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美國(guó)科技的發(fā)達(dá)與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有著密不可分的關(guān)系,擁有設(shè)備、材料、設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)全產(chǎn)業(yè)鏈的半導(dǎo)體企業(yè),僅上市公司就近百家。在剛剛出爐的 2016 年二十大半導(dǎo)體公司中,美國(guó)半導(dǎo)體公司為 8 家,近乎占據(jù)了一半的席位。
談到美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大家首先想到的是硅谷。“硅”是第一代半導(dǎo)體材料,在 20 世界 60 年代成為主流。硅谷這個(gè)詞最早是由 Don Hoefler 在 1971 年創(chuàng)造的,“硅”是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐钠髽I(yè)多數(shù)是與由高純度的硅制造的半導(dǎo)體及電腦相關(guān),“谷”則是從圣塔克拉拉谷中得到。硅谷隨著 20 世紀(jì) 60 年代中期,隨著微電子技術(shù)高速發(fā)展而逐步形成的。
硅谷的發(fā)展有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),高校、企業(yè),以擁有雄厚科研實(shí)力的斯坦福、加州大學(xué)伯克利分校等世界知名大學(xué)為依托,以高技術(shù)的中小公司群為基礎(chǔ),并擁有英特爾、惠普、蘋果等大公司。硅谷是科學(xué)、技術(shù)、生產(chǎn)為一體的科技產(chǎn)業(yè)的先鋒,擁有大大小小電子工業(yè)公司達(dá) 10000 家以上,生產(chǎn)的著超過(guò)全美三分之一的半導(dǎo)體集成電路、生產(chǎn)著超過(guò)全美六分之一的電子計(jì)算機(jī)。上世界 80 年代形成了國(guó)際性的“硅谷熱”,許多國(guó)家紛紛建立自己的“硅谷”,以發(fā)展本國(guó)的先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
本期《芯片世界地圖》與非小編將帶著大家一起看看美國(guó)半導(dǎo)體與硅谷的故事。
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硅谷的故事
硅谷不是一個(gè)地理名詞,在地圖上一般不做標(biāo)注。我們先來(lái)看一下硅谷的地理位置,起先硅谷僅包含加利福尼亞州圣塔克拉拉山谷(舊金山南)是由西北伸向東南的狹長(zhǎng)谷地,主要在圣塔克拉拉縣和圣何塞市境內(nèi),之后逐漸擴(kuò)展,周邊如圣馬刁縣,阿拉米達(dá)縣的一部分也被包括進(jìn)去。除了聚集著美國(guó)的大量高新企業(yè),日本、法國(guó)、荷蘭、南朝鮮、印度等國(guó)也在硅谷進(jìn)行投資建廠。
硅谷的發(fā)展崛起并非單一原因造就,而硅谷的故事也并非是一個(gè)高科技產(chǎn)業(yè)園這么簡(jiǎn)單,很多有血有肉的人物為此貢獻(xiàn)巨大。
最初,硅谷只是是美國(guó)海軍一個(gè)工作站點(diǎn),后被 NASA 接手。鑒于沒(méi)有沒(méi)有民用高科技企業(yè)的苦楚,斯坦福才華橫溢的 Frederick Terman 教授在學(xué)校設(shè)立方案并鼓勵(lì)學(xué)生們?cè)诋?dāng)?shù)匕l(fā)展“創(chuàng)業(yè)投資”事業(yè)。在 Terman 的指導(dǎo)下,他的兩個(gè)學(xué)生比爾·休利特(Bill Hewlett)和戴維·帕卡德(David Packard)在一間車庫(kù)里僅憑 538 美元建立了惠普公司(Hewlett-Packard)。如今,這間車庫(kù)成為了硅谷發(fā)展的一個(gè)見(jiàn)證是硅谷重要發(fā)源地之一。
1951 年 Terman 成立了斯坦福研究園區(qū),一些較小的工業(yè)建筑以低租金租給一些小的科技公司,而這漸漸成為重要的技術(shù)誕生地。
隨后,半導(dǎo)體工業(yè)里程碑的人物威廉·肖克利搬到了這里。對(duì),肖克利就是 1956 年因三極管而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的人物。巴丁、布拉頓發(fā)明了第一個(gè)半導(dǎo)體三極管,而肖克利進(jìn)行微創(chuàng)新發(fā)明了改進(jìn)型的三極管,這也成為使用最多的三極管類型。1953 年由于與同事的分歧而離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室,1956 年他搬到這里建立肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室。肖克利也從東部召來(lái)八位大將組成“博士生產(chǎn)線”。但是這八位年輕人很快發(fā)現(xiàn)肖克利刻薄古怪、極難相處,而肖克利實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展也不順,于是集體出走。而這八位年輕人就是被肖克利稱為八叛逆的 Eugene Kleiner(尤金 - 克萊納)、Gordon Moore(戈登 - 摩爾)、Jay Last(杰 - 拉斯特)、Jean Hoerni(金 - 赫爾尼)、Julius Blank(朱利亞斯 - 布蘭科)、Robert Noyce(羅伯特 - 諾伊斯)、Sheldon Roberts(謝爾頓 - 羅伯茨)與 Victor Grinich(維克多 - 格林尼克)。
