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德州仪器以其生产的各类高性能科学计算器而着

来源:http://www.mytunex.com 作者:mgm娱乐场 时间:2020-04-19 03:30

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在speak & spell 问世之前,除了开发它的四位工程师之外,几乎没有人认为它应该被引入。德州仪器 管理层认为该项目没有什么价值。当这四个人向全国顶尖的拼写教育专家描述这个产品时,他们给出的建议是放弃它。当他们试图去推销它时,家长们不屑一顾。

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但是保罗·布里德洛夫、吉恩·弗兰茨、拉里·布兰廷汉姆和理查德·威金斯在设计它时玩得很开心,根本不想停下来。阴差阳错,他们忘了向德州仪器的管理层提及,他们的想法遇到了冷落,但幸运的是,在德州仪器的预算范围内,speak & spell 是德州仪器中唯一面向消费者的项目。

作者 | 扶苏

器原型:德州仪器 的 speak & spell "通过合成单个字母的声音,用户可以尝试使用小键盘拼写单词。最初的模型,发布于 1978 年,有一个爵士蓝的真空荧光显示屏,并使用 4 节 c 号电池。

流程编辑 | Cici

幸亏在预算之内,在一次采访中,弗兰茨回忆说,团队可能忽略了低成本要求而适当支出一些东西,结果这事就成了,不是吗?

说起德州仪器(Texas Instruments,NASDAQ: TXN)这家公司,老铁们或许并不陌生。特别是假如您曾是就读于商科或理工科的学生,此时应该作恍然大悟状:哦,德州仪器,不就是那个生产计算器的公司嘛......

教育拼写玩具的基本思路来自布里德洛夫,布里德洛夫坐拥了天时地利。

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布里德洛夫和弗兰茨曾参与 little professor 的开发,这是德州仪器在 1976 年推出的一种旋钮计算器。当时教育者认为在课堂上使用计算器是作弊行为。德州仪器,当时和现在世界上最大的计算器制造商之一,试图克服这一异议,并破解教育市场,该计算器可以用来创造一个缺解方程,学生有三次机会输入正确答案。

对,您说得没错!德州仪器以其生产的各类高性能科学计算器而着名。

布里德洛夫还有一个正在学习拼写的女儿,他突然想到,教数学和教拼写之间有着基本的相似性。数学,就是你提出一个方程,学生来解方程,拼写,就是你说出一个单词,学生把它拼写出来。只是工具会有所不同,因为单词必须大声朗读。这显然需要将存储的单词转换为可听语音的技术。这种技术当时确实存在,但成本高昂,不适合消费市场。

遥想风云君当年在商学院读书时的青涩岁月,德州仪器的金融计算器几乎是同学们“人手一台”的标配。毕竟对于商学院的学生来说,德州仪器是CFA、FRM等专业考试的指定计算器品牌,其在计算器领域的权威性毋容置疑。

但是,曾在德州仪器语音研究实验室工作过的布里德洛夫知道,该实验室的人,或许其他学者,即将创造不那么昂贵的语音合成技术。不过,还有另一个障碍,那就是这个拼写工具的语音合成功能需要大量的存储空间,这似乎非常荒谬。

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他没有被吓住。相反,他开始组建一个团队,招募弗兰茨做系统设计师。布里德洛夫从语音处理实验室认识了威金斯,威金斯是布兰廷汉姆的好朋友,他是一名 ic 设计师,威金斯把布兰廷汉姆也拉到了团队里,然后布里德洛夫就去找德州仪器的管理层要研发资金。

时隔多年,风云君犹记得自己当年耗资300大洋,购入了一台德州仪器BA II Plus金融计算器,立志从此好好学习,有朝一日成为中国的沃伦巴菲特。

弗兰茨解释道,这笔研发资金可没那么好申请,因为拟议产品的风险太高,潜在回报太低。但是,德州仪器当时还有一个为“疯狂的想法”提供资金的来源。拼写设备的风险非常高,“疯狂的想法”计划是最后的选择。他们需要做的就是说服一位高级德州仪器技术专家来支持它。幸运的是,布里德洛夫找到了这样一个人来支持他的提议,团队得到了 25,000 美元。

直到有一天,风云君那个成为“巴菲特”的梦想与那台“斥巨资”买来的计算器一起,消失学校的食堂、操场或教室......至今风云君也不知道具体是哪儿的角落里。

图源:吉恩·弗兰茨 / 德州仪器

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[左起]吉恩·弗兰茨、理查德·威金斯、保罗·布里德洛夫和拉里·布兰廷汉姆。

