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20073191583270846 本文是网友投稿。作者:宋堃

引言

50年前,杰克·基尔比发明了集成电路,这一发明奠定了现代微电子技术的基础,如果没有他的发明,就不会有计算机的存在,信息化时代也能只空谈。50年过去了,谁能够想象到现在这些小小的芯片已经影响了整个人类社会,渗透到我们每一天的生活。2008年9月12日是集成电路发明50周年纪念日,50年来那些改变着人类社会里程碑式的人还有事历历在目,难以忘却。

一 杰克 基尔比(Jack S. Kilby) 集成电路之父

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1947年12月23日第一块晶体管在贝尔实验室诞生,从此人类步入了飞速发展的电子时代。但是对于从小就对电子技术感兴趣的基尔比来说可不见得是件好的事情:晶体管的发明宣布了基尔比在大学里选修的电子管技术课程全部作废。但是这并没有消减这个年轻人对电子技术的热情,反而更加坚定了他的道路。

也许这就是天意,在晶体管发明十年后的1958年,34岁的基尔比加入德州仪器公司。说起当初为何选择德州仪器,基尔比轻描淡写道:“因为它是惟一允许我差不多把全部时间用于研究电子器件微型化的公司,给我提供了大量的时间和不错的实验条件。”也正是德州仪器这一温室,孕育了基尔比无与伦比的成就。

虽然那个时代的工程师们因为晶体管发明而备受鼓舞,开始尝试设计高速计算机,但是问题还没有完全解决:由晶体管组装的电子设备还是太笨重了,工程师们设计的电路需要几英里长的线路还有上百万个的焊点组成,建造它的难度可想而知。至于个人拥有计算机,更是一个遥不可及的梦想。针对这一情况,基尔比提出了一个大胆的设想: “能不能将电阻、电容、晶体管等电子元器件都安置在一个半导体单片上?”这样整个电路的体积将会大大缩小,于是这个新来的工程师开始尝试一个叫做相位转换振荡器的简易集成电路。

1958年9月12日,基尔比研制出世界上第一块集成电路,成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想,并通过了德州仪器公司高层管理人员的检查。请记住这一天,集成电路取代了晶体管,为开发电子产品的各种功能铺平了道路,并且大幅度降低了成本,使微处理器的出现成为了可能,开创了电子技术历史的新纪元,让我们现在习以为常一切电子产品的出现成为可能。

伟大的发明与人物总会被历史验证与牢记,2000年基尔比因为发明集成电路而获得当年的诺贝尔物理学奖。这份殊荣,经过四十二年的检验显得愈发珍贵,更是整个人类对基尔比伟大发明的充分认可。诺贝尔奖评审委员会的评价很简单:“为现代信息技术奠定了基础”。

“我认为,有几个人的工作改变了整个世界,以及我们的生活方式——亨利·福特、托马斯·爱迪生、莱特兄弟,还有杰克·基尔比。如果说有一项发明不仅革新了我们的工业,并且改变了我们生活的世界,那就是杰克发明的集成电路。”或许德州仪器公司董事会主席汤姆·恩吉布斯的评价是对基尔比贡献最简洁有力的注解,现在基尔比的照片和爱迪生的照片一起悬挂在国家发明家荣誉厅内。

 

二 罗伯特 诺伊斯(Robert Noyce):科学、商业双料巨人

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罗伯特•诺伊斯,是一位科学界和商业界的奇才。他在基尔比的基础上发明了可商业生产的集成电路,使半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。同时,还共同创办了两家硅谷最伟大的公司:一个是曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司,一个是当今世界上最大设计和生产半导体的科技巨擎英特尔公司。

生活在美国大萧条时代的罗伯特•诺伊斯向来奉行“自己动手”,12岁的时候,他与二哥自造了一架悬挂式滑翔机。13岁的时候,他们用家里洗衣机淘汰的旧汽油发动机造出了一辆汽车。甚至还同朋友一起造出了一台粗糙的无线电收发两用机,互相发信息。当然诺伊斯这一生最大的发明,还属可商业生产的集成电路。

1959年7月,诺伊斯研究出一种二氧化硅的扩散技术和PN结的隔离技术,并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线,使元件和导线合成一体,从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。与基尔比在锗晶片上研制集成电路不同,诺伊斯把眼光直接盯住硅-地球上含量最丰富之一的元素,商业化价值更大,成本更低。自此大量的半导体器件被制造并商用,风险投资开始出现,半导体初创公司涌现,更多功能更强、结构更复杂的集成电路被发明,半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。

当然在这个“商用时代”还诞生了诺伊斯最大的成就:1968年诺伊斯离开了曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司(孕育出包括英特尔、AMD、美国国家半导体等当今半导体行业著名公司)与戈登-摩尔、安迪-格罗夫同创建了英特尔(Intel)。

