IC品牌故事|从石油勘探中诞生的TI传奇

芯片迷不休息 2024-09-03 10:16:45
半导体工程师 2024年09月02日 10:41 北京

TI是Texas Instruments Incorporated的简称,中文名叫德州仪器公司,简称德州仪器,成立于1930年,总部位于美国德克萨斯州达拉斯。其主要业务是模拟芯片和嵌入式处理器等,产品种类包括放大器、音频、ADC/DAC、隔离器件、时钟和计时、接口、DLP、逻辑和电压转换、MCU和处理器、电源管理、电机驱动、射频和微波、传感器、开关和多路复用器、无线连接等17个类别,8万多个产品料号,应用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备,以及企业系统等市场。2023年全年收入为175.19亿美元,其中模拟产品营收为130.4亿美元,占比74%;嵌入式处理器产品营收为33.7亿美元,占比19%;其他为11.1亿美元,占比7%。全球约34,000名员工(截至2023年12月31日),服务客户超过了10万家。目前,TI的收入有75%来自直接销售,25%来自代理商等其他模式销售。

2021年后,TI在全球仅保留了艾睿一家代理商,在国内还有e络盟、WPG大联大集团、Digi-Key和贸泽电子四家小批量授权代理商。

TI自从2015年取代意法半导体成为模拟芯片龙头后,一直领先至今,其在全球模拟芯片市场的市占率在19%左右。接下来就请跟随芯查查一起探究一下TI的发展历程吧!

起源:在石油勘探中诞生的传奇

故事要从1930年说起。

那一年,美国的大萧条时代刚刚开始,有两位年轻人离开了Amerada石油公司,创立了一家基于基于信号处理技术的反射地震验测法勘探石油油田的公司Geophysical Service Inc(简称:GSI)。他们是约翰·克拉伦斯·凯彻(John Clarence Karcher)和尤金·麦克德莫特(Engene McDermott)。他们还招募了28岁在大公司Alcoa工作的Erik Jonsson,Jonsson刚开始还有点犹豫,但后来觉得小公司创业机会更大,于是加入了GSI,他有信心将GSI的信号处理仪器变得更便宜、更小、更轻和更便利。

1938年,GSI的技术在沙特的Abu Hadriy成功发现了一个大油田,验证了GSI技术价值,GSI逐步成长为石油勘探领域龙头公司,员工人数超过200人。

同一时期,GSI开始扩张,从石油勘探进军石油开采销售,引起了大客户的不满,于是GSI勘探和开采销售分成了两家子公司,打算分开经营。1939年,公司更名为Coronado Corporation,GSI成为子公司,McDermott任总裁。

然而即便这样,还是有一些客户因为利益冲突而流失了,1940年上半年收入为54万美元,亏损3.1万美元。

1941年Karcher以500万美元的价格,将GSI母公司Coronado Corporation卖给了Stanolind Oil & Gas(后来称为Amoco)。不过,该公司认为GSI石油勘探业务应该保持独立发展,因此,让时任管理层回购了GSI的股份,当时的价值约30万美元。Jonsson、Green、McDermott和Peacock等成为回购的主力,他们成为了TI未来的大股东。

也是在1941年,发生了珍珠港事变,美国参战第二次世界大战。GSI面临成立以来最大的挑战,公司海外很多勘探项目无法进行,需要寻找新的方向。于是他们决定试水国防军工,但GSI缺乏行业积累,于是由Jonsson带头开始在华盛顿混圈子,搞好跟国防部采购部门的关系。

1942年,GSI拿到了美国海军的一个测试项目MAD系统,数量是6套。这套系统主要的目的是帮助海军检测敌方潜艇的动向,原理就是基于潜艇移动带来的细微震动。刚好GSI原来做石油勘探也是做信号分析的,基于其原有的信号分析基础,MAD系统大获成功,因此,他们又接到了50份订单。后来,GSI成为了美国最大的潜艇侦察系统设备供应商。

尝到了MAD系统带来的甜头后,GSI树立了三大战略,开启创新尝试。三大战略是:成为军工电子设备供应商;探索非军工消费电子领域;持续做大做强原有石油勘探业务。

1945年11月,二战结束后,GSI聘用了海军中尉帕特里克·哈格蒂(Pat Haggerty),他曾经负责监管GSI为美国陆军、陆军信号兵团和美国海军提供探测设备的合同,后来他成为了TI的总裁。

