1958年9月12日，世界第一塊集成電路在美國德克薩斯儀器公司誕生。
49年過(guò)去，彈指一揮間。明年，集成電路將迎來(lái)自己的“知天命”華誕?！耙早R為鑒，可以正衣冠， 以人為鑒，可以知得失，以史為鑒，可以知興替”，回顧歷史是為了面向未來(lái)，尋求規律是為了謀求發(fā)展。在檢視集成電路這一“巨人”成長(cháng)的足跡時(shí)，在紛繁復雜的市場(chǎng)變化與循序漸進(jìn)的技術(shù)換代中，我們發(fā)現集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在如下規律性的現象：
一、 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)
10年產(chǎn)生一輪新的市場(chǎng)飛躍
1、大中型計算機時(shí)代（1975～1985）
1975年以前，集成電路產(chǎn)業(yè)尚處于萌芽時(shí)期，其產(chǎn)品的質(zhì)量和數量均不能滿(mǎn)足社會(huì )生產(chǎn)和生活的各種需求，小規模集成電路產(chǎn)品僅初步在大中型計算機上得到應用。1968年，Intel公司成立，次年，生產(chǎn)出64bit存儲器；1971年，第一枚CPU（4004，雙極型）問(wèn)世，集成度為2300個(gè)晶體管，其功能和計算速度只能滿(mǎn)足構建最簡(jiǎn)單計算機的需求。隨后，Intel又于1972年和1973年相繼推出P溝MOS工藝的8008和采用6微米工藝、主頻達到2MHz、集成度為6000個(gè)晶體管的8080。
1975年，我國國內使用較多的計算機是“PDP系列”和“DJS-130”計算機，前者的硬盤(pán)如當今洗衣機大??；后者體積與現在的家用冰箱相當。由于半導體存儲器的容量、存取速度和價(jià)格均不能勝任計算機內存的需求，當時(shí)的內存部件還只是由磁芯組成。
1978年6月，Intel推出4.77MHz的8088微處理器，集成度為29000個(gè)晶體管，售價(jià)360美元，集成電路工藝技術(shù)上升為3微米。由于眾所周知的原因，中國集成電路產(chǎn)業(yè)在這一階段中沒(méi)有跟上世界的步伐，直到1986年，電子部在廈門(mén)集成電路發(fā)展戰略研討會(huì )上才提出了“七五”期間我國集成電路技術(shù)“531”發(fā)展戰略，即普及推廣5微米技術(shù)，開(kāi)發(fā)3微米技術(shù)，進(jìn)行1微米技術(shù)科技攻關(guān)。
1982年和1985年，集成了14.3 萬(wàn)個(gè)晶體管的80286和集成度達到了27.5萬(wàn)個(gè)晶體管的80386相繼推出，為PC時(shí)代的來(lái)臨做好了充分準備。
因此，1975~1985年間，集成電路由于其性能價(jià)格比的原因，其主要應用尚局限于大中型計算機領(lǐng)域。我們將這10年稱(chēng)為信息產(chǎn)業(yè)的“大中型計算機時(shí)代”。
2、PC時(shí)代（1985～1995）
1985~1995年，集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成長(cháng)時(shí)期，開(kāi)始嘗試擔負起人類(lèi)社會(huì )信息化的重任。
1975年4月，世界第一臺在商業(yè)上獲得成功的、可供個(gè)人使用的微型計算機（Altair 8800）在美國新墨西哥州的一個(gè)叫做MITS（微儀系統）的小公司誕生，該機存儲器為1Kbit，售價(jià)為375美元，Paul Allen和Bill Gates（微軟創(chuàng )始人比爾·蓋茨）曾為Altair開(kāi)發(fā)出BASIC語(yǔ)言；同年，微軟（Microsoft）成立。1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs（蘋(píng)果機創(chuàng )始人）開(kāi)發(fā)出微型計算機Apple I，同年4月，Apple計算機公司成立。1981年，IBM成功地將采用8088微處理器和微軟操作系統MS-DOS的個(gè)人用計算機推向市場(chǎng)，并將這一新型計算機命名為“Personal Computer”，由此開(kāi)創(chuàng )了PC時(shí)代。
