20年芯片拆解，见证半导体的“进化”

文｜半导体产业纵横

半导体行业在过去20年里发生了翻天覆地的变化。

过去20年是一系列持续不断的重大变革。受金融危机、日本大地震、新冠疫情以及人工智能的爆炸式增长等因素的影响，半导体业务和技术趋势持续变化。本文想简要地谈一谈从2005年到如今主流的变革。笔者希望本文以事实为依据，因此本文只收录了100%有照片证据支持的内容。

图1展示了一块印有2005年字样的芯片。2005年是数字媒体、网络设备和手机爆炸式增长的时代。

如今仍在各自领域占据领先地位的制造商，在20年前也是顶尖制造商。像Cirrus Logic（一家产品被100%用于苹果产品的美国公司）和德州仪器这样的公司，一直在开发自那时以来始终保持不变的产品，这是因为他们拥有核心竞争力。

图1:2005 年的芯片示例。芯片的演变至今仍在继续 来源：Techanalye 报告

2005年，联发科在日本仅以其DVD控制器和其他设备而闻名，并为日本以外的亚洲手机生产芯片。图中所示的"MT6229"是联发科当时的重磅芯片。最初的标识与现在的有所不同，刻在芯片上。联发科在2010年左右取得了突破，但进入智能手机市场的速度较慢。然而，到2015年，它已达到与高通相当的地位。这不仅是其不懈努力的结果，也是其在中国中端市场的稳固主导地位的结果。

瑞萨电子20年来一直是领先的汽车微控制器制造商之一，至今仍是如此。其在汽车领域积累的专业知识、技术和经验使其成为核心竞争力。

图2（左）展示了中国半导体制造商的部分SoC（CPU + GPU + 视频），这些SoC在2010年左右突然涌入全球市场。许多其他中国制造的SoC也占据了市场主导地位。即使在日本，MP3播放器和便携式视频播放器等低成本设备在2010年也已被中国半导体所主导。

图2：中国半导体在 2010 年代取得了长足进步 来源：Techanalye 报告

美国制造商最了解这种情况。TI 于 2007 年退出先进半导体工艺开发，明确外包给中国台湾，随后停止了OMAP 移动处理器的开发，而该处理器在手机市场占有率最高。

日本制造商比TI 晚几年做出了同样的决定，但这些延迟被证明是致命的。图 2 右侧仅显示了截至 2025 年中国 SoC 的几个示例。市场正在稳步扩大，其中一些采用 RISC-V 内核，另一些则被应用于最新的媒体设备。中国SoC 已经积累了超过 15 年的经验，正在稳步进入更具挑战性的领域，例如专门用于 AI 的 SoC 和用于服务器的多核 SoC。

图3展示了过去20年中发展最快的半导体厂商联发科的部分历史。与TI一样，美国ADI公司在2000年代后期，受中国厂商SoC和手机崛起的影响，退出了手机领域，同时将RF业务出售给联发科。联发科从ADI公司手中收购了RF业务，并大幅扩张了手机业务，在手机热潮中占据了很大的市场份额。2012年，联发科收购了当时全球电视SoC市场份额第一的中国台湾MSTAR，加上自身第二的市场份额，一举占据了压倒性的第一名。联发科已经做好了迎接Android TV普及的准备。

图3：通过并购强化功能，加速规模扩张 来源：Techanalye报告

芯片组崛起

图4展示了过去20年的一个重大变化。虽然每家公司都有自己的核心竞争力，例如在模拟或内存方面的优势，但仅靠模拟或内存无法构建系统。一个系统需要将数字、模拟、内存、传感器和其他组件组合在一起，并在其上实现软件。芯片组的结构决定了智能手机的成败。

从多家公司购买芯片并由系统制造商自行生产，一旦出现问题，就需要进行大量的返工。高通和华为开发了集成处理器、通信、电源和其他组件的芯片组，并自行构建了完整的系统。这种方法目前正被应用于高性能无人机、车载信息娱乐(IVI) 系统以及最新的机器人技术。过去20年最大的变化是，高通和英伟达已经从单个芯片性能的竞争转变为整个系统性能的竞争，与芯片组和内存制造商合作并开发专有接口。

图4：华为和高通芯片组 来源：Techanalye 报告

从芯片看英特尔

图5展示了英特尔2015年至2020年的旗舰产品"CORE"系列。在此期间，英特尔寻求第二或第三个增长轴，收购了生产FPGA的Altera、生产视觉处理器的Movidius以及生产高级驾驶辅助系统（ADAS）芯片的Mobileye。

与此同时，在大约六年的时间里，英特尔的核心竞争力——CORE系列——继续使用与2014年CORE-M相同的14纳米制造工艺，而台积电和三星电子则以两年一次的速度对其进行改进。CPU架构基本保持不变，只有微小的变化。如果被收购的公司能够发展壮大，这倒也情有可原。

