带您了解德州仪器的故事 昂科技术发布“昂科芯片故事”系列视频第七期

时间:2022-04-14   访问量:1412

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,也包括世界上领先的半导体公司。




今天我们要带您了解的公司,它既挖过石油,又发明了世界上第一块集成电路,还给美国阿波罗登月造过设备,作为一家半导体公司,居然还得过“艾美奖”、拿过“奥斯卡”!你能猜到是谁吗?这家公司就是大名鼎鼎的德州仪器。




德州仪器(Texas Instruments),简称TI。在半导体行业那可是大名鼎鼎, MSP430系列是很多嵌入式程序员在上大学时开始接触的第一款MCU。而C2000系列DSP也是在数字电源、电机控制领域占据了垄断地位。TI的杰克·基比尔(Jack Kilby)更是集成电路的发明人,并且在2000年获得了诺贝尔物理学奖。



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我们带您了解德州仪器公司发展过程中的有趣故事。今天,为您推出“昂科芯片故事”线上系列视频第七期,为您讲述德州仪器那一长串令人惊叹的明星产品和事迹。



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追溯德州仪器的故事,也是颇有意思,1930年它是一家为石油工业提供地址探测的公司,从1942年开始进入国防电子领域,后来在1951年才正式更名为德州仪器。虽然最初的TI是从军用市场上挖到了第一桶金,但真正让TI闻名遐迩的是其在信号处理与模拟电路方面的成就。


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这就是杰克·基尔比(Jack Kilby)先生以及他发明的世界上第一款集成电路。


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按营收规模计的话,2020年德州仪器以144.6亿美元在半导体行业位居全球第七;同时也是在世界范围内的第一大数字信号处理器(DSP)和模拟半导体器件的制造商,其在全球半导体产业链中拥有极其重要的战略位置。据不完全统计,德州仪器拥有超过十万余种产品,涵盖到从处理器、微控制器、无线、到ADC/DAC的所有产品,市面上几乎所有电子设备中都含有德州仪器的产品。因此,在股票市场上,德州仪器也常被视为整个半导体和电子行业的“晴雨表”。


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德州仪器这个公司最早成立的时候,还真的是做仪器的。因为第一次世界大战推动了全球对石油的需求,德克萨斯州丰富的油气资源也吸引了众多的有志青年投身到这一领域。克莱伦斯·卡彻和尤金·麦克德莫特看到了得克萨斯州得天独厚的石油资源,就在在1930年,创建了一个小型石油和天然气公司——“地球物理业务公司”(GSI),为石油工业提供地质勘探的相关仪器设备,这就是德州仪器的前身。



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而后GSI成立了实验室和制造部门(Laboratory and Manufacturing (L&M))部门,生产母公司Geophysical Service Incorporated(GSI)地质勘探所需的一种晶体管产品。





再然后GSI又开始进入军工领域,于1942年凭借潜艇检测设备进入美国军用市场,为美军生产过红外雷达、激光制导和军用计算机等等诸多当时的高精尖设备。



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1951年公司旗下的这个L&M部门凭借其国防方面的合同,迅速超越了GSI的地理部门,公司被重命名为“通用仪器”(General Instrument),同一年,公司又被改名为“德州仪器”。GSI逐渐变成了德州仪器的一个子公司,直到1997年,德州仪器以29.5亿美元的价格将其国防业务出售给了雷神公司,开始专注于半导体领域中的模拟电路与嵌入式系统。




在半导体领域,德州仪器留下了一长串令人惊叹的事迹: 1954年生产了世界上第一个商用硅晶体管、同年设计并制造了第一台晶体管收音机、1958年发明了集成电路和手持计算器、1970年推出了第一款单芯片微控制器、1987年发明了DLP(数字光处理)芯片。




最值得一提的,当然还在1958年入职德州仪器的工程师杰克·基尔比(Jack Kilby),发明了世界上第一款集成电路。




彼时,杰克因为新入职而没能“攒够”公司为期两周的传统假期。在其他人休假期间,杰克开始研究自己感兴趣的新工艺,最终在1958年9月12日研发出世界上首款集成电路。由于其发明集成电路的杰出贡献,杰克·基尔比在2000年被授予诺贝尔物理学奖。




