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晶体管半导体芯片越代升级的过程

发布时间:2020年05月21日 18时57分30秒   新闻类型:广域新闻    访问次数:369
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文章开篇先提两个问题,第一个问题:美国在半导体芯片行业领域,为何如此敏感制裁?第二个问题:中国网民为何憎恶特朗普的制裁?特朗普的意志,是美国的科技半导体行业意志?还是特朗普个人执政意志?这需要我们一起看科技半导体芯片信息技术革命的历史,再看现在的科技半导体芯片趋势。

历史资料:

自1946年世界第一台计算机“ENIAC”问世,半导体由萌芽状态逐步发展成产业链,1952年美国德州仪器正是随着1951年第一台商用计算机,而涉足半导体产业,这也是世界最早涉足半导体业务的企业,此时的摩托罗拉也在研发新的晶体管项目,同时IBM701问世,IBM于1952年4月19日,发布自己的第一台存储程序的计算机,也是第一款批量制造的大型计算机,也是普通意义上的电脑,是整个世界的一个里程碑式的产品。随后1953年摩托罗拉了申请了其第一项半导体专利,涉足无线通讯接收器、收音机音频功率转换。1954年德州仪器晶体管收音机成功面市销售,这正是面接合型硅晶体管技术,同时贝尔实验室推出全晶体管计算机。


Invisible Women: The Six Human Computers Behind The ENIAC 文章介绍:“The ENIAC looked nothing like a computer as we know it today. It was a huge machine full of black panels and switches, containing 17,468 vacuum tubes, 7200 crystal diodes, 1500 relays, 70,000 resistors, 10,000 capacitors and approximately 5,000,000 hand-soldered joints. It weighed more than 30 short tons, occupied 167m2 and consumed 150 kW of electricity. Its huge power requirement led to a rumour that the lights across Philadelphia would dim every time the ENIAC was switched onENIAC”。译: ENIAC看起来并不像我们今天所知道的计算机。 这是一台巨大的机器,上面满是黑色面板和开关,由17,468个真空管、7200个晶体二极管、1500个继电器、70,000个电阻器,10,000个电容器和大约5,000,000个手工焊接的接头。 它的重量超过30英吨,占地167平方米,耗电150千瓦。 它巨大的功率要求导致谣言说,每次打开ENIAC时,费城的灯光都会变暗。

1955年,“晶体管之父”肖克利离开工作将近20年的贝尔实验室,回到老家圣克拉拉谷现在的硅谷中心地带。在山景城创建了肖克利实验室股份有限公司,这也是硅谷第一家真正的半导体公司,肖克利实验室为硅谷吸引的大批优秀技术人员,这也成就了硅谷取代美国东部,成为美国半导体产业中心,被誉为“硅谷的摩西”。肖克利实验室1957年研发硅台面晶体管问世。

1957年西摩·克雷(Seymour Cray )设计出全晶体管超级计算机,被誉为“超级计算机之父”,半导体产业销售规模第一次超过1亿美元。

1957年8月28日,杰克 基尔比(jackS kilby)在德州仪器公司的实验室里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,这一天,被视为集成电路的诞生日,而这枚小小的芯片,从此开创了电子技术历史的新纪元。被誉为“集成电路之父”。1957年10月,Robert Noyce率领八名同事,离开肖克利实验室,借助Fairchild Canera and Instrument公司的投资,创立仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor),进一步推动“硅台面晶体管”。

1959年,仙童半导体公司,首次将集成电路推向商业应用,也推动了因特尔、AMD、美国国家半导体公司、Altera等芯片技术的核心公司。1960年,世界上第一块硅集成电路制造成功。


1963年,仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor),26岁的工程师 Robert Widlar设计了第一个单块集成运算放大器电路(μA741 Op-Amp),它以300美元的价格售出。 Widlar随后改进了μA709设计,将成本削减至70美元,并使该芯片取得了巨大的商业成功。 故事是,随心所欲的维德拉(Widlar)随后要求加薪。 当他不明白的时候,他辞职了。 美国国家半导体(National Semiconductor,现为德州仪器(Texas Instruments)的一部分)太高兴了,以至于找不到一个人来帮助建立模拟IC设计的学科。 1967年,维德拉(Widlar)为美国国家半导体(National)制造了更好的运算放大器LM101,其版本仍在生产中。在1963年,F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术。



原文介绍:Chip Hall of Fame: Fairchild Semiconductor μA741 Op-Amp


1965年,英特尔(Intel)创始人之一,戈登·摩尔(Gordon Moore)提出摩尔定律,“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。CMOS器件的发明有效的实践了摩尔定律。



详细参考:Happy B’Day Gordon Moore: One Of The Founding Fathers Of Silicon Valley
文章介绍戈登·摩尔(Gordon Moore)一生的发明成就和慈善事业。

1966年,贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一块公认的大规模集成电路。

1968年,罗伯特·诺伊斯,戈登·摩尔,安迪·格鲁夫 创立因特尔Intel公司,并且推出DRAM,次年1971年推出SRAM和EPROM和一块微处理器4004(也是首款商用微处理器,内建2300个晶体管,主频740KHz),存储芯片和微处理器发明,决定了半导体工业发展的方向。