自1985年起，以80386為代表的微處理器使得PC走出象牙之塔，從少數人享用的奢侈品迅速向國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域普及。在相應軟件的同步支持下，PC已由“計算機”向“信息處理機”的方向發(fā)展，它的文字和圖形編輯以及數據處理功能為辦公自動(dòng)化、計算機輔助設計（CAD）及信息管理開(kāi)拓出一片嶄新的天地。國內的PC機使用大約落后5年，1985~1990年間，多數文字處理還在采用“四通打字機”。
1985~1995年是PC機迅速發(fā)展的10年。1985年，全球PC出貨量?jì)H有百萬(wàn)臺數量級（中國PC產(chǎn)量為1萬(wàn)臺），到1995年，全球PC出貨量已達到6000萬(wàn)臺，按每千人擁有的計算機數量統計，美國為380臺，中國為2.5臺。其間，CPU經(jīng)歷了從80386到80486、Pentium 和Pentium Pro的不斷升級，芯片集成度達到了550萬(wàn)個(gè)晶體管；作為PC內存的DRAM存儲器，也由第一臺PC的1k bit增長(cháng)到16M bit。但此時(shí)大部分的PC機仍處于獨立使用狀態(tài)，文件及數據的存儲和傳遞多依靠3.5英寸軟盤(pán)實(shí)現。
我們將1985~1995這10年稱(chēng)為信息產(chǎn)業(yè)的“PC時(shí)代”。
3、移動(dòng)通信時(shí)代（1995~2005）
1876年，美國貝爾實(shí)驗室發(fā)明了電話(huà)。一個(gè)世紀以來(lái)，固定電話(huà)成為人們溝通的主要通訊工具。移動(dòng)通信雖起源于20世紀40年代，但直到1978年，美國貝爾實(shí)驗室才研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話(huà)系統（AMPS），建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)。至80年代末期，移動(dòng)通信為模擬信號，我們接觸的摩托羅拉8900（俗稱(chēng)“大磚頭”、“大哥大”）即為進(jìn)入中國的第一代模擬通信手機，最高售價(jià)為3~4萬(wàn)元人民幣（當時(shí)一般人的月工資為百元數量級），是新貴身份的象征。1987年，中國移動(dòng)通信集團公司開(kāi)始運營(yíng)900MHz模擬移動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)。進(jìn)入90年代，數字移動(dòng)通信嶄露頭角，泛歐數字移動(dòng)通信網(wǎng)(GSM)于1991年7月開(kāi)始投入商用，當時(shí)計劃1995年覆蓋歐洲主要城市、機場(chǎng)和公路。1994年，中國建成第一個(gè)GSM數字通信網(wǎng)絡(luò )。
1995年~2005年是移動(dòng)通信飛躍發(fā)展時(shí)期。在集成電路的性?xún)r(jià)比足以支撐蜂窩通信網(wǎng)的架設、交換機速度的提高以及手持電話(huà)機能夠為一般工薪階層接受的情況下，1995年起，數字手機開(kāi)始進(jìn)入家庭（但當時(shí)，中國的主要接收信息的工具是BP機，手機依然是富有的標志）。1995年，全球手機用戶(hù)為9000萬(wàn)戶(hù)，但僅時(shí)隔一年，便激增至7.5億戶(hù)，2004年達到17.5億戶(hù)。1995年全球每千人平均僅擁有手機16部，到了2004年則提高為247.3部。2005年1~9月,中國手機用戶(hù)新增4310萬(wàn)戶(hù),達到3.76億戶(hù),位居世界第一，中國手機普及率達到25.7%,首次超越世界平均水平。因此，我們將1995~2005這10年稱(chēng)為“移動(dòng)通信時(shí)代”。
4、網(wǎng)絡(luò )時(shí)代（2005~2015）
