广告

重温半导体飞速发展的大半个世纪

时间:2020-09-24 作者:王健 阅读:
半导体是导电性介于导体和绝缘体中间的一类物质。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。
广告

什么是半导体?

半导体是导电性介于导体和绝缘体中间的一类物质。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。yVtEETC-电子工程专辑

半导体主要由四个组成部分组成:集成电路,光电器件,分立器件,传感器,由于集成电路又占了器件80%以上的份额,因此通常将半导体和集成电路等价,我们生活中又通常称为芯片。集成电路按照产品种类又主要分为四大类:微处理器,存储器,逻辑器件,模拟器件。yVtEETC-电子工程专辑

提起芯片,很多人可能见过,就是一块黑色类似于小盒子的东西,它是由晶体管组成的。yVtEETC-电子工程专辑

什么是晶体管呢?yVtEETC-电子工程专辑

严格意义上讲,晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件,包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等。晶体管有时多指晶体三极管。yVtEETC-电子工程专辑

所以我们可以知道:由半导体材料制造出了晶体管,由晶体管组成了芯片。yVtEETC-电子工程专辑

晶体管的诞生

晶体管的发明,最早可以追溯到1929年,当时工程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。但是,限于当时的技术水平,制造晶体管的材料达不到足够的纯度,而使其无法制造出来。yVtEETC-电子工程专辑

1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组,研制出一种点接触型的锗晶体管。1956年,肖克利、巴丁、布拉顿三人,因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。肖克利也被誉为晶体管之父。yVtEETC-电子工程专辑

芯片有如此强大的功能,为什么晶体管可以胜任呢?yVtEETC-电子工程专辑

我们知道,对于数字电路来讲,逻辑是其精髓所在,所有的功能归根结底,都可以说是逻辑功能。而逻辑的基本构成元素是逻辑0和逻辑1。yVtEETC-电子工程专辑

而晶体管恰好具备这种功能--通过电信号来控制自身开合,以开关的断开和闭合来代表0和1。yVtEETC-电子工程专辑

历史中的八卦

当然,一味的讲原理或者讲历史就没意思了,我们来挖掘半导体发展过程中的八卦。yVtEETC-电子工程专辑

前面有提到过,被誉为“晶体管之父”的肖克利,出生于伦敦,三岁时随父母漂洋过海来到加州。受父母对他科学思想的灌输,考入MIT,随后获得固体物理学博士,留校任教。后来,被位于新泽西州的贝尔实验室副主任凯利来麻省“挖墙角”,将肖克利挖走了。当晶体管发明成功后,肖克利并不满足,他依然进行着不断地尝试,希望发明性能更好的晶体管,并将其商品化。yVtEETC-电子工程专辑

与此同时,高纯硅的工业提炼技术已成熟,用硅晶片生产的晶体管收音机也问世。在贝尔实验室工作的肖克利坐不住了,他看到了未来的商机,而现在只能看着贝尔实验室拿他的发明赚钱,并且晶体管的性能不稳定,有损个人声誉。yVtEETC-电子工程专辑

最后,矛盾爆发了!当然最终还是因为利益。yVtEETC-电子工程专辑

硅谷诞生

1955年,肖克利回到了自己的家乡圣克拉拉(Santa Clara)谷,并得到了贝克曼的支持,创办了自己的公司。yVtEETC-电子工程专辑

圣克拉拉位于旧金山湾区南部,与圣何塞(San Jose)[4] 、森尼韦尔(Sunnyvale)。地理位置优越环境优美,气候清新宜人,交通便利。从此,这一片狭长的山谷举世闻名。yVtEETC-电子工程专辑

肖克利在创办了自己的公司后,依靠自身的威望,很快招到了一批学识渊博,技术过硬的人才。此时,我们仿佛看到一家半导体商业巨头正要崛起,屹立于世界之巅,但是,总有意外发生。yVtEETC-电子工程专辑

硅谷八叛将

肖克利虽然是一个聪明绝顶的天才,但却不是一个好的管理者。在公司发展方向上,几乎由他一人掌控,专横独裁,而且他不知道自身的缺陷,也不接受同事的合理化建议,最终导致公司在很长一段时间里都没有产品做出来。在同事关系上,他忽略了最重要的两点--尊重与信任,肖克利通过各种办法,牢牢的将技术专利掌握在自己的手中,这种自私自利的管理方式,终将会让公司走向没落。yVtEETC-电子工程专辑