然而，与联发科等旨在发展核心业务的公司进行并购不同，英特尔的收购大多与其核心业务无关，并未促进公司向芯片组转型或强化其系统架构。因此，英特尔已经剥离了部分收购的业务。增强系统能力的收购和不增强系统能力的收购是完全不同的事情。

图5：显示英特尔的芯片（第1部分） 来源：Techanalyte 报告

图6展示了英特尔在 2020 年代初期的规划。从 2024 年开始，他们将把重点转向"CORE Ultra"，即利用 CHIPLET（将多片芯片组合在一起）的技术。但直到2023 年，他们仍将 P 核和 E 核组合在单片芯片上，并使用英特尔10nm 工艺（INTEL7）进行制造，这标志着英特尔长期以来的首次变革。不过，这并非重大变革，仍在当时所有人的预期范围内，此后也仅进行了反复的小幅修改。

图6：显示英特尔的芯片（第2部分）来源：Techanalyte 报告

在新任首席执行官的领导下，英特尔正在实施大胆的改革，但可能需要数年时间才能看到任何明显的成效。

克服开发成本上升的智慧

图7显示了过去20年来的第二个重大变化。这就是所谓的跨界半导体的兴起。消费领域使用的半导体也越来越多地应用于汽车和工业领域。

图7:2020年代，消费品用于汽车应用的案例增多 来源：Techanalye报告

二十年前，由于温度特性、可靠性和测试项目的差异，半导体通常被分为消费类和汽车类。然而，如今，随着微型化和软件规模的扩大导致开发成本上升，即使是顶级制造商也已无力分别开发这两种产品。

从经济角度来看，更合理的做法是大量销售消费类半导体，增加贬值芯片的测试项目，并将其重新用于汽车、工业和航天领域。另一个优势是测试模式和软件可以重复使用。未来，开发成本高达数百亿日元的超精细处理器不太可能只用于一个领域。毫无疑问，无论做什么都使用高价产品的趋势将逐年加速。

可扩展设计的建立

图8展示了可扩展开发体系的建立。上图展示了 Apple 最新的处理器 M4 和 A18，下图展示了 NVIDIA 最新的 GPU GeForce RTX 5000 系列，该系列采用 Blackwell 架构。这两款产品都应用于众多热门产品中。市场需求分为高、中、低（日语中称为"sho, uchiku, ume"）。

一些用户偏爱最昂贵的顶级处理器，而另一些用户则更喜欢价格更实惠、更便捷的解决方案。为了满足市场需求，开发单独的"sho, uchiku, ume"处理器需要多个开发团队。

Apple 和 NVIDIA 处理器均采用单一的可扩展设计。高端处理器占据了整个产品线的主导地位，随着产品线的下移，CPU 和 GPU 核心的数量会逐渐减少。同时，内存接口通道和 PCI Express 通道的数量也会减少。sho, uchiku, ume 设计仅根据核心数量进行调整。一旦设计难度最高的超高端处理器完成，整个产品线就可以通过单一、持续的精简流程打造出来。

过去十年的一大亮点是，这种方法已被众多制造商广泛采用。由三个团队分别开发每个步骤会增加成本，而且开发效率也从未提高。展望未来，在超小型化时代，设计规模将不断扩大，变得更加复杂，AI 设计可能会变得更加复杂，从而进一步推进单一设计的创建过程。

图8：使用相同核心的可扩展设计 来源：Techanalye 报告

芯片上晶体管的数量将在25年内增加4500倍

图9将 NVIDIA 25 年前的"NV11"与 2025 年的顶级"GeForce RTX 5090"进行了比较。多个领域已经取得了数千倍的数值进步。如果类似的进步在接下来的 25 年继续下去（尽管速度会有所放缓），我们很可能会看到超出我们今天想象的变化。

虽然这看起来可能过于简单，但图9 所示的变化大约用了 9000 天的时间。晶体管的安装数量增加了约 4500 倍，日增长率为0.22%。

图9：NVIDIA芯片25年来的变化 来源：Techanalye报告

瞬息万变的半导体行业

图10：标有2005年年份的芯片及其制造商。20 年来它们发生了哪些变化？来源：Techanalye 报告

图10以20年前的硅片作为本文的结尾，上面标注着2005年的日期。笔者添加了上面刻着的制造商名称，以及这些名称是如何通过并购和兼并而变化的说明。其实还有很多照片，但由于篇幅限制，笔者将范围缩小到12家公司。

很明显，半导体行业在过去20年里发生了翻天覆地的变化，中国制造商的崛起以及老牌公司的整合和淘汰是主要原因。它就像一个万花筒，每次看它的图案都会发生变化。不仅仅是在半导体行业，在任何行业，如果看不到对手就很难竞争。