在TI超过60年的集成电路开拓历史中,诞生了多个明星产品,既为TI的发展提供了丰厚的资金回报,也在世界半导体历史中有着浓墨重彩的一笔。




1958年,杰克·基尔比发明了世界上第一款集成电路。




德州仪器的7400系列晶体管-晶体管逻辑(TTL)芯片在20世纪60年代被开发出来,使计算机逻辑方面的集成电路的使用更加普及。




德州仪器在1967年发明了手持计算器(当时价格高达2,500美元)。




随后,在1971年研制出了单芯片微型计算机,并在同年的10月4日被授予了单芯片微型计算机的第一个专利证书。所以TI也是单片机的鼻祖。而后发展TI的MSP430系列,也成了低功耗MCU的扛鼎之作,提到低功耗江湖必有MSP430,而MSP430也是MCU行业的标杆。




1961年,TI为美国空军制造了第一台集成电路电脑。而后,采用TI组件的美国的阿波罗登月计划的月球探测模块登上了月球。


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1978年,德州仪器推出了第一款单芯片线性预测编码语音合成器TMC0280型单芯片线性预测编码(Linear predictive coding (LPC))语音合成系统。这项成果还被应用在了TI的推出的风靡一时的玩具“我说你拼”(Speak&Spell)上。


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1980年,TI推出首款商用单芯片数字信号处理器(DSP),而后又创造性的将很多MCU的特性与DSP相结合,这也是现如今风靡数字电源和电机控制领域的C2000系列的开始之路。




C2000产品家族迄今为止供货已长达25年之久,广泛应用于包括工业及汽车等领域。具有实时性能好,可靠性高,高集成度,产品种类丰富,统一且简单的开发环境,完善的电机控制及数字电源管理软件库,优秀的软件兼容性和系列产品PIN2PIN兼容,是很多电机控制工程师的不二之选。C2000被应用在数字电源控制(如太阳能风能的电源控制,通信和服务器电源),电机类控制(家电类电子产品:空调、冰箱、洗衣机、无人机、电动车、水泵等等),工业类伺服驱动器(如工业机器人、伺服驱动器、变频器等等)。此外,由于其具有车规级认证要求,因此在诸多新能源汽车上应用,包括电源类控制以及电机类控制等,比如特斯拉的电机控制器就是采用了TI的C2000。


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1987年,TI发明了数字化微镜器件(DLP),使得数字投影技术能够广泛得被应用于家庭、企业和影院之中。DLP甚至成为了数字投影仪的一个通用名词,可见TI在此领域的江湖地位。DLP技术甚至曾于1998年获得“艾美奖”,DLP Cinema 在2009年获得“奥斯卡科学与工程奖”,当前几乎所有的数字化影院均采用的是TI的DLP技术。很多人都不知道TI曾经是仅次于HP的全球第二大MEMS生产商,就是因为基于MEMS微机电技术的DLP的强大市场地位。现如今DLP技术又被应用于3D测量、食品分析,甚至是汽车前大灯领域,焕发出了新的市场生机。




TI不仅在数字控制领域有着C2000、MSP430、Sitara、Jacinto这样的明星产品,其模拟芯片领域全球第一的市场地位也是别人很难撼动的。如果说TI在数字领域的江湖地位靠的是一个个明星产品的精准市场定位和强大的生态体系,模拟领域则是靠的是多年的研发积累和超级产品广度。TI在2011年以65亿美元价格收购美国国家半导体(National Semiconductor)之后,进一步巩固了其模拟芯片全球第一的市场地位,模拟器件产品组合超过数万种。可以说一个电子产品中可能会没有TI的主控处理器,而没有TI的模拟器件是很难的。TI的模拟产品包含了电源、逻辑、时钟、接口、隔离、马达驱动、传感器等方方面面。而模拟器件与数字电路不同,除了要对产品设计的积淀要求很高之外,生产制造环节的优化也至关重要。这也是Analog的大厂大多是IDM的一个原因。而TI不仅在模拟器件的设计和制造工艺上领先,它也是最早在12寸晶圆上制造模拟器件的厂家,这使得TI在成本结构上遥遥领先于竞争对手。2020年德州仪器模拟器件营收109亿美元,占总营收的75.38%。据市场研究公司TrendForce的数据,德州仪器在全球模拟芯片市场的份额高达17%至20%。


