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三星存儲器發展歷程對我們的啟示|半導體行業觀察

三星1982年進入半導體存儲器領域,1993年至今一直為該領域世界第一,本文旨在研究其發展歷程和成功因素,從三星的危機意識、挑戰精神和速度文化入手,分析三星如何在技術追趕期實現反超,如何在技術領先期保持領先,以此獲得對我們工作的啟示啟發。

關鍵詞:三星半導體存儲器 危機意識 挑戰精神 速度文化

三星存儲器發展歷程對我們的啟示|半導體行業觀察

一、研究背景

物聯網時代,半導體的重要性不言而喻。2018年全球半導體銷售額約4700億美元,其中集成電路佔84%,約3900億美元,而存儲器作為集成電路中的一大類,佔全球半導體市場銷售額的34%,約1600億美元。

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圖1 2018年全球半導體市場銷售額各細分領域佔比

來源:WSTS(全球半導體貿易統計組織)

在存儲器領域,最主流的是DRAM、NAND Flash、NOR Flash,這三者占所有存儲器的95%左右,尤其是前兩者,約佔9成。三星1982年正式進入半導體行業,最初開發的是存儲器中的DRAM產品,1993年開發出NAND Flash產品,之後相繼開發出NOR Flash等其它產品。

三星在1993年成為半導體存儲器市場領域第一,此後20多年至今,三星沒有從這個位置退下來過,還逐步擴大了與後發企業間的差距,目前三星在全球存儲器的市佔率超過40%。而這期間,曾經領先的日本企業都已沒落,東芝存儲器事業甚至處於要出售的境地。2017年,三星電子超越英特爾,成為全球第一大半導體企業,銷售額近600億美元,2018年三星電子繼續保持第一,銷售額近760億美元。

三星如何在10年間零起步成為半導體存儲器領域第一併保持20年領先,是本文研究的主題,希望從其發展歷程中得出對我們的一些啟示。

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圖2 1990年前後全球存儲器市場第一名企業變化

來源:???(韓).三星因此強大[M].韓國:BARUN BOOKS Co.,Ltd,2017:170

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圖3 2017年2018年全球半導體企業排名(按銷售額計算)

來源:Gatner

二、從技術追趕期看三星的危機意識、挑戰精神和速度文化

(一)技術追趕期三星DRAM開發經歷

三星從1970年開始生產電冰箱、電視等電子產品。1973年發生石油危機後,三星很難再從日本公司購買半導體,沒有了半導體供應,三星的電視和冰箱生產不得不停產。當時日本政府將支柱產業從鋼鐵、造船、水泥調整為半導體、電腦、新材料,三星的李秉喆會長發現變化後,對半導體業務產生了興趣,諮詢專家、查閱資料,於1983年宣布「由於受到世界各國經濟長期不景氣以及貿易保護主義增強的影響,依靠大量出口增強國力的發展模式已經達到了一定界限,在這種情況下,三星將致力於開發既符合我國自然資源缺乏的國情,又能創造高附加價值的高新技術產品。半導體產業正是符合條件的上佳之選,它本身具有廣闊的發展前景,而且對其他產業具有強大的波及效應,是技術密集型的高附加值產業。」

當時李秉喆會長向交情頗深的NEC會長要求學習技術,NEC會長的答覆是:「錢我可以借給你,但是技術不能借給你」。這是李秉喆會長為進入半導體行業,受到的無數污辱中的一次。此後三星走上了自主開發的道路,並且李秉喆會長給經營層下令:「必須超過NEC」。這後來也成為了整個三星集團的課題。

三星於1982年組織了一支特別工作小組(Task Focus Team),用6個月的時間收集信息、分析技術和市場,制定可行的戰略,之後又花一個月的時間,前往美國拜訪相關專家,特別是在美國半導體企業中工作和大學中執教的韓裔美籍科學家和工程師,幫助研究市場、辨別潛在的技術供應商。接下來,三星成功判別出陷入困境的企業,從美光公司(Micron Technology)購得64K DRAM晶元設計技術許可,三星也得以派遣工程師到美國接受培訓。

接下來,三星從美光公司進口了3000個64k DRAM晶元,在韓國進行組裝,迅速吸收了VLSI(超大規模集成電路)技術,下一步開始學習設計和工藝技術,為此,三星在美國矽谷和韓國各成立了一個研發團隊,兩個團隊以相互合作競爭的方式開展工作。