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八叛逆出走之后,在著名的投資人亞瑟洛克的幫助下,找到了投資人 Sherman Fairchild(謝爾曼費(fèi)爾柴爾德),投資 150 萬(wàn)美元?jiǎng)?chuàng)建了仙童半導(dǎo)體。仙童半導(dǎo)體是第一家把硅晶體管商業(yè)化的公司,當(dāng)時(shí)其他的半導(dǎo)體公司都在采用鍺工藝。
- 1958 年,第一批晶體管 2N697,采用臺(tái)面型硅工藝
- 1958 年,Jean Hoerni 將臺(tái)面工藝改進(jìn)為平面工藝,半導(dǎo)體工藝的巨大進(jìn)步可減少加工難度、降低生產(chǎn)成本并提高了晶體管的性能,2N1613 是世界上第一顆平面硅晶體管
- 1960 年,在一片晶圓上集成了四個(gè)晶體管,Robert Noyce 發(fā)明世界上第一個(gè)硅集成電路
- 1963 年,模擬設(shè)計(jì)大師 Robert Wildlar 加入仙童,他利用仙童的工藝設(shè)計(jì)模擬運(yùn)算放大器
- 1964 年推出的 uA702 與 1965 年推出的 uA709 成為劃時(shí)代的產(chǎn)品
仙童這樣統(tǒng)治了當(dāng)時(shí)的模擬集成電路市場(chǎng),從 1960 年到 1965 年,仙童每年的銷售額都翻一番,1966 年的時(shí)候仙童已經(jīng)是第二大半導(dǎo)體公司,僅次于德州儀器。
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八叛逆對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體重大貢獻(xiàn)不僅僅是 1960 年 Robert Noyce 發(fā)明了集成電路技術(shù),1965 年摩爾更是總結(jié)了出了集成電路上面的晶體管數(shù)量每 18 個(gè)月翻一番的規(guī)律—— “摩爾定律”。
硅谷的“最強(qiáng)音”并沒(méi)有在仙童這條線上停留多久,就像肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室一般,隨著 Sherman Fairchild 全資收購(gòu)了八叛逆的股份,八叛逆相繼出走開(kāi)始建立自己的新公司。
- 1961 年,Jean Hoerni、Jay Last 和 Sheldon Roberts 出走,創(chuàng)辦從事半導(dǎo)體測(cè)試業(yè)務(wù)的 Amelco 即后來(lái)的 Teledyne(泰瑞達(dá))
- 1962 年,Eugene Kleiner 出走并創(chuàng)辦了 Edex,1967 年又創(chuàng)辦了 Intersil
- 1968 年,Noyce 離開(kāi)仙童,并拉走仙童半導(dǎo)體研發(fā)總監(jiān)的 Gordon Moore,共同創(chuàng)辦了英特爾公司
隨后 Victor Grinch、 Julius Blank 也離開(kāi)了仙童。
仙童逐漸沒(méi)落,但是仙童半導(dǎo)體對(duì)硅谷有影響巨大。由仙童雇員所創(chuàng)建的公司在硅谷乃至全美國(guó)卻超過(guò)百家,其中 92 家為上市公司,與八叛逆有關(guān)的公司達(dá)到了 65 家。
硅谷故事的“最強(qiáng)音”便交給了與仙童有著淵源的半導(dǎo)體公司,比如英特爾。
由此可見(jiàn),硅谷有著一支強(qiáng)大的“仙童幫”,他們與仙童有著說(shuō)不盡的淵源。與此同時(shí),象征刺激、冒險(xiǎn)、雄心勃勃的硅谷精神,硅谷有著另外一個(gè)派別,這就是“PayPal 幫”,一個(gè)現(xiàn)在 IT 業(yè)精英派。
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政府的推動(dòng)
看到上面的敘述,總感覺(jué)硅谷的崛起與美國(guó)半導(dǎo)體的故事離美國(guó)政府很遙遠(yuǎn),其實(shí)美國(guó)政府在半導(dǎo)體的發(fā)展上面也貢獻(xiàn)了巨大的力量。