1980年,IBM PC XT问世,铸造出产业标准“Wintel”,加速半导体技术发转进程,摩尔定律得以持续,同时Apple Ⅱ个人电脑问世,标志着进入人人有计算机的时代。

1983年,Altera发明第一个可重编程芯片(PLD),允许工程师对齐设计进行重新编程、修改和升级,而不需要额外成本 ,2015年12月英特尔斥资167亿美元收购了Altera公司。

1984年,赛灵思发明现场可编程器件FPGA,创始人Bernie Vonderschmitt开创了无厂模式,此后世界半导体厂商都广泛接受了这种类、模式。

1987年,台积电开创了晶圆代工(foundry)模式,宣告着半导体制造业开始向东方迁移。

1988年,精简指令集芯片(RISC)技术实现商业化,特点优势支持速度更快和占用内存更少。同年16M DRAM问世,1平方厘米大小硅片上集成3500玩个晶体管,标志着半导体产业进入超大规模集成电路(VLSI)阶段。

1997年至2003年,奔腾ⅡM300Hz 采用0.25μm工艺至1999年奔腾Ⅲ450MHz采用0.18μm工艺,再2000年,1GB RAM投放市场,奔腾4代问世,1.5GHz,0.18μm工艺,然后2003年奔腾4E系列90nm工艺推出,2005年Intel酷睿2系列65nm工艺上市,2007年基于新45纳米High-K工艺,Intel酷睿2 E7/E8/E9系列上市,2009Intel酷睿i系列,采用32纳米工艺推出。

20世纪70年代,日本企业于引进美国等国的半导体研发及制造技术,在80年代其半导体的生产与研发进入了鼎盛期,日本制造商在半导体产业中占有领先地位,采用基于DRAM的IDM商业模式,几乎占据全球半导体市场半壁江山。80年代日美贸易战争中打得最为惨烈的战场就是半导体。对美贸易战争战术的失败,加上进入90年代后期,日本企业体制的僵化,在新一轮半导体竞争中,日本开始败下阵来。

20世纪90年代,韩国三星成为全球最大的DRAM厂商,随后,和海力士/Hynix占有者全球闪存市场的重要地位。这正是从日本瓜分出来的半导体市场,90年代日本的半导体产业风头被削弱,美国的德州仪器和英特尔也在此时得到了更多市场,专注MPU/微处理器,此时日本最大生产厂商NEC已经被大大削弱,韩国和台湾地区的生产厂商集中资源追赶竞争。

21世纪,随着移动互联网迅猛发展,传统PC电脑反而没有移动设备的需求旺盛,移动终端手机、电视机、汽车、无人机等领域对半导体芯片需求日益旺盛。在移动小设备中使用使用最广泛的是ARM架构低功耗成本的RISC微处理器,全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器目前在智能手机市场中占有95%份额。ARM处理器维基百科详细关联参考:https://wiki.hk.xileso.top/baike-ARM%E6%9E%B6%E6%9E%84

芯片集成电路发展经历:电子管--晶体管--集成电路--超大规模集成电路--封装芯片 。

从20世纪半导体发展历史中我们可以看到,美国经济高效发展推动,与开半导体产业密切相关,我们或许最熟悉的是微软、苹果、IBM、Google一类代表性公司,但这些公司都是由80年代以前的硅谷半导体美国国家半导体,经过一代人的科技研发积累~~造就了后面的微软、苹果、IBM、Google。自20世纪第一台计算电脑问世半导体兴起,半导体实际是作为美国的精神、科技、物质经济支柱追求,现在也是将来也是。如同细胞进化一般,由简单的晶体管到复杂微芯片,体积越来越小,工艺越来越精密,运算能越来越复杂,功能越来越强大。所有现代工业智能制造的核心不可缺少的就是“芯片半导体”。这就是美国之所以对半导体芯片产业的敏感所在,不管是日本、韩国、还是今天中国产业升级,美国政府都会高度敏感,目前的特朗普政府,对半导体芯片领域对中国高度敏感种种打压,这背后实际是半导体芯片企业的要求与担忧防御,要求美国政府设置壁垒,统一由美国政府发号施令。如果美国国家(企业、国民)失去精神、物质追求支柱会是什么景象?所以会不顾一切的打压潜在的竞争对手。而中国这边合作伙伴采购商,时不时放出口号“…伟大复兴计划…”,这让美国的半导体,芯片元件供应商生产企业更感到不安,而实际从发展历史中看到,20世纪全球半导体产业链,中国几乎没有一家公司涉足PC时代的半导体的核心部件生产,即使现在的智能手机芯片元只有少量的涉足,但核心部件链条仍然处在起步状态,尚未立稳根基,可中国喊出壮志豪情的“…复兴…弯道超车…”口号,已经触动了美国高科技高度敏感的神经。这也是中国国内网络上传达的呼声“…美国政府特朗普毫无征兆的频繁制裁…”。

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