbian OS 8.1的三星SGH-Z600翻盖手机问世,这款芯片在SGH-Z600中使用了好几年。

  对于Symbian OS 9.2,三星使用的是TI OMAP2430,其核心是330 MHz的ARM1136。滑盖手机SGH-i520是三星在2007年4月发布的首款产品,随后是2008年5月借用了BlackJack外观的SGH-i550,以及2008年10月推出的GT-i8510大屏幕滑盖手机。三星的最后一款Symbian手机是GTi8910,2009年中期发布了两个运行Symbian OS 9.4的变种。它们采用600 MHz TI OMAP3430及其Cortex-A8处理器内核。

  在此期间,三星拥有7部手机,每部销量都超过1000万部。没有一个使用这三个操作系统,相反,它是一个自制的J2ME平台。

  你败给了我们的代工厂

  或许三星的智能手机在早期并没有做得那么好,但三星无疑是发起智能手机革命的关键。苹果iPhone的迅速畅销,直接得益于三星近10年来不断增强的芯片制造能力。三星在多个领域的谨慎投资即将获得巨大回报。三星在韩国境外建立的第一家晶圆厂位于得克萨斯州奥斯汀。随着13亿美元的初始投资,200mm 的第一晶圆厂从1997年开始对存储器芯片进行取样,并于1998年全面投产。芯片制造成本的一部分被英特尔的股权投资抵消了,外界普遍认为英特尔的股权投资为10%,作为回报,三星需要保证英特尔存储器产品的供货。

  逻辑产品也在增长。1999年获得ARM9核心授权后,三星在2003年取得了重大胜利。三星的一款芯片为惠普iPAQ H1940、Everex E500以及后来的宏碁n30等搭载微软Windows Mobile操作系统的掌上电脑提供了动力。这款芯片是S3C2410,一个268 MHz ARM920T处理器,采用0.18微米制造,272引脚BGA封装。S3C2410甚至出现在HP49g+图形计算器中,为了节省耗电,它的时钟被调慢了。该系列的另一个重要部分是2007年的S3C2443,采用400引脚封装,0.13微米工艺,运行速度为533 MHz。它在华硕R300和LG LN800等便携式导航设备中获得了设计上的胜利。

  为了进一步推进工艺,三星于2005年年中在器兴(Giheung)开设了其300mm S1生产线,并在年底前用90nm工艺生产DRAM。为了开发下一个65nm工艺节点,三星与Chartered Semiconductor和IBM联合推出了“共同平台计划”(Common Platform initiative),预计将耗资超过50亿美元。IBM在其位于纽约的Fishkill工厂试用了一种65nm工艺,三星正准备于2006年初在器兴(Giheung)推出这种工艺。

  凭借先进的晶圆厂产能,三星开始悄悄地将其代工能力社会化——为无晶圆半导体公司提供代工服务。2005年11月,他们宣布了他们的第一个主要代工客户:高通。2006年3月,他们聘请了行业资深人士Ana Molnar Hunter(带来了Chartered的新经验)来经营代工业务。 2006年4月,三星在其奥斯汀综合大楼宣布了A2晶圆厂计划,在一座更大的新厂房中增加了一条300mm的生产线。

  三星副总裁Jon Kang随后于2006年4月26日参加了在加州纳帕(Napa)举行的SEMI战略商务会议,他脱口而出:“我就知道PortalPlayer会一败凃地。”他的虚张声势源自一款新的SoC,即三星S5L8701,这款产品将用于未来的苹果iPod设计。新芯片采用ARM940T处理器和DSP内核,采用保守的0.18微米工艺。也许最重要的是它集成了flash控制器以及LCD和USB控制器,降低了功耗和成本。

  这就是PortalPlayer失败的地方。的确,三星为苹果开发了性能更高、功耗更低的ARM9芯片。三星利用其晶圆厂实力,将SoC、DRAM和FLASH等所有产品捆绑在一起,并采用了远期定价和供货承诺。PortalPlayer更新芯片的时间较晚,这让它们很容易受到攻击。现实地说,面对供应链和系统设计的联合冲击,他们根本没有机会与苹果抗衡。

  2006年末,一份错误的分析师报告称,英伟达收购了PortalPlayer,赢回了iPod设计,或许还有传言中的苹果手机。这从来没有发生过。苹果不再简单地购买SoC,而是指定RTL设计,剩下的工作由三星代工厂完成。 从2007年6月的初代iPhone和2007年9月的iPod Touch开始,90nm S5L8900及其ARM11内核开始运行。

