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德州仪器发家史:从晶体管到模拟大佬

2022/02/07
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1月25日,德州仪器(TI)公布2021年Q4财务数据,全年的基本财务信息也浮出水面。从2021年全年来看,德州仪器营收为183.44亿美元,此前一年为144.61亿美元,增长27%;净利润为77.69亿美元,此前一年为55.95亿美元,增长39%。

稳扎稳打的“发明家”

德州仪器致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片,总部位于美国南部德克萨斯州达拉斯。TI成立于1930年,距今已经92年。

德州仪器一直保持着半导体销售前十的名次。在2005年,曾一度上升至前三名。德州仪器主要竞争对手包括Cypress半导体公司、ITDI、三星电子以及Xilinx。

根据2020 Gartner数据报告,德州仪器拥有全球半导体市场2.9%的市场份额,也是模拟市场的第一位,拥有约19%的份额。

发展故事

美国德州仪器由塞瑟尔·H·格林、J·埃里克·约翰逊、尤金·麦克德莫特、帕特里克·E·哈格蒂在1947年创办。最初母公司是地球物理业务公司(GSI),用来生产新发明的晶体管。麦克德莫特是GSI最初在1930年时的创办者。麦克德莫特、格林、约翰逊后来在1941年买下公司。

一开始GSI(德州仪器前身)主要业务是为石油工业提供地质探测,但由于石油开采量提升,石油行业出现供大于求的萧条期,到第二次世界大战期间,GSI开始扩大业务为美国陆军和海军生产国防电子产品

1951年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。公司被重新命名为“通用仪器”(General Instrument)。同一年,公司又被再度命名为“德州仪器”。GSI逐渐变成了德州仪器的一个子公司,直到1988年GSI被出售给哈利伯托公司。

1954年,TI生产出了全球第一个晶体管,后于1958年发明出了全球第一块集成电路

1996年,TI开始全方位转型,专注于为信号处理市场生产半导体,随后又展开了一系列企业并购、资产剥离大动作。

2005年,TI曾短暂赶超三星,位居全球半导体公司第二,仅次于英特尔。

2011年,据市场研究公司Databeans,德州仪器市场份额超过了排名第二的ST,当时占据了整个模拟市场份额的15.4%。

2012年开始,从德州仪器战略性地退出手机基带处理器领域后,模拟和嵌入式处理成为新的重点业务,德州仪器紧紧抓住汽车电子工业电子市场,依靠技术创新实现高增长。2012年德州仪器以其16.7%的市场占有率继续稳居首位,营收为66亿美元。

2013年德州仪器的模拟销售额近乎为72亿美元。2014年德州仪器的模拟销售额为81亿美元,占2014年公司总收入的62%,将其模拟市场份额提高到18%。2015年德州仪器在2015年销售额达83亿美元,市场份额也是18%。2016年销售额为85亿美元,与前几年销售额相差无几。

2017年,德州仪器模拟销售额为99亿美元,市场份额为18%。模拟收入占其IC总销售额130亿美元的76%,占其半导体总收入139亿美元的71%,根据IC Insights的估算,德州仪器是最早在300mm晶圆上制造模拟半导体的公司之一。德州仪器声称,与使用200mm晶圆相比,在300mm晶圆上制造模拟IC使其每个未封装的芯片的成本优势降低了40%。2017年,德州仪器模拟收入的大约一半来自使用300mm晶圆制造的设备。

2018年,德州仪器模拟销售额为108亿美元,市场份额为18%。几乎是排名第二的ADI的两倍,是排名第十的瑞萨电子的十倍以上。2018年模拟业务收入占其IC销售额139亿美元的78%,占其半导体总收入149亿美元的72%。

2019年,德州仪器拥有102亿美元的模拟销售额和19%的市场份额,模拟收入占其IC销售额128亿美元的80%,占其半导体总收入137亿美元的75%。如今其在模拟半导体市场龙头地位已然固若金汤,至今无人能撼动。