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作为TI的第三方合作伙伴,昂科很早就与TI在IC芯片烧录开发方面展开合作,对TI的嵌入式数字产品全面支持,尤其是C2000产品。昂科的AP8000针对C2000的烧录要求进行了特殊优化,确保了烧录过程的超高稳定性和客户批量生产的产出率,深受广大客户欢迎。同时,我们也看到越来越多的TI模拟器件中加入了数字化部分,比如电源管理器件PMIC、电池管理芯片、马达驱动、时钟产品和部分传感器ASIC器件等等,这些产品的烧录需要对各个产品的功能和烧录要求深入剖析,与原厂一起制定出解决方案。




德州仪器之所以能够在行业内有如此的市场和技术领导地位,是与它对研发和创新重视分不开的。杰克·基尔比成名之后,德州仪器创建了著名的基尔比实验室,对未来五到十年甚至更长的新技术进行开发,德州仪器的氮化镓工艺,电容隔离工艺、CMOS雷达技术等技术都是源于这个实验室。德州仪器一直比较重视研发和销售能力建设,其研究和开发费用(R&D)占营收的比例长期稳定在10%左右。2020年德州仪器研发投入15.3亿美元,是美国研发投入前十的半导体公司之一,至今总共拥有61316项专利。




在2015年我们到TI达拉斯的基尔比实验室参观的时候,负责人向我们介绍:TI的研发经费分为3部分,分别投入给合作的大学、基尔比实验室和各个BU的研发团队。其中,大学负责半导体最前沿的技术和工艺的探索,做的是基础研究;基尔比实验室负责对前沿的技术实用化的研究,比如雷达传感技术,当时有多种方案可供选择,最终TI选择了兼顾性能和成本的CMOS工艺,所以基尔比实验室负责的是产品技术路线的实现研究;而TI BU则是在基尔比实验室研发的基础上再进行应用级的开发,这里就需要大量的市场需求输入和产品的定义工作,最终设计完成符合客户和市场要求的产品,同时建立好对应的软硬件生态,所以BU是做的产品化的开发工作。不同的层级负责各自的工作,项目的风险等级从大学到实验室到BU逐次降低,与大学的产学研项目虽然风险大但投入研发费用并不高,却能保证持续的有前沿技术的产出;而企业内部创新动力源泉-基尔比实验室则是为不同BU的产品提供了技术输出保障,同时也保证了企业内部研发团队的活力;而BU的研发则是承担的为客户“定制”产品的角色,是一定要确保投入产出的要求的。




此外,德州仪器针对人才培养也十分重视,而TI也号称是半导体产业人才的“黄埔军校”,大家都知道台积电的张忠谋、中芯国际的张汝京、圣邦股份的创始人张世龙等人都曾经在德州仪器工作过。




而TI每年也大量的招收应届毕业生,他们实习阶段就会有老员工全程的教导、精确到天的实习计划和部门经理的1对1培训。实习生也需要每周或每天进行实习反馈,方便HR或部门经理进行观察和评价。在这样比较科学的人才培养流程下,德州仪器成为了不少优秀人才的实习、就业首选,保证了自身新鲜血液的补充。




所以说,TI作为全球半导体领域的“精英俱乐部”中佼佼者,它是我们中国的半导体领域的企业学习的榜样,无论是在对研发、创新上的精益求精,还是在科学的人才培养体系上。我也衷心地希望在不久的将来,行业中也能涌现一个个中国的“TI”。


欢迎大家观看“昂科芯片故事”线上系列视频第七期,如果您对我们的视频有任何的意见和建议,也欢迎大家关注我们,并在评论区留言或者私信给我们,非常感谢大家。


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