1983年,矽谷的研發工作站從美國的半導體公司聘用了5名韓裔美籍電子工程博士,另外加上300名美國工程師,這個工作站也使得韓國的工程師獲得了去美國培訓研究的機會。韓國的研發團隊由兩名韓裔美籍科學家和在美國接受過培訓的三星工程師組成。這兩個研發團隊聯合研究、相互諮詢、輪換人員,使得韓國的研發團隊在短時間內相關知識有了顯著提高。

當時三星給這兩個團隊提出了在6月內開發出64K DRAM生產系統的目標,當時的工程師每天只睡差不多三到四個小時。在這樣挑戰性的、明確的目標下,每個人長時間的努力,帶來了組織層面的高效率技術學習。經過6個月的艱苦工作,韓國的研發團隊成功製造出可行的模具,韓國成為世界上第三個生產DRAM晶元的國家。

之後的256K、1M的開發,三星也同樣在韓國美國成立兩個工作組,兩個小組進行合作、競爭,且採取了在短時間內必須完成目標的危機管理模式,激發員工的挑戰精神。1M開發時,韓國工作組已先於矽谷工作隊3個月開發成功,表明研發能力中心已轉移到韓國。1992年三星已與世界領先國家同步開發出64M DRAM。

1992年3月,三星成立了特別工作小組著手進行256M DRAM的研發,當時日本和美國同樣在進行該項工作,並不看好三星能開發出來,認為三星只是短暫的市場銷售額領先而已,而三星下定決心進行反超。256M DRAM容量比64M大4倍,晶元上Cell個數從6400萬個增長到2.56億個,線路寬度精準至頭髮的1/400即0.25微米,為了達到這樣的精度必須從設備開始改造,當時全世界都沒有這樣的設備。沒有就要造出來,三星召集了優秀的設備廠商進行合作設計開發。經過連續的嘗試與失敗後,三星找到問題所在,是Mask的集成電路轉移到Wafer的過程中出現了問題。256M要在與64M相同大小的晶元上儲存4倍以上信息,但Photo設備如果使用相同的光線,就不能準確讀出Mask上精密的線路,Photo設備光源需要有更短的波長。當時設備負責人馬上著手開發能處理更短波長的設備,最終三星投入了1700億韓幣完成了研發。即使設備沒能開發出來,三星也做好了萬全的準備,同時開發了新的設計和工藝技術。1994年8月,三星超過日本和美國,全球首發256M DRAM,不論市場還是技術,都實現了世界第一。

前三星半導體黃昌圭社長這樣評價道:「對技術的投資和熱情,以及面對不可能勇於去挑戰、不畏風險的Risk Taking精神,正是今天三星半導體成功的原因。」三星半導體取得的成就,是在朝向第一名的路上永不停歇、勇於挑戰的結果。

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表1 三星DRAM開發時間與世界領先企業比較

來源:金麟洙(韓).從模仿到創新韓國技術學習的動力[M].北京:新華出版社:175

(二)從危機意識、挑戰精神和速度文化分析三星的技術反超

首先需對企業的技術能力定義進行簡單的說明。技術能力不僅包括消化吸收已有知識的能力(模仿),還包括創新知識的能力(創新)。技術學習發生在兩個層面上:個人和組織。在組織的學習過程中首要的角色是企業內部的個人,然後才上升到組織學習。

企業的技術能力不是顯性知識的總和,在很大程度更是隱性知識的總和。比如企業專有的標準化操作步驟,這些只有在掌握了隱性知識的成員利用它們時才有用處。最初的隱性知識通過招聘外部有經驗的工程師獲得,顯性知識可通過對文獻進行研究、參觀現場獲取,此後用危機機制促使員工挑戰自我、持續努力,實現顯性知識到隱性知識的轉化,為下一階段打下基礎。

因此決定技術能力有兩個要素:

  1. 現有知識基礎(顯性知識);
  2. 努力的程度。僅把顯性知識擺在企業和個人面前是不夠的,如果個人沒有挑戰精神,不去自覺地努力、把知識內化(隱性知識),學習也不能發生,努力程度對長遠學習和企業競爭力來說更重要。