咳咳,扯远了......回到正题,或许很多老铁们并不知道,德州仪器其实不仅是一家“计算器公司”。

他们于 1977 年初开始工作。他们的设计需要三个新的芯片:一个控制器,"巨大的"rom,和一个单芯片语音合成器,这当时并不存在。当时被命名为 tmc0281 的合成器芯片将是世界上第一个语音合成芯片。

一、德州仪器:不仅仅是“计算器公司”

speak & spell 最终将包含 2 个 128kb 的 rom 芯片,在当时最先进的是 16 kb。

德州仪器最引以为傲的,并不仅是它所生产的高性能科学计算器。

该合成器基于一种称为线性预测编码的语音编码技术。lpc 允许设备从相对较少的数据中生成整个单词的语音信号,这比仅存储单词本身的数字化录音所需的数据要小得多。使用 lpc 的想法来自威金斯,这是当时最前沿的语音处理算法,威金斯拥有哈佛大学应用数学博士学位,并曾在 mitre 公司工作。威金斯认识几个 lpc 的先驱,在 20 世纪 60 年代在新泽西州的贝尔实验室以及日本的名古屋大学和 ntt 开发后,他们开始寻找商业应用。

打开德州仪器的官网,我们会看到它这般介绍自己:

合成器芯片运行数字信号处理逻辑,尽管它本身不是 dsp。弗兰茨表示,威金斯和布兰廷汉姆完全自己指定和设计了芯片,没有任何人的批准。德州仪器发热管理层没有要求项目需要任何报告的“漏洞”,这正好适合四个团队成员。在弗兰茨看来,正是管理层的缺乏"帮助",才给了威金斯和布兰廷汉姆找到成功设计所需的自由。他们做出了适当的妥协才能成就我们,弗兰茨说。

德州仪器是一家全球性的半导体设计和制造公司,因拥有10万个以上的模拟IC和嵌入式处理器产品而独树一帜,同时兼备软件和工具产品,以及具备业界最大的销售和技术支持团队......

团队还可以选择工艺技术。除了互补的金属氧化物半导体技术外,还有其前代产品。负通道金属氧化物半导体在当时仍然被广泛应用。正通道金属氧化物半导体更不常见,也不快。

显然,应该更确切地说,德州仪器是一家半导体行业的大佬。

当时 nmos 是高性能的,弗兰茨解释道。但是我们在低性能的 pmos 中做了出来。因此,我们不仅设计了第一个语音合成设备,我们还在最差技术中做到了这一点。原因是,如果这些是消费品,那么 nmos 对于消费者来说是极其昂贵的。rom 也是用了 pmos 来制作。

德州仪器的业务目前分三块:模拟业务;嵌入式处理业务(Embedded processing);其他业务。

当 speak & spell 在 1978 年上市时,它立即受到唯一真正重要的选民——孩子们的欢迎。它似乎是帮助年轻人学习拼写的有效手段。最重要的是,speak & spell 有助于克服在教育中使用电子设备的阻力。

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德州仪器公司直到 1983 年才生产出第一个数字信号处理器芯片,但是在 speak&spell 中实现 dsp 逻辑是一个非常重要的突破,它也帮助德州仪器在 dsp 领域取得了领先地位,公司在 40 多年后继续保持领先地位。

(Source: SEC fillings)

公司表示,专注于生产半导体行业中的模拟器件(Analog products)和嵌入式处理器件(Embedded processing products)。

模拟和嵌入式处理这两块业务的合计收入比重,从2014年的83%,上升到2018年的91%、2019年第一季度的92%。

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(Source:TI Company overview)

而更被我们所熟知的计算器(Calculators),数字光处理以及专用集成电路等产品一块被归入德州仪器的“其他业务”。

其他业务的收入占比从2014年的17%,下降到2018年的9%、2019年第一季度的8%。

(Source: SEC fillings)

目前,全球半导体行业已形成深化的专业分工,细分领域普遍集中,造就了三星、英特尔和高通等一批着名的半导体大佬。

根据Statista公布的全球半导体行业“大佬排行榜”,2018年,德州仪器以146亿美元的半导体业务收入位列第7名,排在其前头的有三星(第1名: 737亿美元)、英特尔(第2名: 663亿美元)和高通(第6名: 154亿美元)等,排在其后头的则有西部数据(第8名: 91亿美元)和恩智浦半导体(第10名: 90亿美元)等,全是业内响当当的名字。

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(Source: Statista)