TI被誉为半导体行业的黄埔军校,包括台积电创始人张忠谋,中芯国际创始人张汝京等业内顶尖人才均出自TI。

科技创新

公司重要转折

一、通过收购/并购,扩大了模拟与嵌入市场

1996-2004年,德州仪器通过出售与并购,布局模拟与嵌入式处理。1996年,TI开始全方位转型,专注于为信号处理市场生产半导体,随后又展开了一系列企业并购、资产剥离。2000年,TI斥资76亿美元收购了模拟芯片厂商Burr-Brown。2005-2011年,第二次出售与并购,布局汽车+工业。

二、退出手机芯片市场

2005年起,德州仪器先后出售LCD、DSL传感器、手机基带业务,将重心从手机市场转移出来,布局汽车和工业领域。2011年,TI又斥资65亿美元收购美国国家半导体(NS),加强模拟产品线组合,TI有3万种模拟产品,国家半导体有1.2万种。通过收购,德州仪器一举超越了当时在销售额上与之持平的东芝,成为仅次于英特尔和三星电子的半导体公司。

三、选择主攻工业、个人电子、汽车场景

2012年至今,德州仪器聚焦模拟与嵌入式处理,聚焦汽车+工业。自从德州仪器战略性地退出手机基带处理器领域后,模拟和嵌入式处理成为新的重点业务。目前模拟和嵌入式处理业务已占德州仪器公司营业额的85%以上。在继续服务好消费电子产品市场的同时,德州仪器紧紧抓住汽车电子和工业电子市场,依靠技术创新实现高增长,目前汽车与工业的营收占比已经接近半壁江山。

营收数据

模拟器件是德州仪器最大的营收来源,目前约占据70%的份额(2020年75%,2019年71%,2018年68%,2017年66%,2016年63%),且在连年升高,其余两个领域(嵌入式、其他类)占比连年下降,营收规模也相应缩小。

在德州仪器的细分应用场景中,工业最大,其次是个人电子和自动驾驶。这三者加起来占据3/4。

近年来,德州仪器的营收处于小范围波动的状态。2020年,德州仪器营收为143.8亿美元,位列全球半导体营收第7位,毛利为92.69亿美元,毛利率约64%,净利润55.95亿美元,同比增长11.52%。

2018年是德州仪器的营收爆发元年,全年营收157.84亿美元,净利(NET Income)为55.8亿美元,均是过去最高。2018年,TI营收两大主力分别是类比产品部门与嵌入式处理产品部门,在过去2~3年,由于TI旗下拥有两座12寸类比晶圆厂,大幅优化类比产品的成本结构,使得类比产品营收表现在近年相当亮眼。但是嵌入式处理部门自2018年第二季开始,已连续3季出现衰退。

2018年德州仪器的毛利达到惊人的65.1%,按照德州仪器的说法,能够创造这些利润率与他们用其旗下的12英寸晶圆厂生产模拟芯片,降低产品的成本有关。模拟芯片对生产线的更新迭代要求不高,使得他们的成本随着产线折旧的完成,利润率会逐年提升。

2020年全球前十营收半导体厂商。来源:Gartner

模拟器件前十。来源:IC Insights

德州仪器2016-2020年年报

目前,德州仪器主要发展的业务包括模拟和嵌入式处理,其中模拟产品有电源解决方案、信号链产品、高容量产品,嵌入式处理有微控制器,处理器等,除此之外,德州仪器也涉及投影仪DLP产品和专用集成电路。

德州仪器的竞争对手

DSP领域,TI全球主要竞争对手有:

ADI:美国模拟器件公司ADI,在DSP芯片市场上份额为11%,相继推出了一系列具有自己特点的DSP芯片,其定点DSP芯片有ADSP210*系列ADSP211*系列、ADSP216*系列以及ADSP2171*/2181,浮点DSP芯片有ADSO210*系列等。

英特尔:1979年,英特尔公司推出了Intel292016位“模拟信号处理器”。在前期,德州仪器与英特尔在处理器上进行了漫长的拉锯战,后来德州仪器推出了PC处理器市场。