Internet最早起源于美國國防部高級研究計劃署（DARPA，Defence Advanced Research Projects Agency）的前身ARPAnet（阿帕網(wǎng)），該網(wǎng)于1969年投入使用。1974年，TCP（傳輸控制協(xié)議）和IP（Internet協(xié)議）問(wèn)世，合稱(chēng)TCP/IP協(xié)議。這兩個(gè)協(xié)議定義了一種在電腦網(wǎng)絡(luò )間傳送報文（文件或命令）的方法。隨后，美國國防部決定向全世界無(wú)條件地免費提供TCP/IP，即向全世界公布解決電腦網(wǎng)絡(luò )之間通信的核心技術(shù)，TCP/IP協(xié)議核心技術(shù)的公開(kāi)最終導致了Internet的飛速發(fā)展。1991年，CERN（歐洲量子物理試驗室前身，名稱(chēng)Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire的縮寫(xiě)）發(fā)布了World-Wide Web (WWW)，開(kāi)發(fā)者為T(mén)im Berners-Lee。1991年，Internet正式運行。
任何一種Game，或一種“活動(dòng)”的開(kāi)展，必須具備兩種條件，一是“規則”，二是“參與者”。在TCP/IP、WWW等規則已經(jīng)具備的情況下，要等待的“東風(fēng)”就是眾多的“參與者”了。但二十世紀尚未有足夠的“參與者”促進(jìn)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)的形成，主要是PC數量還不夠。1981年，全球上網(wǎng)的計算機約200臺，1989年達到8萬(wàn)多臺，1992年為72萬(wàn)臺左右。1995年后，PC市場(chǎng)進(jìn)入成熟階段，開(kāi)始逐步進(jìn)入城市平民家庭，聯(lián)網(wǎng)計算機增長(cháng)到664萬(wàn)臺。2004年，全球PC保有量達到5.8億臺，聯(lián)網(wǎng)計算機超過(guò)1億臺，2005年，聯(lián)網(wǎng)計算機超過(guò)了8億臺。根據中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )信息中心（CNNIC）2007年1月23日發(fā)布的《第19次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展狀況統計報告》，截至2006年底，僅我國的網(wǎng)民人數就達到了1.37億，占中國人口總數的10.5%。我們認為自2005年起，信息產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò )時(shí)代”（圖1）。
圖1 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)10年產(chǎn)生一次新的市場(chǎng)飛躍
二、 集成電路市場(chǎng)
10年左右呈現M型周期性漲落
信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)飛躍有賴(lài)于集成電路技術(shù)的飛速進(jìn)步。隨著(zhù)集成電路上的晶體管數目按照摩爾預測的規律不斷增加，集成電路的成本也在按照摩爾的預測不斷下降。這就使得各種電子信息產(chǎn)品能夠成為普通老百姓買(mǎi)得起、用得起的普通物品，從而大大推動(dòng)了世界經(jīng)濟的發(fā)展。1962年，每只高頻鍺晶體管的國內售價(jià)為8元；1978年，CPU8088的售價(jià)為360美元，含晶體管29000個(gè)，平均每個(gè)晶體管為約人民幣2角；2006年10月14日，Intel公司發(fā)布了最新型號CPU Montecito，集成了17.2億個(gè)晶體管，售價(jià)3700美元（約合人民幣29600元），平均每個(gè)晶體管1.72×10-5元；2006年5月23日，AMD公司發(fā)布了型號為Athlon Fx 62的CPU，售價(jià)13萬(wàn)日元（約合人民幣9490元），平均每個(gè)晶體管4.17×10-5元；第二代身份證中的芯片約6元，按30萬(wàn)的晶體管計算，平均每個(gè)晶體管約2×10-5元。1978年，當時(shí)一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生的月工資為46~54元，大約可以買(mǎi)6只晶體管，2006年，一個(gè)普通白領(lǐng)的工資按5000元計算，大約可以買(mǎi)1~3億只晶體管，也就是說(shuō)，在近30年的過(guò)程中，在考慮物價(jià)指數和收入變化的情況下，一只晶體管的價(jià)格降低了約2000萬(wàn)~5000萬(wàn)倍。由于一個(gè)月的工資可以買(mǎi)1~3億只晶體管，計算機、移動(dòng)電話(huà)、數字電視、數碼相機、網(wǎng)絡(luò )的普及也就水到渠成了（表1）。