而在模拟集成电路(Analog IC)这个半导体细分领域里,德州仪器则是一骑绝尘!其历年来在这块业务上的收入几乎是行业老二亚德诺半导体(Analog Devices)和老三思佳讯(Skyworks Solutions)的2到3倍。

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可见,德州仪器在其专注的细分半导体领域,尤其是在模拟半导体上的行业地位无人能敌。

根据公司披露,2018年,在全球半导体细分行业中,模拟半导体的市场收入约为590亿美元,其中德州仪器的市场份额为18%,为行业第一;全球嵌入式处理器的市场收入约为210亿美元,其中德州仪器的市场份额也是18%,同样为行业第一。

(Source: SEC fillings)

同时,德州仪器还表示,预计公司在模拟和嵌入式处理这两块半导体行业细分市场的份额未来均会继续提升。

风云君已经感受到了这位半导体行业大佬淡然而又笃定、同时忍不住侧漏的霸气。

图片 10二、德州仪器的世纪风云史" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"总部位于美国德克萨斯州达拉斯的德州仪器,成立至今已将近90年。

在将近一个世纪的岁月中,德州仪器体现出的创新、进取和求知精神,在风云君看来正是这家公司之所以历久弥新、不断发展壮大的关键。

因此在深入探讨其半导体业务之前,风云君更想多叨叨这位半导体大佬的将近一个世纪的风云历史。

话说,在那山的那边海的那边,有一群……勤劳善良的德州人民。

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1930年,Geophysical Service Inc. 正式创立,这是一家位于美国德州的小型油气勘探公司。

1950年,公司正式更名为德州仪器,并于 1954 年发明硅晶体管,开始正式进军半导体行业。

1958年,德州仪器的员工Jack Kilby发明了集成电路,这是半导体行业的革命性变化,Jack Kilby后来也因此获得诺贝尔物理学奖。

1967年,德州仪器发明了首款手持式电子计算器 。同时,德州仪器继续专注研发速度更快、尺寸更小、功能更强大的芯片。美国在60年代实施的阿波罗登月工程也使用了德州仪器研发的芯片。

20世纪70年代,德州仪器相继发明了将所有计算元素集成在单个芯片上的首款单芯片微控制器 ,以及单芯片语音合成器。

20世纪80年代,德州仪器推出首款商用单芯片数字信号处理器 ,并生产出针对高速数字信号处理进行优化的微处理器,同时还发明了数字微镜器件。

20世纪90年代,德州仪器发明了一款成本更低、功耗效率更出色的MCU系列产品 MSP430,由此将嵌入式处理提升到新的水平。此外还推出了首款手机专用的应用处理器 。

进入千禧年后,德州仪器将重心扩展到模拟和嵌入式处理技术,不断推出适用于各种应用的半导体技术。

从最初的一家小石油公司,成长为全球性的半导体行业巨头,多年来,德州仪器随着市场和行业的变化,不断对公司的业务进行改造,其成长历史正如同全球半导体行业发展过程中的一抹缩影。

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而在这将近一个世纪的过程中,各种分分合合、收购分拆也在所难免。

根据德州仪器的披露,从1996年起,公司所披露的对外收购交易多达33起,而披露的对外分拆交易有18起。

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其中,近年来对德州仪器影响最大的一次收购,是公司于2011年以65亿美元收购美国国家半导体(National Semiconductor)。

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据德州仪器披露,对美国国家半导体的收购给公司带来了5千名员工,以及多达4.5万种模拟集成电路产品和客户设计工具,极大程度地扩展了公司的模拟业务。

由于这笔收购,德州仪器商誉占总资产和净资产的比重分别从2010年的7%和9%,上升至2011年的22%和40%。不过,在此之后,公司未再发生大规模收购交易。

截至2018年,公司商誉占总资产和净资产的比重分别为26%和49%。

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(Source: Choice)

三、半导体业务:专注于模拟和嵌入式处理

目前,德州仪器设计和制造的半导体产品超过10万种,销往全球30多个国家,客户超过10万名。

正如风云君上文提到的,德州仪器的半导体业务专注于模拟和嵌入式处理这两块业务。公司坚信,这两类产品是半导体行业中最优的产品(Best products)。

(Source: TI Investor overview)

公司认为,模拟和嵌入式处理有着共同的特点,使得这两块业务将会成为公司未来十年发展的主要增长动力。

1、两者都是半导体行业的基础应用技术。基本所有的电子产品都要使用模拟芯片,而且大部分都要同时使用嵌入式处理器件。

2、两者的市场规模都很大,而且高度分散。虽然目前德州仪器在模拟产品和嵌入式处理产品市场的份额均位列第一(两个市场的份额均为18%),但公司认为这两个市场的分散程度仍较高,仍有足够大的空间去扩展份额。