  看似突然发生的对三星有利的颠覆性变化,实际上是近十年规划和一系列广泛事件的结果。三星即将进一步拓展其复杂生态系统的极限。

  再三考虑,Android可行

  2004年底,Andy Rubin与三星高管在首尔的会面并非偶然。Rubin曾是三星的客户,在Danger上取得了一些成功。三星当时使用的是当今最著名的三种智能手机操作系统,因此它们为另一款操作系统(后来的Android)寻求风险投资合乎逻辑的。当时,三星并不知道,他们现有的大多数操作系统选择都会江河日下。

  Rubin把他所有的东西都扔进了房间,然后沉默了。从三星的角度来看,风险很大。“你有多少人在做这个操作系统?”“6个人。”“有多少手机使用它?”“没有。”“有多少OEM厂商承诺成为客户?”“没有。”“感谢光临。”

  当三星执行其最初的三管齐下的软件战略时,情况开始发生变化。谷歌收购了Android。Palm OS没落了。Research in Motion并没有以任何价格与任何人分享其代码。诺基亚使用了Symbian albatross。在苹果推出iPhone和iOS之前,微软的Windows Mobile一直具有强大的吸引力。

  与苹果封闭的环境形成鲜明对比的是,开源团队的安排变得越来越有趣,而且风险也大大降低了。2007年1月,LiMo基金会为基于linux的移动设备设立了一个项目,成员包括摩托罗拉、NEC、NTT DoCoMo、松下和三星。2007年11月,开放手机联盟(Open Handset Alliance)公布了由谷歌、HTC、LG、摩托罗拉、高通和三星支持的Android手机计划。

  摩托罗拉于2008年8月从高通挖来了Sanjay Jha,授予他联合CEO的头衔,并监督移动设备业务。Jha很快就结束了太多毫无意义的移动操作系统。他为摩托罗拉主流智能手机制定的策略是Android操作系统和一些Windows Mobile操作系统,还包括专有的J2ME P2K。

  到2009年,三星还将目光投向了Android和Windows Mobile,以及LiMo和国产的“bada”操作系统(后来并入了Tizen)。

  三星Galaxy GT-i7500于2009年6月推出。它的尺寸为115x56x11.9mm,重114g,使用3.2英寸OLED触摸屏,320x480像素。运行Android1.5的芯片是高通MSM7200A,528 MHz,65nm工艺。高度集成的单芯片有ARM1136J-S处理器,一个高通DSP内核用于应用,还有一个ARM926内核以及另一个较小的高通DSP内核运行基带。

  这只是ReadWrite的Dan Rowinski所说的三星“遍地开花式”策略的开始。三星在全球的每个市场都推出了许多基于Galaxy和Omnia的智能手机型号,以及其他针对不同运营商需求(有时会更换SoC或基带芯片)的子品牌。有些卖得好,有些卖得不好,但新型号总是很快就会上市。苹果基本上每年都会推出一款非常成功的手机,直到iPhone5s和iPhone5c以及iPhone6和iPhone6Plus。

  Exynos接管Galaxy

  三星旗舰产品Galaxy S(GT-i9000)于2010年6月开始搭载Android 2.2发售,7个月内成为三星1000万销量俱乐部中的第一款智能手机。它的内部是S5PC110芯片——它更名为Exynos 3110,后来被称为Exynos 3 Single。

  从方框图上看,Exynos3 Single和苹果A4(iPhone4同月开始发售)的整体相似性不容忽视。内部是相同的1 GHz Intrinsity Hummingbird核心和200 MHz的PowerVR SGX540 GPU。它采用三星45nm LP制造,采用598引脚BGA封装。为了回应苹果在当年早些时候推出的平板电脑,三星在2010年9月发布的7英寸Galaxy Tab(GT-P1000)使用的是同一芯片。

  下一步,三星击败了苹果。Exynos 4 DUAL于2011年2月15日以Exynos 4210首次亮相,采用的是三星45nm LP工艺。双1.2 GHz ARM Cortex-A9内核提供了20%的处理优势。当时,266 MHz的ARM Mali-400 MP4 GPU让三星在智能手机图形显示方面领先于其他手机。

  2011年5月,三星Galaxy SII(GT-i9100)准备使用搭载Android2.3的Exynos 4210出货。它最出名的是纤薄,只有8.49mm。Exynos 4210还用在了三星的第一款“平板手机”中,即尺寸为147x83x9.65mm的更大的Galaxy Note(GT-N7000)和2011年10月推出的Galaxy Tab7.0(GT-P7560)。

  同样在2011年10月,Exynos 4212推出了新的32nm HKMG工艺,它在Austin A2晶圆厂启动并运行,降低了功耗并将时钟速度提高到1.5 GHz。

  2011年11月首次取样的是Exynos 5 Dual,有两个新的ARM Cortex-A15内核,频率2.0 GHz,32nm HKMG工艺。Exynos 5250将内存带宽提高了一倍,达到12.8 GB/s,并使用ARM MAIL-T604 MP4 GPU,频率达到533 MHz。它将会出现在三星XE303C12 Chromebook和谷歌Nexus 10平板电脑上。