1946年,GSI建立侧重于电子设备的实验室和制造(Lab and Manufacturing,即L&M)部门。成立时,该部门有85名成员,主要进行创新方向和业务探索,负责人是Haggerty。

1948年,GSI的营收达到500万美元,1950年达到760万美元,其中石油勘探和制造部门(主要是军工)收入各占一半。

转型:开启半导体之路

进入到1950年,在Haggerty的带领下,L&M部门凭借国防方面的合同,迅速超越了GSI的地理部门。此时,Jonsson成为GSI公司的总裁,公司营收80%都来自国防军工业务。

1951年,GSI公司迎来了历史性的转变,正式更名为“德州仪器”。此前,GSI确定了多元化的发展战略,但GSI这个名字与地质勘探关系太深,影响到了公司的发展,于是管理层决定更换新的公司名称,他们最开始想用General Instruments,后来发现有重名,因此换成了德州仪器(Texas Instruments,简称TI)这个名称。同时,公司调整组织架构,GSI变成了子公司,TI则成为了母公司的名称。管理层方面,McDermott 被任命为主席;Jonsson 被任命为总裁;Green 领导 GSI 部门;Patrick Haggerty被任命为执行副总裁兼董事。

1951年,ATT的子公司,贝尔实验室销售渠道Western Electric宣布对外授权晶体管的专利,任何愿意支付2.5万美元版权费的公司都可以获得授权(当时还是一笔不小的费用),TI第二天就寄过去了支票(借钱买的)。TI通过购买晶体管许可证进入半导体领域。

1952年,贝尔实验室有一个8天的课程,教授交了版权费的39家公司制作晶体管,TI的工程师认真听讲做笔记,问问题。实际上,TI对布局半导体产业充满信心,他们一方面觉得自己有基础技术研发、制造能力;另一方面自己不像其他大公司在真空管上有繁重布局,可能成为转型晶体管的拖累,可以轻装上阵。1952年,TI收到第一个晶体管订单(单价100美元生产10个晶体管),即使当年只有一笔订单,TI的管理层还是给了半导体业务25万美元预算,其中7.5万美元用于采购设备。

Haggerty相信晶体管可以集成到有利可图的新一代消费品当中,于是在《纽约时报》上刊登了招聘研究总监的广告。随后,老家位于德州的戈登·蒂尔(Gordon Teal)被雇佣,于1953年1月1日开始在TI担任助理副总裁。此前他在贝尔实验室工作,还发明了一种应用直拉法生产极纯的锗单晶的方法,大大改进了晶体管制造。

1952年,由于新业务发展急需资金,TI考虑上市,但由于其股东只有28个,并不符合直接IPO条件,于是TI选择了合并上市。

1953年10月1日,TI与一家主业是橡胶生意的Intercontinental Rubber Co. 合并在NYSE上市,市值2,100万美元。同年,TI建立了中央研究实验室(CRL),从各方面完全对标贝尔实验室。为了扩大经营范围,TI收购了Engineering Supply Company 和 Houston Technical Laboratories(HTL)。其中HTL主要产品是科学仪器,包括沃尔顿重力仪。

1954年3月,TI的工程师们利用高精硅成功结晶了NPN型晶体管,在行业还在讨论晶体管最佳材料到底是硅,还是锗的时候,TI已经掌握了制作硅晶体管的技术。此外,TI的高精硅当时都采购自Dupont,公司担心后续被卡脖子,于是开始布局自己原材料高精硅布局,招募化工工程师,到1956年,公司具备供给自身高精硅原材料的能力。实际上,在后来多年里,TI都是全球重要的高精硅原材料提供商,1995年,TI的高精硅原材料厂被出售给MEMC,公司聚焦半导体设计和生产。

1954年,晶体管刚刚开始推出的时候,业界面对高科技的晶体管和成熟且价格便宜的真空管时,对晶体管普遍还是观望的态度,TI需要为新产品寻找一个应用。TI决定自己做一款新产品,给市场打个样。TI的工程师设计了一款晶体管收音机Regency TR-1,且与合作伙伴IDEA联合推出,后者负责品牌和渠道销售。收音机定价49.95美元。虽然这款收音机性能平平,但由于小尺寸的便携性和新颖性,成为了1954年圣诞节期间的畅销产品,销售了15万台。TI后来发现,他们收音机的定价太低了,至少需要60美元售价才能获得合理的利润。不过,好处是这款不赚钱的商品,吸引了真正收音机厂家的注意,后来TI销售了200万个晶体管给GE、Zenith等收音机厂商。