表1 集成電路技術(shù)進(jìn)步使其成本不斷降低的示例
1975年以前，世界集成電路市場(chǎng)不足50億美元，其后，在大中型計算機、PC和移動(dòng)通信為引擎的牽引下，在沿著(zhù)摩爾規律發(fā)展的經(jīng)濟與技術(shù)推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，到2005年，世界集成電路產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規模達到2371億美元。
圖2為世界半導體市場(chǎng)的指數發(fā)展規律。從1975到2005年，30年間的平均增長(cháng)率為13.3%，由于集成電路占半導體市場(chǎng)的80%左右，該指數規律也代表了集成電路市場(chǎng)的發(fā)展趨勢。
圖2 世界半導體市場(chǎng)變化趨勢
但是，由于經(jīng)濟的衰退與復蘇、整機市場(chǎng)需求的過(guò)剩與不足、投資的成功與失誤等多方面的影響，集成電路市場(chǎng)的成長(cháng)也呈現了有規律的波動(dòng)現象。從1975~2005年市場(chǎng)增長(cháng)率看，每10年都會(huì )出現兩個(gè)峰值（M型），峰值的平均高度大約在35%左右（圖3）。根據這一規律，可以認為大約在2007年左右，世界集成電路市場(chǎng)將迎來(lái)又一個(gè)新的增長(cháng)高峰。根據iSuppli公司的預測，2007年世界集成電路市場(chǎng)的增長(cháng)率將達到增長(cháng)周期的頂點(diǎn)（預計增長(cháng)率為10.6%），2009年又跌至最低點(diǎn)（3.7%），2010年開(kāi)始回升。由于庫存管理和產(chǎn)能控制得到改善，今后的半導體市場(chǎng)將趨于溫和型變化。
資料來(lái)源：根據中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )提供的數據制圖
圖3世界半導體市場(chǎng)增長(cháng)率的10年M型漲落
三、 集成電路產(chǎn)品10年左右從研發(fā)走向生產(chǎn)高峰
世界集成電路產(chǎn)業(yè)形成于20世紀70年代初期，從集成電路發(fā)明始，約經(jīng)歷了10年。CPU誕生于1971年，而IBM將其應用于PC并推向市場(chǎng)是在1981年，也是10年歷程。同樣，MOS工藝和CMOS工藝分別誕生于1962和1963年，而真正形成產(chǎn)業(yè)（以8008和8088為代表產(chǎn)品）則是在1972和1973年。
集成電路產(chǎn)品研發(fā)一般要經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)手段選擇、確定基本工藝、工藝改進(jìn)、用戶(hù)認證、批量生產(chǎn)到生產(chǎn)高峰幾個(gè)必要階段，這一過(guò)程大約也需要10年左右（圖4）。以DRAM為例，4Mbit存儲器1984年開(kāi)始選擇開(kāi)發(fā)手段，1986年確定基本工藝，1989年進(jìn)行用戶(hù)認證，1992年開(kāi)始批量生產(chǎn)，1994年達到生產(chǎn)高峰。同樣，16M bit存儲器的研發(fā)到生產(chǎn)高峰過(guò)程為1987~1997年，64M bit為1990~2000年，256M bit為1993~2003年，1G bit為1996~2006年。
圖4 集成電路產(chǎn)品從研發(fā)到生產(chǎn)高峰的10年規律
非易失性存儲器Flash（閃存）的基本原理雖曾在20世紀60年代后期提出，但直到1980年日本東芝公司才申請了有關(guān)專(zhuān)利，又經(jīng)過(guò)10年左右，才進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
1997年10月，中國華大集成電路設計中心在人民大會(huì )堂舉行了“金卡工程自主版權智能卡CPU產(chǎn)品發(fā)布會(huì )”，經(jīng)過(guò)近10年的努力，到2005年底，已在全國范圍內發(fā)行具有智能芯片的第二代身份證8000萬(wàn)張，2006年，將再發(fā)行8000萬(wàn)張，預計2007年將迎來(lái)發(fā)行高峰，這一年的發(fā)卡量將達到3億張。