1971年,诺伊斯所在的Intel成功地在一块12平方毫米的芯片上集成了2300个晶体管,制成了一款包括运算器、控制器在内的可编程序运算芯片,也就是我们现在所说的中央处理单元(CPU),又称微处理器,这也是世界上第一款微处理器——4004。开始了英特尔(Intel)飞速发展,从1968年的收入为零直到今天超过三百五十亿美金营业额。

一个人同时置身科学界和企业界,最终还能功德圆满,实属罕见,而诺伊斯却做到了,他已经成为半导体工业的象征人物,人们尊敬的称他为:“硅谷市长”。这位“硅谷市长”的成就也成为半导体行业工程师日夜奋斗的目标。

【2011.12.12 ,google更改了首页以纪念罗伯特•诺伊斯诞辰84周年】

三 戈登 摩尔(Gordon Moore): 一个人一个行业的定律

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在今天的IT行业有一个神话,这个神话就是一条定律把一个企业带到成功的巅峰,这个定律就是“摩尔定律”,而这个企业就是Intel。这个定律的发现者不是别人,正是世界CPU市场霸主Intel公司的创始人之一的戈登·摩尔。

1929年1月3日,戈登·摩尔出生在距离旧金山南部的一个小镇,1954年获物理化学博士学位,1956年同诺伊斯一起创办了传奇般的仙童(Fairchild)公司,主要负责技术研发。1968年在诺伊斯辞职后,戈登·摩尔跟随而去一起创办了Intel, 1975年成为公司总裁兼CEO。

1965年,有一天摩尔离开硅晶体车间坐下来,拿了一把尺子和一张纸,画了个草图。纵轴代表不断发展的芯片,横轴为时间,结果是很有规律的几何增长。这一发现发表在当年第35期《电子》杂志上。这篇不经意之作也是迄今为止半导体历史上最具意义的论文。摩尔指出:微处理器芯片的电路密度,以及它潜在的计算能力,每隔一年翻番。这也就是后来闻名于IT界的“摩尔定律”的雏形。为了使这个描述更精确,1975年,摩尔做了一些修正,将翻番的时间从一年调整为两年。实际上,后来更准确的时间是两者的平均:18个月。"摩尔定律"不是一条简明的自然科学定律,尊它为发展方针的英特尔公司,更是取得了巨大的商业成功,而微处理器也成了摩尔定律的最佳体现,也带着摩尔本人的名望和财富每隔18个月翻一番。

当时,集成电路问世才6年。摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔当时的预测听起来好像是科幻小说;此后也不断有技术专家认为芯片集成“已经到顶”。但事实证明,摩尔的预言是准确的,遵循着摩尔定律目前最先进的集成电路已含有超过17亿个晶体管。

摩尔定律的伟大不仅仅是促成了英特尔巨大的商业成功,半导体行业的工程师们遵循着这一定律,不仅每18个月将晶体管的数量翻一翻,更是意味着同样性能的芯片每18个月体积就可以缩小一半,成本减少一半。也可以说是因为摩尔定律让我们生活中的电子产品性能越来越强大,体积越来越轻薄小巧,价格越来越低廉。

1900年已经退休的摩尔从美国前总统布什的手中接过了美国技术奖。今天,他的名字就像他提出的“摩尔定律”一样,响彻在半导体行业每个人的心中。摩尔定律就像一股不可抗拒的自然力量,统治了硅谷乃至全球计算机业整整三十多年。

四 安迪 格罗夫(Andy Grove) 微处理器之王狂妄的匈牙利人

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“Only the paranoid survive.”只有偏执狂才能生存。说这句话正是安迪·格罗夫。

还记得没有电脑之前的生活吗?可以这样说,没有英特尔的微处理器,就算一万个年少轻狂才华横溢的比尔·盖茨也无济于事。从1987年接过英特尔的CEO接力棒之后,他不断以打破传统、挑战现有逻辑的战略思维,使微处理器这颗数字革命的心脏强劲跳动,为数字时代提供源源不断的动力。同样地,没有安迪·格罗夫,也就没有今天最成功的半导体公司英特尔。

进入20世纪80年代,随着美国经济的衰退与日本人咄咄逼人的攻势,英特尔公司最终储存业务陷入了重重困境,财务周转失灵,库存积压成山。

1986年格罗夫提出的新的口号“英特尔,微处理器公司”,毅然舍弃储存业务把英特尔的主营业务转到微处理器上去。正是这个决策让英特尔顺利地穿越了存储器劫难的死亡之谷,使英特尔从一个二流的DRAM厂商转变为一个垄断性的CPU厂商。