1957年9月18日,以诺伊斯为首的八位年轻人愤然提出离职,肖克利得知后勃然大怒,骂其曰“八叛逆”(Traitorous Eight)。yVtEETC-电子工程专辑

硅谷八叛将分别为:诺依斯(N. Noyce)、摩尔(R.Moore)、布兰克(J.Blank)、克莱尔(E.Kliner)、赫尔尼(J.Hoerni)、拉斯特(J.Last)、罗伯茨(S.Boberts)和格里尼克(V.Grinich)yVtEETC-电子工程专辑

传奇的仙童

很快,这八个人就拿到了一笔风险投资,投资人是具有远见卓识的谢尔曼·菲尔柴尔德,成立了仙童半导体(Fairchild),公司便是以投资人命名。yVtEETC-电子工程专辑

公司由谢尔曼·菲尔柴尔德控股,管理人为诺伊斯。在新型的管理模式下,仙童半导体快速发展,不到半年的时间里就已经开始盈利。yVtEETC-电子工程专辑

与此同时,仙童的两项发名专利,更使其立于世界的半导体之巅。其一是平面工艺——一种制造半导体电路的工艺方法,发明人为约翰·霍尔尼(Jean Hoerni)。yVtEETC-电子工程专辑

另一个发明专利便是集成电路。顾名思义,集成电路就是用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上。yVtEETC-电子工程专辑

1958-1959年,来自仙童的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)发明了硅集成电路。事实上,在早些时候,来自德州仪器的杰克·基尔比(Jack Kilby)发明了锗集成电路。由于两人在同一年独立且不知情的情况下分别发明了集成电路,所以两人共享集成电路发明者的荣誉。yVtEETC-电子工程专辑

现在,在我们眼里看来,把多个电路集成到一起而减少面积是个自然而然的事情,然后这个简单的想法,却改变了我们的世界。很多伟大的发明,往往源自一个很简单的想法。也许,即使没有这两位,依然有人会想到这个点子,但是历史只会记住最先吃螃蟹的人。yVtEETC-电子工程专辑

此时的仙童半导体公司风光无限,而半导体行业在那时宛若一个巨大的金矿,任凭仙童肆意挖掘。而仙童的股权大部分都在投资人谢尔曼 菲尔柴尔德的手里,与此同时,仙童半导体公司的利润被不断转移到东海岸,去支持Fairchild摄影器材公司,此时仙童的员工开始坐不住了,开始了新一轮的离职创业潮。yVtEETC-电子工程专辑

花开遍地

1968年,诺依斯(N. Noyce)和摩尔(R.Moore)从仙童离职后创办了我们所熟知的英特尔(Intel),这里的摩尔就是我们所熟知的摩尔定律的提出者。yVtEETC-电子工程专辑

1969年,杰里·桑德斯(J. Sanders)当时在仙童担任销售部的主任,带着7位仙童员工创办AMD。yVtEETC-电子工程专辑

还有许多我们所熟知的公司,比如美国国家半导体(现已被TI收购),Altera(现已被英特尔收购)等的创始人都出自仙童半导体公司。yVtEETC-电子工程专辑

正如江湖流传的苹果公司乔布斯形象比喻的那样:“仙童半导体公司就像个成熟了的蒲公英,你一吹它,这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”yVtEETC-电子工程专辑

随后,英特尔, TI,三星等巨头开始在世界的舞台大放异彩!yVtEETC-电子工程专辑

在处理器(CPU)领域,英特尔的发展史代表了处理器的发展史。1971年,英特尔推出了它的第一款处理器——4004,这是一款4位的处理器,仅包含2300个晶体管,现在来看,这款处理器简直就是个小弱,但它的诞生意义重大,实现了从0到1的突破。1978年,英特尔推出了一款16位的处理器——i8086。1979年,英特尔又推出了8088,这是第一个成功应用于个人电脑的CPU。1982到1989年,期间又陆续推出了80286,80386,80486微处理器。1993年,奔腾处理器横空出世,2005年酷睿走进大众的视野,酷睿i3,i5,i7成为PC的主流。yVtEETC-电子工程专辑