組織的危機意識激發員工的挑戰精神,持續努力,迅速行動,從而實現組織整體技術能力快速提升。

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圖4 組織的危機意識、挑戰精神、迅速行動促進組織整體技術能力快速提升

1、危機意識在組織內準確傳達與擴散,激發員工挑戰精神、迅速行動

韓國特殊的地理位置、長期遭受入侵的歷史以及嚴峻的物質環境,造就了韓國人的危機意識、堅韌品格和團結的民族主義精神,另外強制服兵役的制度使韓國年輕人養成了遵從指令迅速行動的習慣。而三星則進一步的將這種危機意識和速度文化融入到企業中。 三星對於危機意識是這樣定義的:它是一種時刻讓組織保持警醒的精神力量,在這樣的精神力量驅動下,組織能準確理解目前所處狀況、樹立應對未來的正確對策、並持續全力前進。我們從三星開發 64K DRAM的經歷來看看危機意識是如何準確傳到到員工,使員工挑戰自我、迅速完成研發目標的:

三星領導層在分析了當時嚴峻的內外部環境後,判斷半導體是解決危機的手段,於是決定進入該行業。領導層為了將危機意識準確傳達給研發團隊、激發員工挑戰精神、加快研發速度,採取了兩個方法:①在美國和韓國同時成立了兩個研發團隊,讓其相互競爭;②設定超出現有水平的開發目標——6個月。這種危機管理機制促使研發團隊挑戰自我、竭盡全力,組織則給予各種資源支持,最終完成了目標。在具有挑戰性的目標下,每個人長時間的努力帶來了組織層面的高效率技術學習,而美國和韓國兩個團隊間的相互合作、信息溝通、輪崗工作,也促進了技術知識從美國向韓國轉移。

三星在技術追趕期的目標就是實現反超,持續不斷的向第一名發起挑戰,在這樣的前提下,再制定組織、業務分工和詳細計劃,通過設定超出現有能力水平的挑戰性目標來帶動員工的危機意識、加深員工努力程度、迅速行動。將領導層的危機意識傳達給員工,作為舉例,還有一項在三星集團內有名的改革,叫做「新經營宣言」,這次變革是1993年李健熙會長意識到市場環境變化和只重視量忽視質的三星文化所推行的一次改革措施。當時三星將相關內容印刷成冊,組織全體員工學習,改變三星Logo,提出「除了妻子和孩子一切都要變」的口號,還將上下班時間改成了上午7點至下午4點。這些與員工息息相關的制度措施,提升了集團整體的危機意識,並使三星能夠渡過4年後的1997年金融危機。

不論市場景氣與否,三星的危機意識和挑戰精神貫穿始終:實現歷史最好銷售額,更不滿足於現狀,而是加強自我反省,為下一個周期做好準備,比如分析市場整體成長率多少,三星是否在市場整體之上,如沒超過,原因是什麼,競爭公司的銷售額成長率和收益率是否比三星多,如果多,背景和原因是是什麼,改善方案是什麼;市場不景氣時,三星則將危機轉變為機會,把和競爭公司的技術差距明顯的表現出來,突顯自己的領導地位。2017年三星電子超過英特爾成為世界第一的報道出來以後,三星自己沒有讚美自己,而是冷靜的分析這個第一是真正的第一,還是因為競爭公司的衰退獲得的第一,未來要保持第一的戰略等。

2、挑戰精神加深員工努力程度,推動並加速組織整體技術能力的提升

三星最初作為存儲器領域的後發企業,技術開發最初是從模仿領先企業開始、逐步發展為創新的,即:獲取技術知識→模仿、消化、吸收→改進、創新。三星面對領先企業的挑戰精神加深了整個過程的努力程度,使得研發過程能夠更細緻、快速的展開,同時組織層面給予積極的資源支持,有效推動了技術學習從個人層面向組織層面轉化。

三星會盡最大努力嘗試所有可能的方法,舉一個三星手機的例子:據一家提供三星零配件的台灣業者回憶,有一次,三星說零件有問題,要求派工程師去韓國,結果,三星派了許多工程師出來,要台灣工程師全部演練一遍,還把全過程錄下來,台灣人覺得不對勁,趕快回台灣,以免泄露更多機密。台灣業者是這樣評價的:三星通過這種學習過程,把供貨商累計多年的經驗快速吸收,再加以改良,變成自己的技術,零配件、設備都是這樣,學習模仿後加以改良做出自己的進階版,還會想辦法申請專利,成為三星競爭力一環。