  另一个新部件出现在2011年:三星LTE基带芯片。首先出现在用于三星Verizon的Droid Charge中,CMC220提供了4G Cat 3的连接。增强版的CMC221出现在Galaxy Nexus上。

  随后,2012年4月,Exynos 4 Quad,一款1.4 GHz Cortex-A9 4核芯片再次采用32nm HKMG工艺。为了降低功耗,Exynos 4412在全部四个核心上都采用了功率门控,以及逐核频率和电压调节。双核版本的相同Mali-400 MP4 GPU的时钟频率为400 MHz。这款处理器及其稍快的“Prime”版本出现在搭载Android 4.0的Galaxy S III(GTi9300)以及Galaxy Note II(GT-N7100)的几个版本中。其中一个更有趣的尝试是EK-GC100 Galaxy照相机。

  2013年标志着向28nm的迁移。三星选择了ARM big.LITTLE(大小核架构)路径,人们在2013年国际消费电子展上看到了Exynos 5 Octa。Exynos 5410有4个1.6 GHz的Cortex-A15核和4个1.2 GHz的Cortex-A7核。它不同寻常地使用了Imagination PowerVR SGX544MP3 GPU,在某些情况下运行频率高达533 MHz,但经常将其限制回480 MHz以防止过热。

  Exynos 5410在2013年4月推出了搭载Android 4.2的Galaxy S4(GT-i9500),它被称为“生活伴侣”,拥有更大的5英寸Super AMOLED显示屏,441ppi是其最突出的特色。在第一个月,Galaxy S4出货量超过1000万台,成为三星销售最快的手机。大部分成功都来自于美版不同的S4配置,美版内置了1.9 GHz高通Snapdragon 600。(更多内容见第9章)

  在下一次迭代中,三星恢复了ARM Mali-T628 MP6 GPU,增强了Exynos 5420中的big.LITTLE配置。Cortex-A15s的核心速度提升至1.9 GHz,Cortex-A7的核心速度提升至1.3 GHz。他们修复了严重的CCI-400缓存一致性错误,并增加了对全局任务调度(GTS)的支持,以提高性能和功耗。新芯片的受益者是Galaxy Note 3和Galaxy Tab S。

  在2014年世界移动通信大会上,三星推出了Exynos 5422。仍然是28nm工艺和113mm2的面积,Cortex-A15的时钟速度提升至2.1 GHz,Cortex-A7的时钟速度提升至1.5 GHz,采用相同的MaliT628 MP6 GPU。添加了HMP(异构多处理),使全部8个核心首次同时处于工作状态。凭借16 MP后置摄像头和高动态范围(HDR)等计算摄影功能,Galaxy S5再次搭配了Exynos 5422和高通Snapdragon 801的变体。

  接下来是2014年9月Galaxy Note 4和Galaxy Tab S2在20nm的短暂停留。根据命名,Exynos 5433最初是Exynos 5 Octa家族的一部分。然而,其新的64位配置,4个1.9 GHz Cortex-A57核心加上4个1.3 GHz Cortex-A53核心,以及700 MHz的Mali-T760 MP6 GPU,让它赢得了Exynos 7 Octa品牌。

  避免零和博弈

  垂直整合和设计创新让三星的移动设备在2014年达到了将近21%的市场份额,足以与世界上任何一家厂商相媲美。从1994年令人怀疑的质量和一系列威胁条款,到20年后在移动设备领域的领导地位,三星谱写了一个惊人的故事。尽管苹果就谁先想到了智能手机的功能提出了法律挑战,但三星的记录表明,设计创新和对芯片技术的大举投资是如何重塑了品牌,重塑了移动行业。

  在德克萨斯州的持续扩张使三星的晶圆厂一直处于领先地位,并保持了大部分移动产业的运转。奥斯汀最新的14nm FinFET工艺是苹果A9和三星Exynos 7420(真正的Exynos 7 Octa)的产地。它也可能成为高通Snapdragon 820的产地。

  鉴于围绕2015年3月1日三星Galaxy S6发布的戏剧性事件,这将是一个有趣的转折。大多数观察人士预计,这款手机将使用高通Snapdragon 810。几周前,高通在季度财报会议上报告了“一个大客户”的损失。。

  许多报告浮出水面,称SnapDragon810存在过热问题,高通对此予以否认,但从未完全予以反驳。Galaxy S6首次亮相的是Exynos 7420,一个小巧的78mm2芯片,有4个2.1 GHz Cortex-A57和4个1.5 GHz Cortex-A53,以及一个772 MHz的MaliT760 MP8。在S6中发现的Exynos 7420是用于4G LTE基带的三星“Shannon”Exynos Modem 333,以及三星设计的RF和PMIC部件。