最重要的是,IBM开始成为TI的重要客户。晶体管收音机的案例,为TI积累了口碑,打开了市场。这些创新标志着TI正式踏入了全球半导体市场,并迅速确立了自己在这一领域的地位。

创新:集成电路的发明

就1958年,出生于1923年的杰克·基尔比(Jack Kilby)加入TI。当时TI主要在军方项目探索电路微型化路径,Jack设想将诸多电路零件整合到一块半导体电路板上是一个值得尝试的主意,于是,他基于这个设想在德州实验室研发出了世界第一个基于锗器件的集成电路。并于1959年2月6日,向美国专利局提交了第一个集成电路专利。

不过,同年Fairchild(仙童半导体)的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)也创建了类似的集成电路,不过他是基于硅器件设计的,因此,他也被认为是集成电路的发明者。

就是因为这个集成电路的发明专利问题,TI与仙童进行了长达7年多的专利大战,直到1966年,富兰克林学会给两人都授予了巴兰丁奖,将Jack Kilby誉为“第一块集成电路的发明家”,Robert Noyce誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。最终,德州仪器和仙童半导体也达成和解,共享集成电路的专利。

集成电路的诞生使得电子设备能够变得更小、更快、更可靠,为后来的计算机和数字技术革命奠定了基础。基尔比因此获得了2000年的诺贝尔物理学奖。为例纪念这位为德州仪器作出贡献的天才,德州仪器于他去世后的第三年,2008年创建了一个以基尔比命名的实验室。

成为计算器之王:TI的标志性产品

结合集成电路技术发展,小型化便携式计算器成为1970年代热门赛道,TI早在1967年就推出代号“Cal Tech”的手持计算器。20世纪70年代,德州仪器在计算器市场中崭露头角。

1972年,TI推出了定价149美元的革命性手持计算器TI2500。1974年,推出了科学计算器SR-50,定价同样150美元,收获了大量工程师粉丝。然而,很多企业开始进入计算器行业,并掀起了价格战,TI开始减少型号数量,聚焦核心产品。

1990年代,TI进一步推出了图形科学计算器TI-84和TI-89,开始在教育领域普及(学生喜欢形象化呈现)。TI也顺势开始深入教育产业布局,推出T3项目,加深与大学教育合作,拓展市场同时塑造品牌,助力TI科学计算器成为行业标准。2004年,TI每年计算器年销量仍然达到10万台。即使到目前,仍然贡献每年3%左右收入,且属于高利润产品。

这些计算器不仅成为了学习工具,还伴随着无数人走过了学业与职业生涯。

计算器业务进一步加深公司和教育界关联。1978年,TI又推出一个定制化4位Microcontroller,基于其推出了Speak&Spell(如下图)复读机产品。这款产品在用户调研期,结果显示当时小孩已经不靠死记硬背学拼写了,然而Speak&Spell一经推出马上成为了爆品,再度证明了用户调研无法发现当时不存在的用户需求。

图片来源:网络

此后,TI又推出一系列Speak& Math,Speak&Read,Speak&Music,等一系列教育辅助电子产品,其也奠定后来同类产品的行业标准。虽然后来TI业务重构中,将这类消费电子产品业务出售,但TI和教育界的关系却源远流长持续下来。

重新定位:聚焦模拟赛道与信号处理

进入20世纪90年代后,TI做出了关键的战略调整,剥离了与半导体业务无关的部门,专注于模拟和嵌入式处理器领域。这一战略让TI在全球半导体市场中脱颖而出,其产品应用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备等多个市场。

这个转变从1989年开始的,当时TI的CEO Jerry Junkins成立了Vision 2000项目,核心目的是搞清楚未来趋势,TI的定位,以及实现路径(还是之前说的目标、战略和战术)。1993年,又成立了Strategy Leadership Team(SLT),由公司高管和核心员工组成,核心就是制定公司长期发展战略。最终,公司逐步制定几个大方向:

TI的目标是保持现有产品竞争力,但是逐步转型更加专用化的技术和产品,包括ASIC(应用专用IC),Advanced Linear Device(模拟设备),Microcontroller和special-purpose Processors。