《三星因此強大》書中是這樣回顧如何制定具體產品開發戰略的。購入競爭公司產品,對其設計、性能、開發思路進行分析:

  • 與三星不同的地方
  • 造成差距的背景和原因
  • 克服差距的方案
  • 這種差距未來三星有無可能領先,分析結果絕對不能出現簡單的外部歸因論,比如技術方式不一樣、應用市場不一樣。三星還會購入使用三星產品的客戶的系統,分析客戶的開發思路是什麼,據此來制定營銷和開發戰略,提前替客戶想到他們的需求,向客戶提案他們所需的產品,以把握市場先機。

三星將挑戰精神融入到工作中的每一個細節,盡最大的努力去做好每一項工作。三星員工這樣評價自己的工作:不徹底做好比不做更恐怖,不徹底做好的話,會得出「都嘗試過了,沒有得到預想的成果」「我們的能力還不夠」等消極的偏見,下次就不會想要再嘗試,未來要打破這種偏見還需要越過一座高牆,所以一旦決定要做就要做得徹底。

三、技術領先期三星文化與戰略戰術的融合

1993年三星實現領先後,從未停下前進的腳步,過去十年間形成的危機意識、挑戰精神、速度文化將三星推向了新的高峰。《三星因此強大》書中,對三星保持領先的策略總結為:在戰術上壓倒競爭對手,戰略上看向未來更大的視野。下文將討論三星如何將危機意識、挑戰精神、速度文化融入戰略戰術,在市場預測、投資、生產、研發、組織方面高效運作、保持領先的。

(一)對未來的篤定

存儲器產業的特點是產品壽命周期短(2-3年),產品價格波動大(如4M DRAM價格從1988年的40美元/個暴跌至1992年2美元/個),且需要大規模的研發和設備投資(三星2017年平澤一期快閃記憶體工廠投資額140億美元),如果沒有對未來的堅信,是無法在如此持續的市場波動和漫長的研發過程中堅持下來的。

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圖5 DRAM平均銷售價格趨勢(單位:美元/個)

來源:申璋燮、張成源(韓).三星半導體世界第一的秘訣[M].韓國:三星經濟研究所,2008:27-28

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圖6 全球半導體市場起伏和全球GDP總量增長之間的比較圖

來源:王龍興. 2016年全球半導體產業的基本情況分析[J].集成電路應用,2017.9

三星的存儲器企劃部門,由設計、工藝、營銷等部門出身的員工構成,他們需要儘早的進行信息收集和分析,不光是站在市場(客戶、競爭公司、合作廠商等整個產業生態鏈)的視角對商品進行企劃,作為行業領先者,更重要的是把握IT行業整體技術趨勢,提出對應的產品技術提案,以及與之相應的人力、制度、投資的準備,並對戰略及產品規劃分中長短期進行系統管理,不同期間戰略之間緊密聯動,實時監測執行情況以進行調整。三星的這些工作要比競爭企業快一步甚至兩三步,沒有做好對未來的準備造成的機會損失不可計量。

研發過程中對未來持有肯定的想法也十分重要。出現問題、覺得無法實現產品化的想法,以及堅信未來,覺得目前的開發思路和設備還不夠完善、找各種方法努力去克服、去挑戰的態度,帶來的工作結果完全不一樣,否定的思考是無法堅持下來看不到盡頭的開發過程的。

現在市場向大數據、IOT、AI、自動駕駛等第4次工業革命發展,分析未來市場走向並建立應對方案的工作將更加複雜和困難,但只有別人感到困難、不願意做的事,我們通過自己的努力去挖掘、去學習、去挑戰,這才是公司競爭力的源泉。

(二)迅速果敢的大規模投資決策

對於半導體行業的投資,三星李健熙會長強調:「和任何領域相比,半導體如果錯失了時機,機會損失不可估量,因此先發投資比任何事情都重要。」要想在速度為王的半導體行業中生存下來,必須要在投資競爭中勝出。這裡的勝出意味著要在市場、技術都不確定的情況下迅速做出投資決策,在情況明朗以後再決定就已經比競爭對手慢了,而迅速的投資決策也必然是建立在對未來的堅信以及對自己的技術自信上的。