同年英特尔推出386系列处理器,又相继推出486,奔腾系列中央处理器,处理器的性能越来越强大,速度越来越快,甚至不再是简单的单个核心,双核、四核的处理器逐渐步入人们生活,个人电脑时代来临了。印有“Intel Inside”品牌标志的处理器成了世界上80%计算机的心脏,“Intel Inside”一度成为本产业的黄金标准响彻全球也在改变着世界。

五 张忠谋 新行业机构的缔造者

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一个人定义了一个产业,一个人开创了一个新的代工时代,一个人让整个集成电路行业更有活力,这个人就是张忠谋。

27岁的张忠谋效力于德州仪器公司,并且一干就是25年。1985年,受台湾方面邀请,张忠谋辞去在美国的高薪职位返回台湾,出任台湾工业技术研究院院长,致力于台湾半导体业的崛起和产业升级,1987创建了全球第一家专业代工公司——台湾积体电路制造股份有限公司(台积电)开创了半导体代工时代。

在台积电之前集成电路行业的模式都是一样的:所有的集成电路都是自己设计自己做,Intel、三星等公司集芯片设计和生产于一体,全能但庞大臃肿。正是这种大而全的设计生产方式,带来了高成本,高门槛的弊端,放慢了整个集成电路行业的步伐。

看到这一商业机会的张忠谋,大胆成为第一家“纯”晶圆代工公司,不与客户竞争,不设计或生产自有集成电路,只帮助半导体公司生产已经设计成型的集成电路。正是这种模式为台积电带来巨大财富的同时也创造了两个新的行业-晶圆代工厂,Fabless(无生产线集成电路设计公司)。由于省去了费用高昂的晶圆制造环节,集成电路行业整体门槛降低,诞生了一大批新生的具有活力的集成电路设计公司,为整个集成电路行业带来了新活力与创意。

2007年,英特尔宣布与台积电同时生产45纳米工艺的芯片。这标志着台积电在技术提高方面如此可靠,以至于像英特尔这样的国际性大芯片公司都决定停止或放缓自己生产技术的发展步伐,把更多的精力放在技术研发领域。同时传统芯片公司NXP和德州仪器公司也宣布,将停止开发一些芯片生产技术,转而与台积电等亚洲晶圆代工企业制造芯片,集成电路细分工时代全面到来,一个崭新的更具活力的集成电路行业展现在我们面前。

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27 Responses to “集成电路发明50周年-那些不能忘却的人和事”

  1. fair play说道:

    "如果没有他的发明,就不会有计算机的存在"
    计算机1945年发明, 那时候集成电路在哪?

    • 猛犸说道:

      那时候用的是真空管。

      个人认为,这里“计算机”应该改成“个人计算机”或者“微型计算机”或者“现代计算机”可能更好点……

  2. 宋堃说道:

    恩 确实是
    不好意思写错了
    应该是 个人计算机 PC
    确实是我的错
    谢谢指证 第一次投稿有问题多包含

  3. 龚钴尔说道:

    50年来,他们从海边的沙子里提取材料,每6小时就制造出一个精神病网友

  4. 乌子虚说道:

    世界各大芯片厂商每年知道上亿只这种黑背多脚的电子蟑螂。
    黑色的塑料封装和金属引脚种含有的多溴二苯醚PBDE、多溴联苯PBB、铅等有毒物质。
    不知道这些蟑螂最终促进的是人类的进步还是灭亡。

  5. sunny0302说道:

    好文!
    有个问题,摩尔定律到目前为止都运转精确的吗。这样的翻番没有极限吗,否则很容易出现很科幻的事情吧,电路密度每18个月涨一倍,不是要求体积会无限小下去……

    • yunwuxin说道:

      那个18个月还真是有点神奇。其他行业也经常把研发项目的周期定位18个月。

    • eagley说道:

      最近我听说摩尔定律好像要失效了,所以现在就有人在讨论说要不要对摩尔定律作下修改.感觉从电子器件的材料上来看,现在的技术应该也差不多到极限了吧.