要持续培育人才队伍,能够带来TI跨越技术迭代周期的队伍。

公司内部发动员工提议看好的未来科技趋势,最终有6个方向被选中:相机、互联网广播、为PC音箱提供广播插件、数字马达控制器、移动电话处理器、光栅图像处理技术。

在PC普及当时,TI看好互联网的未来(当时也有信息高速公路提法),但总而言之就是智能设备加速连接的时代,多媒体、沟通等成为刚需,而数字信号处理也将成为刚需。如果把CPU比喻成为人的大脑,TI的模拟芯片+数字信号处理则有点像人的触觉、知觉之类。最终聚焦模拟芯片+信号处理,成为TI确立的两大发展战略方向。且基于芯片整合的趋势,TI立志成为信号处理领域的系统整合商(芯片集成+软件集成),为客户提供整合解决方案。

1990年后,TI布局模拟赛道的战略方向确定后,公司开始加大资源布局。公司奖模拟产品分为两大部门,即HVA(High Volume Analog,高压模拟)和HPA(High Performance Analog,高性能模拟)。

1999年,TI连续收购了7家公司。包含拥有射频业务的 Butterfly VLS和 ATL Research A/S、DSP 相关编码软件的 Telogy Networks、宽带业务相关的 Libit Signal Processing 以及从事开关稳压器业务的Power trends 和汽车传感器的Integrated Sensors Solutions。其中最大的一笔是,TI 以 12 亿美元并购了 Unitrode 的电源管理 IC、电池管理 IC 和接口等业务,进一步巩固了 TI 模拟市场的份额。

2000年,TI收购了 Burr Brown(别称:BB)。TI 花费76亿美元收购Burr-Brown(TI历史上最大金额并购),补充了TI 的数据转换器和放大器产品组合,极大增强了其在数据转换器和放大器市场的竞争力使 TI 在模拟业务排名中仅次于 ADI,位居第二。

2011年,TI收购了国家半导体(National Semiconductor,别称:NS、NSC)。TI 花费 65 亿美元并购 National Semiconductor,此次并购进一步完善了德州仪器在电源管理、显示驱动器、音频运算放大器、通信接口产品(以太网)和数据转换方案等领域的产品布局。同时,通过吸收 National Semiconductor的产能,德州仪器实现了晶圆制造产能的显著提升。

2021年,TI花费9亿美元收购了美光科技位于犹他州Lehi的300mm晶圆厂,增强其制造和技术方面的竞争优势。

信号处理方面,TI基于其石油勘探时积累的信号处理技术,以及在半导体领域积累的软硬件技术能力,在1979年推出了整合的数字信号处理DSP芯片。最初,DSP芯片属于典型破坏式技术创新,没有确定的应用场景,TI将开发团队限制在了20~30人小团队。开始DSP机会没有应用市场,TI通过教育市场入手,资助大学开发DSP相关的课程、编程工具等,举办各种行业会议,加速第三方生态拓展。最后,DSP在硬盘、基带、图像处理等应用场景得到了应用。如今DSP市场中,TI的份额一家独大。

未来展望:持续投入,保持创新能力

2013年~2023年,TI的资本支出由4.1亿美元增长到2023年的50.7亿美元。2024年,TI持续扩大资本支出,Q1资本支出为12.48亿美元,较去年同期增长27.09%。Q2资本支出为10.64亿美元,预计今年的总资本支出为50亿美元。按照公司展望,TI后续资本开支计划是,50亿美元每年的资本开支要持续到2026年,2027年开始下降。

TI的研发投入整体而言也在不断加码,2013年~2023年,TI的研发费用从15.22亿美元,增加到了18.63亿美元。

产能方面,TI还在持续扩产中,其当前新扩产能中均为12英寸产能,其中,RFAB2厂(2022年底投产),满产产值60亿美元;LFAB1厂,2022年底投产;LFAB2厂,2023年2月开建,计划2026年开始投产;S1~S4四个工厂,S1/S2建设中,计划2025年S1投产。

今天,德州仪器不仅在半导体领域持续创新,还积极参与推动5G、物联网、自动驾驶等前沿技术的发展。TI致力于通过不断优化产品性能、降低成本、提升生产效率,继续为全球电子行业提供核心支持。未来,TI将继续引领科技发展,为人们创造更美好的生活。

Tips

截至发稿前,芯查查已收录TI物料数据、应用方案,datasheet覆盖已收录TI物料达75%(持续更新中),国内外及同品牌替代料等信息。

来源于芯查查,作者程文智

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