  更有可能的是,三星刚刚决定准备转向自己的部件。基带计划已经酝酿了好几年,可以追溯到2011年他们的LTE基带首次被发现的时候。除了Shannon独立基带芯片,ModAP还是将基带控制器与应用处理器集成在一起的品牌,作为定制ASIC业务的一部分。

  两个教训显而易见。如果三星有自己的芯片,那么他们就使用自己的芯片来提高可用性和利润率。如果使用别人的芯片是在某个特定的市场验证和发布设备的最方便的方式,那么他们就使用别人的芯片,直到他们可以设计和构建相同的部件。高通可能在Galaxy S6的某些版本中有一些内容,但如果Exynos 7420在S6的美国版本中出货,那将是一个重大变化。

  关于三星是否有足够的能力满足这三个需求来源(苹果、高通和三星自己)的问题仍在流传。这是合理的担忧。三星在器兴(Giheung)的工厂具有跨工厂灵活性,并与GLOBALFOUNDRIES建立了合作伙伴关系,这一点很有帮助。早期的S6拆解表明,Exynos 7420部件来自奥尔巴尼(Albany,美国纽约州首府),GLOBALFOUNDRIES是首批芯片的代工厂之一。

  谈到代工厂,三星和台积电在苹果iPhone 6s上针锋相对,各供应一种型号的A9芯片,但没有透露具体情况。贴着“电池门”标签的病毒式报道称,使用这两种电池的手机耗电量存在显著差异,台积电要优于三星10%~33%。一些社交媒体表示,任何带有三星部件的手机都有缺陷,应立即退回。

  这些报告的测试条件充其量只是有些可疑而已。苹果公司后来发表声明说他们只观察到2%或3%的差异。台积电的支持者欣然接受了其16nm工艺的优势,尤其是其降低泄漏功率的优势。三星的支持者指出,对于苹果而言,尺寸更小的14nm芯片可能更便宜,而且双重采购意味着产量更高,短缺更少。

  事实上,这两个A9部件都是从苹果的同一个高级设计开始的,但它们之间的差异并不仅限于工艺。三星和台积电的库各不相同。动态电压和频率调节(DVFS)使得人们很难说出一个复杂的处理器在精度方面做了什么。功率和时钟域可能存在差异。换言之,这两个部分是“相同的”,但实际并不相同。

  大多数消费者不关心手机中的芯片,对吧?尽管有第三方app检查iPhone 6s内部的芯片,但骚动似乎已经平息。正如苹果通过iOS更新解决了“传感器门”问题一样,三星和台积电A9芯片之间的任何重大差异都可能很快随着iOS 9的更新而消失。苹果对iPhone7做了什么,以及双重采购是否会继续,这些都值得一看。

  智能手机市场正在发生变化。国际数据公司(IDC)报告称,年增长率已放缓至11%左右。智能手机的增长放缓使得苹果、高通和三星之间的竞争更加接近零和博弈—— 一个人赢了,另外两个人就输了,至少从高端应用处理器的角度来看是这样。

  作为回应,三星正试图让自己的应用处理器与众不同。苹果和高通都已经有了ARMv8-A定制内核,三星也加入了自己的核心设计,代号“Mongoose”,最近推出了Exynos M1内核。

  Exynos 8 Octa 8890是三星第一个将应用处理器集群与基带调制解调器结合在一个芯片里的高端产品。应用处理器端用big.LITTLE将4个Exynos M1内核与4个ARM Cortex-A53内核配对,用14nm FinFET工艺实现。

  Exynos M1核心与高通“Kryo”核心在性能上的较量将非常有趣。最初的基准测试结果将Exynos 8 Octa 8890置于Snapdragon 820之前。然而,用预发布的芯片来判断高通可能还为时过早。当三星Galaxy S7和与之竞争的高通Snapdraon 820手机于2016年发布时,我们将会了解更多。

  更大的问题是,除了更先进的SoC之外,三星和其他公司如何继续在智能手机领域进行创新。三星还决心进军智能手表和物联网等其他增长领域,还有“三星支付”这样的跟风产品,以及无线充电和曲面显示器等新创意。(详见第10章)

  在手机和半导体行业整合的时代,三星既是供应商又是竞争对手,如何实现这一目标取决于该公司如何调整战略。RF、电池和显示技术的创新将受到高度追捧。软件功能已经变得更加重要。随着中国公司提高SoC能力,代工业务可能会发生巨大变化,影响力中心可能再次转移。

  历史表明,三星在下行周期投资半导体晶圆技术和产能,为下一个上行周期做准备。3D V-NAND闪存、SoC代工业务、10nm FinFET,以及其他先进工艺的大量投资可能会加速,随着芯片制造成本的攀升,三星与台积电以及其它代工企业的竞争将会加剧。

  *点击文末阅读原文,可阅读英文原文。

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