上世紀(jì) 80 年代中期前,美國(guó)一直穩(wěn)坐世界半導(dǎo)體老大的位置,并占據(jù)世界半導(dǎo)體市場(chǎng)超 60%的份額。然而在日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起之下,美國(guó)半導(dǎo)體業(yè)市場(chǎng)份額逐漸下滑,1986 年被日本趕超。應(yīng)對(duì)被趕超的事實(shí),美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)工藝研發(fā)方面投入大量資源,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率;同時(shí)國(guó)防部牽頭與美國(guó)多家 IC 企業(yè)成立半導(dǎo)體制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(SEMATECH),促進(jìn)元件廠與設(shè)備供應(yīng)商的合作關(guān)系,加速半導(dǎo)體設(shè)備、材料的研發(fā)和工藝標(biāo)準(zhǔn)化工作。此外,美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型,放棄競(jìng)爭(zhēng)激烈 DRAM 領(lǐng)域,重點(diǎn)發(fā)展微組件及 LOGIC 等附加價(jià)值高產(chǎn)品,形成本國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)獨(dú)特的創(chuàng)新能力,2003 年起重新奪回世界半導(dǎo)體業(yè)老大的位置。
美國(guó)政府極其重視集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展,采取一系列措施扶持:
- 利用政府采購(gòu)創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)需求
- 通過(guò)發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)投資市場(chǎng)為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供資金支持
- 綜合利用外交、貿(mào)易等手段為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造良好的外部環(huán)境
明星企業(yè)
美國(guó)的半導(dǎo)體企業(yè)眾多,與非小編實(shí)在無(wú)力一一列舉。放眼全美,我們按照各領(lǐng)域的精英企業(yè)為大家進(jìn)行羅列。
IDM、Fabless 雙榜首被美國(guó)拿下
英特爾,總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉,穩(wěn)坐全球前 20 大半導(dǎo)體公司老大的位子多年,是一個(gè) IDM 公司即從設(shè)計(jì)、到制造、到封裝測(cè)試以及投向消費(fèi)市場(chǎng)一條龍全包的企業(yè)。作為全球科技行業(yè)引領(lǐng)者之一的英特爾,為科技發(fā)展做出了眾多貢獻(xiàn)。從最初的 PC,到近幾年相繼拓展出來(lái)的人工智能、精準(zhǔn)醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域,英特爾已經(jīng)從一家 PC 芯片廠商成功轉(zhuǎn)型成為綜合性的科技企業(yè)。
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高通,總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈,是手握大量高價(jià)值專利的無(wú)線通信行業(yè)巨擘,采用 Fabless 模式。在掌握大量專利組合的同時(shí),高通公司還積極參與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。在過(guò)去幾年,高通相繼收購(gòu)了 Atheros、CSR,目前高通手機(jī)處理器芯片占據(jù)除華為以外幾乎所有手機(jī)廠商旗艦機(jī)和大部分中端機(jī)。而今年 10 月 27 日,高通更是宣布以 470 億美元收購(gòu)恩智浦半導(dǎo)體(NXP),高通在汽車電子方面的野心表漏無(wú)疑。
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IC 設(shè)計(jì)企業(yè)
全球 10 大 IC 設(shè)計(jì)企業(yè)中,美國(guó)占據(jù) 6 席高通、英偉達(dá)、AMD、蘋果、美滿、賽靈思。2016 年,英偉達(dá)、AMD、賽靈思都實(shí)現(xiàn)了營(yíng)收增長(zhǎng),英偉達(dá)近年來(lái)除在游戲領(lǐng)域多有著墨外,在數(shù)據(jù)中心與車用電子應(yīng)用的成長(zhǎng)幅度相當(dāng)亮眼;AMD 在半客制化、嵌入式與企業(yè)端領(lǐng)域逐漸展現(xiàn)成效。
英偉達(dá),總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉,創(chuàng)立于 1993 年是一家以設(shè)計(jì)智核芯片組為主的半導(dǎo)體公司。在可編程圖形處理器方面擁有先進(jìn)的專業(yè)技術(shù),是全球圖形技術(shù)和數(shù)字媒體處理器行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商。作為一家無(wú)芯片 IC 半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司,英偉達(dá)有自己的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)芯片,但將芯片制造工序分包給其他廠商。