英特尔,AMD主要做PC、服务器的芯片。对于现在炙手可热的智能手机,处理器的竞争则更为激烈。苹果,三星,高通一直占领着高端机的市场,国内近几年半导体业强势崛起,海思,展讯可谓国内的代表。yVtEETC-电子工程专辑

展望未来

纵观过去的半个世纪,半导体的迅猛发展为我们的科技爆炸提供了基础。当7nm的芯片已经商用,5nm、3nm制程已经接近极限的情况下,摩尔定律似乎已经开始走向终点,半导体下一个转折点在哪里,我们还不能确定,但目前量子技术的发展似乎给我们指明了方向。yVtEETC-电子工程专辑

随着量子通信,量子纠缠等新鲜词语开始出现在我们的视野中,量子芯片也横空出世,与传统芯片用0和1进行运算处理不同,量子芯片具备多个量子位,而不是再只有0和1两种逻辑状态,这样使得芯片的运算能力成指数增长,从而突破摩尔定律的限制。yVtEETC-电子工程专辑

回顾半导体发展的辉煌历史,也在一定程度上代表了人类的文明史。如果说机械的发展解放了人类的劳动力,那么半导体的发展则解放了人类的计算力。而且半导体的发展势头绝不会就此停歇,必将随着科技的发展大放异彩,对我们每个人来讲,未来的半导体,未来的世界,值得我们期待。yVtEETC-电子工程专辑

注:摩尔定律:集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍。yVtEETC-电子工程专辑

本文作者为AMD 高级数字芯片设计工程师,仅代表原作者观点yVtEETC-电子工程专辑

责编:Luffy LiuyVtEETC-电子工程专辑

 yVtEETC-电子工程专辑

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 竞业协议是契约精神,还是扼杀创新? 近段时间,有关竞业协议和跳槽的话题再次在科技界掀起风波。联想原副总裁常程跳槽小米被裁定违反竞业限制,遭原公司起诉索赔违约金525万元;为应对禁令期间友商的挖角,华为终端开始密集和员工签署竞业协议……
  • 最严技术工作签证(H1B)限制令发布,醒醒吧你的美国梦 10月7日,特朗普政府发布两项严格限制H-1B(技术工作签证)的新规,堪称 20 年来最严政策,让大批中国留学生叫苦不迭。在H-1B签证新规下,雇主需要对海外人才雇工支付更高的工资,表面看似留美就业将获得更高的收入,但事实上将促使许多在美就业的海外人员被迫离开。
  • 中国集成电路产业人才白皮书(2019-2020年版)发布 在2020第三届半导体才智大会暨‘中国芯’集成电路产教融合实训基地(南京)成立仪式上,《中国集成电路产业人才白皮书(2019—2020年版)》正式发布。《白皮书》显示,截至2019年年底,我国直接从事集成电路产业的人员规模在51.19万人左右,增长11.04%。与此同时,行业对人才的吸引力也在提升,行业平均薪酬……
  • 反转!北航学者被控窃取代码在美被捕,检方撤诉 胡海洲在弗吉尼亚大学研究的是仿生学和流体动力学,8月25日,现年34岁的胡海洲在芝加哥奥哈拉国际机场准备飞往中国青岛时被捕。他在过海关的时候,计算机里有他所有的研究数据,他准备一起带回国,随后他被指控窃取商业秘密。在校方承认这位研究人员有授权获取其中某些内容后,检方撤销了所有指控。
  • 华为澳大利亚已裁千人,将继续削减员工和投资 在出台5G禁令之前,华为有意让西澳大利亚成为5G全球研发中心,但5G禁令显然扼杀了这一点。华为近期终止了在澳大利亚价值1亿澳元的研发活动,并将重要的工作和岗位转移到了海外。简单地说,对华为的5G禁令让澳大利亚损失了1000个高科技和高薪职位……
  • 深天马员工低价转卖偏光片获利超10万元,判刑两年多 中国裁判文书网发布的一则判决书显示,深圳市天马微电子股份有限公司龙岗分公司有员工利用驻厂组长的职务便利,将领出的部分偏光片丢弃、部分良品偏光片低价转卖,共计获利101750元,一审被判处有期徒刑两年六个月。
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了