四、 集成電路技術(shù)
10年左右由“新一代技術(shù)”引領(lǐng)
集成電路的關(guān)鍵工藝是光刻曝光和刻蝕?？紤]到光的折射、散射等效應，曝光光源的波長(cháng)應小于最小加工尺寸（當然，采用移相掩模、浸漬等輔助手段也可以做到最小加工尺寸小于光源波長(cháng)）。隨著(zhù)加工尺寸的不斷縮小，曝光機所采用光的波長(cháng)也在逐步縮短。如表2所示，1975~1985年，集成電路加工工藝最小尺寸大于1微米，故主流光刻技術(shù)采用波長(cháng)為436nm（約0.5μm），稱(chēng)為g線(xiàn)的紫外光源即可滿(mǎn)足工藝需求；1985~1995年，加工尺寸縮小到1~0.35μm，光源隨之變?yōu)閕線(xiàn)，波長(cháng)縮短到365nm（光刻機套刻精度120nm）；1995~2005年，主流光刻技術(shù)的光源為波長(cháng)248nm的準分子激光(Excimer Laser，光源為KrF)，光刻機套刻精度達到90nm；2005~2015年，波長(cháng)為193nm的EUV+浸漬式曝光將成為光刻主流技術(shù)，預計可以滿(mǎn)足32nm技術(shù)節點(diǎn)的加工需求。
表2集成電路技術(shù)每10年的變化
上述四個(gè)10年中，隨著(zhù)光刻技術(shù)的進(jìn)步和加工尺寸的不斷縮小，集成電路的集成度在沿著(zhù)摩爾規律的方向不斷攀升，CPU的工作速度每10年約增長(cháng)了10倍。同時(shí)，晶片（Wafer）直徑、設計工具和封裝形式也隨之發(fā)生變化。
1975~1985年，主流生產(chǎn)的晶片直徑為4~6英寸（1英寸=25.4毫米），設計工具以L(fǎng)E（版圖編輯器）和P&R(自動(dòng)布局布線(xiàn))為主，封裝的主要形式是DIP（雙列直插式封裝）；
1985~1995年，晶片直徑擴大到6~8英寸，設計工具在原有的基礎上增加了邏輯綜合 (Synthesis)的內容，封裝則出現了QFP（四邊引線(xiàn)扁平封裝）；
1995~2005年，8~12英寸的晶片成為生產(chǎn)線(xiàn)上的主要品種，設計工具開(kāi)始注重可制造性設計（DFM）的發(fā)展，封裝新形式為BGA（焊球陣列）；
2005~2015年，預計12英寸將成為主流， 16英寸晶片有可能出現，封裝將進(jìn)入SiP（系統級封裝）階段（表2）。
此外，經(jīng)濟學(xué)研究也表明集成電路產(chǎn)業(yè)存在著(zhù)技術(shù)上的10年周期規律。根據美國、日本和中國的數據，采用VAR模型(向量自回歸法)計算所得出的結果是：初始階段的技術(shù)影響力最大（以新息響應Innovation為表征），10年后，技術(shù)影響力逐漸不顯著(zhù)，需要新一代技術(shù)來(lái)引領(lǐng)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
該研究結果與上述光刻技術(shù)、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品生產(chǎn)、設計工具、封裝形式的10年變化得到了相互印證（圖5）。
資料來(lái)源：“從消費大國到產(chǎn)業(yè)強國”，2006年中國科學(xué)院院士大會(huì )報告，王陽(yáng)元
圖5 集成電路技術(shù)對產(chǎn)業(yè)的影響力變化
綜上所述，我們認為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展無(wú)論是市場(chǎng)還是技術(shù)均存在10年的周期性規律。研究規律是為了對今后的工作提出方向性意見(jiàn)，遵從規律是為了減少今后工作的盲目性。為此，我們建議中國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須提前10年根據市場(chǎng)和技術(shù)的發(fā)展規律進(jìn)行戰略部署，2005年~2015年的自主技術(shù)（包括產(chǎn)品）開(kāi)發(fā)工作應立即啟動(dòng)，2015年~2025年的基礎預研工作也應納入我們的計劃日程。