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AMD,總部位于美國(guó)加州桑尼維爾,專門為計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子行業(yè)設(shè)計(jì)和制造各種創(chuàng)新的微處理器、閃存和低功率處理器解決方案。AMD 是目前業(yè)內(nèi)唯一一個(gè)可以提供高性能 CPU、高性能獨(dú)立顯卡 GPU、主板芯片組三大組件的半導(dǎo)體公司,AMD 提出 3A 平臺(tái)的新標(biāo)志,在筆記本領(lǐng)域有“AMD VISION”標(biāo)志的就表示該電腦采用 3A 構(gòu)建方案。現(xiàn)在的桌面 CPU 市場(chǎng)基本是 A 家和 I 家的廝殺為主,經(jīng)過(guò)多年的廝殺,AMD 如今在高端領(lǐng)域給英特爾吊著打,只剩下低端市場(chǎng)的份額了。盡管 2016 年是一個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)洗牌的風(fēng)波年,在 AMD Zen 反復(fù)跳票的情況下,AMD 卻股價(jià)大漲,而最近 AMD 與谷歌合作要深入“探討”人工智能的大哲學(xué)。
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蘋果,總部位于加利福尼亞州庫(kù)比蒂諾,以消費(fèi)電子為核心業(yè)務(wù)的公司。而其堪稱決勝千里“核武器”是強(qiáng)大的 IC 設(shè)計(jì)部門。蘋果的芯片只用于它自己的手機(jī),因?yàn)樘O果手機(jī)的銷量很高,所以蘋果的芯片出貨量和研發(fā)能力很強(qiáng)。蘋果的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為 iPhone 打造了一個(gè)無(wú)法被輕易跨越的護(hù)城河,除了 A 系列處理器擁有優(yōu)秀效能之外,蘋果也因而取得強(qiáng)勢(shì)的議價(jià)能力,產(chǎn)品更難以被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手簡(jiǎn)單復(fù)制。
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美滿,總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉,是一家提供全套寬帶通信和存儲(chǔ)解決方案的全球領(lǐng)先半導(dǎo)體廠商,是全球頂尖的無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司之一,也是全球發(fā)展最快的半導(dǎo)體公司之一。美滿能夠提綱汽車電子使用的處理器和 SoC 解決方案、云計(jì)算系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體應(yīng)用和存儲(chǔ)方面的創(chuàng)新產(chǎn)品。所以被看作是最值得收購(gòu)的公司之一。
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賽靈思,1984 年創(chuàng)建于美國(guó)加利福尼亞州圣何塞,發(fā)明了現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列,是全球領(lǐng)先的可編程邏輯完整解決方案的供應(yīng)商,還是第一個(gè)無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司。28nm 時(shí)代,賽靈思提出 All Programmable 的概念,從單一的 FPGA 企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型為 All Programmable FPGA、SoC 和 3D IC 的全球領(lǐng)先提供商。
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半導(dǎo)體設(shè)備廠商
全球 10 大半導(dǎo)體設(shè)備廠商中,美國(guó)占據(jù) 4 席。應(yīng)用材料(Applied Materials)、科林(Lam Research)、科磊(KLA-Tencor)、泰瑞達(dá)(Teradyne)。
應(yīng)用材料,成立于 1967 年,總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉,是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備和服務(wù)供應(yīng)商。
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科林,成立于 1980 年,總部位于美國(guó)加州,是一家晶圓制造設(shè)備和服務(wù)的供應(yīng)商。
科磊,成立于 1976 年,總部位于美國(guó)加州米爾皮塔斯是一家從事半導(dǎo)體及相關(guān)納米電子產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)、制造及行銷制程控制和良率管理解決方案商。
EDA 巨頭