    • WadeFelix说道:

      极限,这个问题,物理学家现在研究的夸克,最小的物质单元,有没有比夸克还小的物质?
      反正物理学家会给半导体行业的这群疯子定个上限的。

      最近HP发布的忆阻器芯片尚待实践检验

    • 宋堃说道:

      据我所知摩尔定律并非是一条金科玉律
      只是摩尔总结发现的规律
      集成电路的工程师也在努力遵循着这一规律去尝试每18个月在技术上进行一次革命

      其实 到今天有很多人都已经在质疑摩尔定律的失效
      但是 这条定律反而在现在有了更加广泛的延伸:
      18个月晶体管的数量翻一翻
      意味着获得同样的性能,只需要原来一半的体积
      同样的性能价格也可能只是原来的一半
      功耗也可能会降为原来的一半

      但是 制造工艺的问题也确实存在
      当制造工艺到45纳米的时候 由于绝缘层的变薄 静态功耗(漏电)越来越严重,在不采取措施的情况下会甚至超过动态功耗!
      30纳米同样也面临着这样子的问题

      个人认为 最重要的不是工艺的进步
      而是新的应用 新的产品 迫切需要新一代工艺的支持
      丛密前来看还虽然已经进入45纳米时代,但是还有好多先进的IC厂商如FPGA中的xilinx 还在使用60纳米的工艺。

      以上只是个人的意见 这里牛人辈出,有问题还请包含

    • David说道:

      本人就在晶园厂任职。出来科普一下。首先,摩尔定律是一个经济学范畴的规律,而不是什么技术定律。其次,在目前看来墨尔定律继续适用。

  6. WW说道:

    把 FairChild 称为半导体业的“黄埔军校” 是不是有些滑稽?
    FairChild 的地位应该在美国先得到认可,难道美国人也知道“黄埔军校”?

    • 宋堃说道:

      只是打一个比方 不是所有中国人都知道FairChild 但是基本上中国人都知道 黄埔军校阿
      个人觉得这个不是问题

  7. Johnny.T说道:

    1900年已经退休的摩尔从美国前总统布什的手中接过了美国技术奖。

  8. bluesen说道:

    我最近在看《硅谷之父--微型芯片业的幕后巨人》(The man behind the microchip),是诺伊斯的传记。对于集成电路的发明,是有争议的,书中似乎认为诺伊斯和摩尔才是集成电路的实质发明人。

  9. daniel说道:

    外国的这些发明哪个不比“四大发明”伟大啊.....

    • Achilles Wong说道:

      你以为我们一直都是天朝上国吧?中国的四大发明中所谓的火药和枪支弹药差远了,你可以维基一下

  10. 宋堃说道:

    其实 如果中国的火药收专利费的话...
    美国佬一个子弹一分钱 一发炮弹一块 一枚导弹3块二...
    中国早就共产了....

    • WadeFelix说道:

      专利保护是有限的。
      1时间限制,火药早过保护期限了。
      2专利只保护你申请的配方,别人可以发明别的配方
      3专利要求公开的,有时候不申请专利反而保护的更好
      4Linus说过一句话,如果有人起诉你侵犯了他的知识产权(?),你可以换另外一个算法,另一办法就是雇人把那家伙杀了。我记的不清楚了

  11. EVA-01说道:

    比起苏联人 美国人是在是太务实了 人家看到集成电路的优势以后就开始发展大规模集成电路 和超大规模集成电路 而苏联人却从此走上了晶体管小型化的道路 大有与晶体管死磕到底的精神 直接的结果就是弄得苏联的电子产品都异常的庞大 要达到和美国计算机同样的运算速度 就要付出比美国人多好几倍甚至好几十倍的体积 要想体现社会主义优越性也不是这个体现法啊 哎90年代俄罗斯最后还是回到了集成电路的道路上来了 看来资本主义相对于社会主义还有有一定的“优越性”的 呵呵至少让斯拉夫的科研人员们开化了

  12. sss说道:

    http://www.eeworld.com.cn/dygl/2008/0909/article_593.html 罗伯特•诺伊斯:科学界和商业界的巨人
    罗伯特•诺伊斯,是一位科学界和商业界的奇才。他发明了可商业生产的集成电路,使半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。同时,还共同创办了两家硅谷最伟大的公司:一个是曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司,一个是当今世界上最大设计和生产半导体的科技巨擎英特尔公司。

      时势造英雄,诺伊斯生活于美国大萧条时期,对于为什么大萧条时期中西部的乡村生活能够激励年轻人成为工程师,诺伊斯有一套自己的理论:如果有什么东西坏了,没有理由等着新配件送来,那可能会要很长的时间,也可能根本就送不来。最好的办法就是自己动手做个新的。诺伊斯喜欢动手,12岁的时候,他与二哥自造了一架悬挂式滑翔机,13岁的时候,他们用洗衣机淘汰的就汽油发动机造出一辆汽车。他还和一个朋友一起制造出一台粗糙的无线电收发两用机,互相发信息。当然诺伊斯一生最大的发明,还属可商业生产的集成电路。

  13. liltzhao说道:

    晕,08年的文章怎么又上头条了?松鼠会怎么了???

    • Ghcost说道:

      【2011.12.12 ,google更改了首页以纪念罗伯特•诺伊斯诞辰84周年】

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