3、这两种半导体产品的制造技术和生产设备的寿命较长。比如,模拟芯片的产品生命周期可高达30年,这能够保证公司长期收入和投资回报的稳定性。

接下来,风云君将进一步分别探讨公司的模拟和嵌入式处理业务。

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1、 模拟业务

模拟半导体通过对外界的声音、温度、压力或图像等真实信号进行调节和放大,并转换成可供其他半导体器件处理的数据流,然后再输出改变后的信号。

基本上,所有电子设备的电源都通过模拟半导体来管理,因此模拟技术广泛应用于众多市场,包括工业、汽车和个人电子产品等。

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德州业务的模拟业务专注于生产可运用在不同应用程序上的非定制产品(Catalog products),因为这些产品可以出售给不同的的客户群体。德州仪器表示,未来将继续专注于非定制产品的设计和制造,公司将得益于这些产品的多样性和长生命周期。

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(Source: TI Investor overview)

目前,公司的模拟业务分为3条产品线:电源、信号链(Signal Chain)和高容量(High Volume)。根据公司2018年的披露,这3条产品线分别向模拟业务贡献了45%、35%和20%的收入。

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2014-2018年,模拟业务的收入逐年上升,CAGR为7.4%。2017年,该业务收入取得了16%的同比增长,为过去5年的最高增幅。2018年,模拟业务同比增长9.1%,为108亿美元。

2019年第一季度,模拟业务收入较去年同期下跌1.9%,为25.2亿美元。

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此外,模拟业务的EBIT利润率在过去5年里一路上升,从2014年的34.4%升至2018年的47.3%。2019年第一季度,受季度收入下跌的影响,EBIT利润率回落至43.2%(2018年第一季度:45.4%)。

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不过总的来说,2014年至今,模拟业务的EBIT利润率得到明显提升,这主要得益于公司近年来生产技术改进所带来的毛利率的提升。

德州仪器大部分半导体产品的生产都是在内部进行,而非外包。公司目前在全球拥有15个芯片生产基地,包括晶圆厂和封装测试厂。

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半导体芯片的生产成本主要来自晶圆制造和封装测试这两个环节。从晶圆制造这一环节来说,更大的晶圆尺寸意味着每个晶圆能够生产出更多的芯片,从而降低单个芯片的成本。

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根据公司披露,假设每一芯片的封测成本不变,生产自300mm晶圆的芯片比生产自200mm晶圆的芯片成本如果以封测后测算则要低20%,而以未封测芯片测算则直接低40%,最终带动芯片的毛利率从60%上升到68%。

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(Source: TI Capitl management strategy)

目前,德州仪器拥有多家150mm、200mm和300mm三种规格的晶圆制造厂。其中,有2家位于德州的300mm晶圆制造厂:RFAB和DMOS6。

2017年和2018年,公司产自300mm晶圆的模拟芯片带来的收入分别为40亿美元和48亿美元,分别占当年模拟业务总收入的40%和45%。

根据公司披露,这两家300mm晶圆厂的复合产能利用率从2017年的50%上升至2018年的60%,未来仍存在一定的上升空间。

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(Source: TI Capital management strategy)

值得一提的是,德州仪器在最近的2019年第一季度电话会议上,表示要未来要在德州建设第3个300mm晶圆厂。不过,具体的建设时间表仍未公布,但公司预计会在接下来几年内动工。

(Source: 2019Q1 Conference call)

2、 嵌入式处理业务(Embedded Processing)

嵌入式处理是公司的另一个核心的半导体业务。

嵌入式处理器是许多电子设备的“数字大脑”,用于处理特定的任务,并可以根据应用程序优化其性能、功耗和成本等组合。

德州仪器表示,公司的嵌入式处理产品的一个特点是,客户通常会对公司的产品继续投入研发,来编写和运行公司芯片上的软件。这种自行研发投入会增强客户与公司之间的粘性,因为当客户的产品更新换代时,通常会选择继续使用公司的嵌入式处理系统。

(Source: SEC fillings)

目前,公司的嵌入式处理业务分为2条产品线:连接微控制器(Connected Microcontrollers)和处理器(Processors)。根据公司2018年的披露,这2条产品线分别向嵌入式处理业务贡献了55%和45%的收入。

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