世界DRAM市場處於低谷的1990-1991年,日本企業紛紛減少投資,而三星還是決定承擔風險投資8英寸Wafer工廠,李健熙會長這樣說道:「我考慮很久決定投資8英寸工廠,如果失敗的話就是1兆韓幣的損失,周邊有許多反對的聲音,但是如果我們想要拿世界第一,那是最合適的時機,如果我們不趁這個時候超越,那麼我們永遠都是技術落後國家。」1992年三星建成了世界第一個8英寸量產線,實現行業領先後,三星更是加大了投資,1993-2000年三星年均DRAM投資額是日本四大企業的4.7倍。

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圖6 三星電子與日本競爭公司在DRAM的投資額比較

來源:申璋燮、張成源(韓).三星半導體世界第一的秘訣[M].韓國:三星經濟研究所,2008:39

簡單對比下三星和我國半導體存儲器的最新投資動態。位於武漢的「國家存儲器基地」,三期工程總投資240億美元,預計2020年完工,2018年將小規模量產32層64G快閃記憶體。再看一下三星的動態:2017年,三星投資140億美元在韓國平澤建立的64層512G快閃記憶體工廠竣工;2018年,三星投資130億美元的平澤二期即將投產,用於生產DRAM;計劃在2021年前,在平澤繼續投入280億美元。也就是說,三星在平澤工廠的投資,是我們「國家存儲基地」的2倍多,且技術領先3-5年。

(三)生產和研發的緊密結合、高效運營

存儲器行業的特點是先在市場上推出產品的企業才能確保收益,但實際上新產品開發和實際量產之間存在時間差,即使先開發出產品但量產體系沒有構建起來,在競爭中也會失敗。可以說比起開發能力,量產體系的構建能力更是決定勝敗的關鍵。例如,NAND Flash就是日本東芝先開發出樣品,三星則在量產速度戰中勝利率先向市場推出產品。

三星能迅速構建並高效運營量產體系,核心在於「並行開發體系」,即研發與生產過程的緊密結合、高效運作、系統管理,這在新產品加速推向市場、提高資源利用率、降低生產成本起到了關鍵作用。該體系不是採取設計→工藝→測試→量產的順序式開發,而是在新產品研發階段生產部門就參與進來,並行開發,提前挖掘量產有可能出現的問題,事前充分驗證良率,並把量產知識運用到相關設計中,以實現在投產早期迅速增加產量。並成立特別工作小組,每周檢查開發進度,迅速解決各類問題。

三星還動用集團整體的力量,包括資金、技術、運營等方面的資源去支援、配合量產體系的構建工作,如三星建設迅速的建設工廠,三星物產進口設備,家電事業部則把自己積累的技術和量產經驗能力輸送到存儲器事業部等。

三星在1994年建立了PDM(Product Data Management)系統來支撐這個並行開發體系。所有部門,包括戰略規劃、商品企劃、外觀、技術設計、製造、生產管理、資財和品質管理、營業、售後、海外分公司、合作廠商,通過這個IT系統大家隨時共享信息、及時把握市場變化和客戶需求,使各部門做到迅速響應、同時開展工作,在更短的時間完成產品開發和生產,這個系統也在無形中加深了員工的危機意識。

另外,為了降低生產成本、度過產品價格暴跌的市場周期後半段,三星還積極進行各種生產工藝的革新。比如,同時進行三個世代的產品研發,把下個世代的設計和工藝技術運用到現世代的產品生產中,以提高產品性能及產量;綜合利用產線,在舊產線上開發出能生產下一個世代產品的方法或生產多種產品,設計新產線時考慮下世代產品的生產需求;根據客戶需求生產多樣化產品,採取多品種少量生產的戰略,以確保盈利等等。

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表2. 三星半導體產線綜合利用圖示(至2005年)

來源:申璋燮、張成源(韓).三星半導體世界第一的秘訣[M].韓國:三星經濟研究所,2008:64

(四)技術的選擇、深化與多元化

領先企業要保持領先優勢,必須自行創新解決技術問題。而新技術層出不窮,選擇並集中於哪種技術進行研發是決定勝敗的關鍵,要保持市場領先,還須推進技術產品的深化和多元化,持續擴大收益。