EDA 工具是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化,是用來(lái)輔助芯片設(shè)計(jì)的工具,在超大規(guī)模集成電路時(shí)代,要完成上億晶體管芯片的設(shè)計(jì),必須采用 EDA 工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。某種程度上,正是說(shuō)有 EDA 工具,才有了超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的可能。EDA 工具也非常豐富,有的可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真,有的可以進(jìn)行 PCB 自動(dòng)布局布線,按照功能和使用場(chǎng)合,可以分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、PCB 設(shè)計(jì)軟件、IC 設(shè)計(jì)軟件等。
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EDA 市場(chǎng)很長(zhǎng)時(shí)間呈現(xiàn)被 Synopsys、Cadence、Mentor 三巨頭瓜分的局面。而這三家 EDA 公司的總部全部位于美國(guó),前不久西門子宣布收購(gòu) Mentor,但是 EDA 的命脈似乎還掌握在美國(guó)手中。
第三代半導(dǎo)體材料企業(yè)
第三代半導(dǎo)體材料——寬禁帶半導(dǎo)體材料成為被關(guān)注的重點(diǎn),以第三代半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的新興技術(shù)正迅速崛起,搶占第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)的高地也愈發(fā)激烈。
- SiC 形成了美國(guó)、歐洲、日本三足鼎立的局面,美國(guó)的 Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic 可實(shí)現(xiàn)碳化硅單晶拋光片;
- GaN 美國(guó)與日本的研究水平最高,美國(guó)一直處于領(lǐng)先地位,先后有 TDI、Kyma、ATMI、Cree、CPI 等公司成功生產(chǎn)出氮化鎵單晶襯底;
- AlN 美國(guó)與日本的發(fā)展水平最高,美國(guó)的 TDI 公司是目前完全掌握 HVPE 法制備 AlN 基片技術(shù),并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的唯一單位。
模擬界的老大
美國(guó)的“王牌”企業(yè)盤點(diǎn)了很多,但是還把美國(guó)德州儀器公司(TI)落下了。TI 創(chuàng)辦于 1930 年,是全球 10 大半導(dǎo)體企業(yè)之一,同時(shí)也是全球最大的模擬電路技術(shù)部件制造商。在模擬器件領(lǐng)域,TI 牢牢占據(jù)著模擬 IC 市場(chǎng)的大半壁江山。
TI 總部位于美國(guó)德克薩斯州的達(dá)拉斯,成立之初的 TI 是一家地質(zhì)勘探公司,后轉(zhuǎn)做軍火供應(yīng)商。TI 是第一家全球化的半導(dǎo)體公司,于 1954 年生產(chǎn)出了全球第一個(gè)晶體管,后于 1958 年發(fā)明出了全球第一塊集成電路。此外,TI 還于 1967 年發(fā)明了手持計(jì)算器。1982 年,TI 發(fā)布了全球首個(gè)單芯片數(shù)字信號(hào)處理器 DSP,之后便成了這個(gè)領(lǐng)域的霸主。除了提供模擬技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)和微處理器(MCU)半導(dǎo)體以外,TI 還致力于汽車及工業(yè)設(shè)備芯片的研發(fā)生產(chǎn)。
半導(dǎo)體行業(yè)刮起了一陣并購(gòu)風(fēng),半導(dǎo)體巨頭都忙著并購(gòu),德州儀器為啥劍走偏鋒顯得極為從容。
關(guān)于硅谷的故事、關(guān)于美國(guó)半導(dǎo)體大佬的故事我們就盤點(diǎn)到這里,美國(guó)半導(dǎo)體的實(shí)力的確讓人震驚,但是美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)是否也有頭痛的事情?我們?cè)谏掀凇妒澜缧酒貓D》做了分析,可以在“半導(dǎo)體行業(yè)長(zhǎng)老,也為未來(lái)愁白頭?” 中找到答案。
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《芯片世界地圖》往期經(jīng)典回顧:
ARM 被收購(gòu)只是個(gè)開(kāi)始,英國(guó)半導(dǎo)體有多誘人?
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日本半導(dǎo)體:曾經(jīng)半壁江山,今天只剩殘羹剩飯?
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韓國(guó)半導(dǎo)體:窺見(jiàn)日本秘笈,成就存儲(chǔ)霸主
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