瑞萨:瑞萨的μPD7720是第一种真正量产、在商业市场上发售的单芯片DSP。尽管受制于粗糙的开发工具,NEC的芯片仍然可提供充足的速度,它用一个双周期MAC实现122ns的周期时间,能够在音频段做一些有用的工作。

Freescale:(原摩托罗拉半导体部门剥离,已被NXP收购)进入DSP行业较晚,但现如今已成占DSP市场份额9%的生产厂家。1986年Motorola推出了定点处理器MC56001,1990年推出了与IEEE浮点格式兼容的浮点DSP芯片MC96002。其DSP芯片可分为定点、浮点和专用三种。

赛灵思: 2005年,Xilinx打造完成了一个DSP战略,即与TI和MathWorks合作,从传统DSP转向基于FPGA的DSP硬件。是业界第一个针对XilinxFPGA的DSP插件。

AMI: 1978年,American Micro-systems公司推出了世界上第一款专门为DSP设计的单芯片IC:12位的S2811。AMI发明了一种真正创新性电路设计,但其芯片实现时采用了一种激进的“V槽”(V groove)MOS技术,而这种技术从未用于量产的商业产品。

目前,TI的三大主力DSP产品系列为C2000系列(主要用于数字控制系统);C5000(C54x、C55x)系列主要用于低功耗、便携的无线通信终端产品;C6000系列主要用于高性能复杂的通信系统。C500系列中的TMS320C54x系列DSP芯片被广泛应用于通信和个人消费电子领域。

MCU领域,TI全球竞争对手较多,主要有:瑞萨、ST意法半导体恩智浦、Microchip、英飞凌、Toshiba、Samsung、Cypress等巨头。

从2015年开始,为争夺市场份额,MCU主要厂商之间发生了数起大规模并购。根据IC Insights 的统计,从收购完成合并后的数据看,NXP、Microchip和Cypress MCU销售额大幅增长,排名也相应上升。未进行大规模收购的MCU厂商则表现平平,只有个位数的增长,比如ST意法半导体和TI,有的出现了大幅下降,比如三星。到2019年,MCU市场上瑞萨、恩智浦两家已合计超过一半份额。

德州仪器的收购故事

收购NS,模拟IC市场一劳永逸

2011年4月,TI宣布与美国国家半导体(NationalSemiconductor)签署最终协议,TI以总额约65亿美元的价格收购。收购之前,虽然TI在全球模拟IC市场仍占据第一,但是份额的提升已显得十分艰难。

由于模拟IC市场的过分分散特性、还因为多年来各家将大笔的设备、厂房投资都砸向了数字IC,导致模拟IC供应商十分松散。即使是全球最大的模拟IC供应商,TI在当时也仅占14%的份额。收购了NS后,TI在通用模拟器件的市场份额迅速提升到17%左右,将对手远远甩在身后。

此外,还解决了TI长期以来的模拟IC“难产”问题。据悉,在收购NS之前,TI的模拟IC就一直处于供货紧缺中,为解决模拟IC供应难题,TI曾一度将数字IC产能外包。

收购Burr-Brown,巩固数据转换器与放大器业务

2000年,TI斥资76亿美元收购了模拟芯片厂商Burr-Brown,巩固了其在数据转换器放大器领域的优势地位,并形成从电源IC到放大器IC乃至A-D/D-A转换器的广泛产品群。

收购Chipcon,丰富高性能模拟产品

2016年,德州仪器 (TI) 宣布已完成此前宣布的收购 Chipcon 的全部工作,共约2亿美元。Chipcon 是一家致力于低功耗、短距离无线射频 (RF) 收发器设计的领先公司。此次收购将进一步丰富 TI 高性能模拟产品系列,并使 TI 能够为客户实现创新的低功耗无线应用提供业界领先的、符合 ZigBee™ 标准的解决方案及各种专属射频 IC 产品。

收购美光晶圆厂,保障供应链扩大优势

2021年,德州仪器宣布收购美光科技300mm晶圆厂,扩大成本优势与供应链控制。交易完成后,Lehi晶圆厂将成为德州仪器继DMOS6、RFAB1及即将完成的RFAB2之后的第四座12吋晶圆厂。收购完成后,德州仪器将对Lehi晶圆厂进行改造,从而能够通过65nm、45nm制程生产德州仪器模拟芯片与嵌入式处理产品,必要时还可跨入更先进的制程。