1、技術的選擇:

三星在進行技術選擇時,採用的是一種防禦式的技術革新戰略,可以比喻成「在剪刀石頭布的遊戲中晚出手」。但採取這一策略的前提是,必須有高效強大的生產能力和營銷能力作為支撐。即針對市場中已經出現的新技術產品,迅速地進行性能改善並生產出更好的產品,並利用現有的流通網路迅速的銷售,以搶佔市場先機。詳細可分解成以下幾個階段:

  1. 不同世代以及相關產品技術同時進行開發, 研究所有的可能性;
  2. 不確定性還未減少前,技術選擇儘可能推遲,到了必須選擇的時間點,選擇那些即使技術上更困難一些,但長期來看更有潛力的技術;
  3. 一旦作出了選擇 ,全力推進研發至量產的速度戰。

舉一個比較有名的例子,開發4M DRAM時,所有企業面臨著Cell結構是選擇溝槽型(Trench)還是堆積型(Stack)的難題。在還不明朗的情況下,三星先分成兩個小組同時研究,而後東芝和美國公司選擇了溝槽型,三星認為雖然堆積型要解決的技術問題更多一些,但溝槽型不利於未來晶元面積的減小,堆積型的潛力更大,因此選擇了堆積型。之後採取了溝槽型的東芝在量產試驗中良率下跌,不得已向堆積型轉換,導致失去了市場第一的位子,而選擇正確的三星得以縮短了與領先企業的差距。

2、產品的深化與多元化

三星為了確保收益,積極進行工藝創新,提高產品附加值。比如90年代初三星推出的SDRAM產品,晶元與與系統時間聯動,處理速度比原有DRAM提高4倍,DDR(Double data rate)DRAM,比SDRAM速度提高2等。通過生產高性能DRAM,三星的產品售價要比競爭公司貴10-30%,這也是三星得以度過市場低谷期的原因之一。

三星還圍繞存儲器積極開發相關產品,提高產品的多元化,1990年三星預見到Mobile時代的到來,提出公司的Vision是成為「Total Solution Creater」並付諸於實踐。Flash 存儲器是三星產品多元化的第一個領域,陸續推出了NAND Flash、NOR Flash,開發MCP(Multi-chip Packaging,在一個晶元中集成多種功能以滿足移動設備小型化的需求),2000年後三星還推出了手機處理器、CMOS感測器、Display IC等等。目前三星在CMOS圖像感測器的市場佔有率僅次於Sony為30.3%,計劃未來將圖像感測器拓展到車載、機器人、醫療系統等應用上,圖像感測器有可能成為三星新的增長引擎。

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圖7 三星半導體產品

來源:三星半導體官網

三星在Mobile領域之所以能夠實現產品多元化,在於最初在DRAM領域積累的基礎,逐步把在其優勢擴散到非儲存器領域,實現整個半導體行業的領先。在全球對三星存儲器業務群起而攻之的時候,三星半導體早已經為未來種下了勝利的種子。

四、總結與啟示

三星在技術追趕期憑著危機意識、挑戰精神、速度文化,在十年間實現了技術反超,之後的技術領先期,三星更是將這三者發揮到極致,與其戰略戰術相融合,對市場精準分析預測,迅速果敢的大規模投資,高效運營集團整體層面的「並行開發體系」 和「防禦式技術革新戰略」,積極降低生產成本,提高產品附加值,持續尋找新的成長引擎。

每一個企業都會意識到企業文化、戰略制定實施的重要性,而三星能在十年間實現反超、保持20年世界第一的原因,在於其文化真正融入到了每一個員工、每一項具體工作的每一個細節,三星真正做到了集團上下所有人在正確的方向上,秉持韌性、高效協作、不畏困難、迅速推進,並隨時地檢查、反省、改進。

由於每個國家的文化習慣的差異,簡單模仿類似三星的先進企業是無法成功的,我們需要做的是總結先進企業的關鍵成功因素,自身去付諸實踐,找到不足並持續改進,最終摸索出適合自己的方法,從而突破自我,迎向新生。

參考文獻:

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