收购美光晶圆厂之前,德州仪器在全球已经建设10家晶圆制造厂、7 家组装和测试工厂以及多家凸点和探头工厂。

德州仪器错过的机会

制作技艺不精,与英特尔的竞争中,失去了PC CPU的市场

德州仪器与Intel的正面竞争来自于一个叫CTC的公司的电脑订单,德州仪器和英特尔要为CTC打造单MOS芯片订单提交方案。

老牌半导体公司德州仪器仅用一年的时间就研发出了TMX 1795,抢先于当时还是初创公司的英特尔之前交货。但CTC在验完货后并没有决定采用TMX 1795芯片,原因是由于TMX 1795本身存在大量未使用和浪费的空间,导致性能无法达到要求。

德州仪器TMX1795要比英特尔4004和8008加起来都要大

到1970年,英特尔拿出产品给CTC,早已过了截止日期,最后彻底失去耐心的CTC不仅没有启用英特尔的芯片还放弃了对该芯片的专有权。

后来英特尔将这款芯片命名为8008,并于两年后将其商业化。

就这样德州仪器虽然比英特尔更早地推出8位处理器,但由于TMX 1795自身的局限性无法商用,被英特尔8008抢占了第一的称号。之后英特尔根据8008又推出了8080、8086,不但顺利投入商用而且英特尔从8088开始还获得了IBM订单,再后来携手微软组成Wintel联盟,占领了PC处理器市场。

德州仪器的命运没有英特尔那么幸运,不但再次抢先推出的16位处理器TMS9900因缺乏可兼容的外围芯片和软件而无法推行,后来还彻底放弃了家用电脑市场。

缺乏全套方案,与高通的竞争中失去了移动CPU的市场

在ios和Android系统还没火起来的那个年代,德州仪器就已经手握着大部分手机的处理器。当时红透半片天的诺基亚就是德州仪器处理器的忠实用户,到后来的塞班和meego系统也都是采用德州仪器的处理器。

到Android时代开始,高通开始涉及智能手机处理器,并于2007年推出了第一代骁龙处理器,进入用户视野。

虽然高通逐渐显露头角,但德州仪器仍是性能和效率的代名词,用实力甩掉高通,还拥有着众多追随者,其中华为首批双核智能手机P1采用的就是德州仪器的OMAP系列处理器。

但是德州仪器的处理器仅仅是一个处理器,只有GPU和一些DSP单元,所以手机厂商如果选用德州仪器的芯片,基带还需要另外购买集成。而高通则将芯片和基带进行打包出售,直接集成在一起,虽然手机厂商需要支付给高通专利费,但总比分次购买组装来得简单高效。

高通利用提供保姆级芯片的策略不断笼络市场,2012年9月26日,德州仪器宣布将结束其在智能手机和平板电脑为导向的OMAP芯片业务,转向专注于嵌入式平台。

德州仪器的发展方向

随着全球芯片制造商争先恐后地填补需求和供应之间的缺口,德州仪器也正在提高产能。德州仪器预计2022年第一季营收在45-49亿美元之间,高于分析师预期的43.7亿美元。德州仪器投资者关系主管David Pahl表示,现在德州仪器计划抓住机遇,赋予工业和汽车芯片“额外的战略重要性”。这两个领域分别占该公司年营收的约41%和21%。

德州仪器表示,在汽车市场很容易看到半导体增长,每辆汽车的半导体含量比5年前和10年前要明显要多,这种情况也将继续下去。同时,这两个领域的客户正转向模拟和嵌入式技术,这将推动这些领域芯片需求更快增长。

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德州仪器 (TI) 设计和制造模拟、数字信号处理和 DLP 芯片技术,帮助客户开发相关产品。从连接更多人的经济实惠的手机到支持远程学习的教室投影仪到可信度、灵活度和自由度更高的修复器械 - TI 技术均采用了新的理念,产生了更好的解决方案。

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