芯片简史

《芯片简史》 汪波 17个笔记 点评 - 2024/02/16 认为好看

这本书可以说是一本科普书籍，讲述的是芯片从产生到现在的应用发展的过程。现在所有的科技基本上都离不开芯片，我们平常所使用的手机，电脑以及所有的电子设备都需要使用到芯片。那么，芯片是如何一步一步诞生？如何发展到我们现在目前的状况？这里面经历了非常复杂的过程，有无数的科技研究者做出了巨大的贡献，他们克服了重重阻力。

第一十一章 02 创造性失败，晶体管诞生 - 2024/02/05 发表想法

是一本科普书籍，通过讲故事的方式来讲解芯片是如何产生的？在这个过程中，有哪些事情？芯片这个领域涉及到非常专业的理工科知识，作者通过这个故事的讲解把这些相应的内容给串联起来。已讲解了芯片几十年的发展历程，也科普了相关的理工科知识。

> 原文：02 创造性失败，晶体管诞生  
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> 1940年9月的一个夜晚，伦敦上空突然警报声四起，1500架德国飞机像一张巨网包围了伦敦，并投下了将近2000吨炸弹。顿时，圣玛莉里波教堂的彩绘玻璃窗四散飞溅，白金汉宫四周被5枚炸弹夷为平地，上议院也未能幸免。  
>   
> 德国人使用了一种全新的“闪电战”战术，将盟军的坚固防线打得七零八落。此前，丹麦和挪威在4月沦陷，荷兰与比利时于5月被占领。近40万英法联军被德国机械化部队逼到了大西洋海岸一个叫作敦刻尔克的狭长地带，经过了9个昼夜的苦战，大部队人马在6月初侥幸乘船撤离。但紧接着巴黎沦陷，法国被一分为二。

• 2024/02/05 发表想法

  晶体管的诞生，说明了创造性的思维很多时候并不是简简单单的努力，有的时候也是需要运气使然。在运气的基础上，还需要有深厚的理论基础，大胆的思维跳跃，然后再加上大量的努力，有可能就会发生质的变化。但成功也是偶然的，并不是说具备了以上内容，就能够有创造性的成功。所以真正的创新，是不能够拿来量化的。

  原文：显然，他从耳机里听到了清晰的放大后的声音。人们顿时欢声雷动。

  成功了！人类发明了第一个晶体管（见图2-8），它将一个声音信号成功地放大，证实了这种新发明的固态元件具有非同寻常的放大作用。

  [插图]

  图2-8 第一个晶体管

  许多人跃跃欲试，纷纷接过了耳机，急不可耐地想要听到这种新型半导体器件放大后的声音。接着，大家热烈地讨论着这个还没有被正式命名的固态半导体器件，它不像以前的真空管器件有一个脆弱的玻璃罩，现在人们不用再担心它会被摔碎了，而且它的个头比真空管更小。

• 2024/02/16 发表想法

  很多时候，技术的突破和实现，对人际关系是有很大的影响。当年提出晶体管技术的三个人，因为想法利益各方面的冲突，最终走向了决裂。

  原文：他立刻站起来走到黑板前，对众人说自己已经有了一个想法。接着，他将一个多月以来的想法一股脑地倾泻而出：“三明治”结构、少数载流子注入、电荷在晶体内部扩散然后被收集，实现放大……巴丁和布拉顿被这番突如其来的发言震惊，同时也为肖克利将这个想法压抑了这么久而不分享给他们深感失望。

  随后，肖克利将自己提出的结型晶体管想法梳理总结，并于当年6月正式申请专利，上面只署了他一个人的名字！[插图]

  “我们也发明了晶体管”，发明之争

  到了1948年夏天，贝尔实验室准备发布点接触晶体管。此时，冷战的气氛已经笼罩在美苏之间。

• 2024/02/05 发表想法

  从晶体管的发明过程可以看出，其实在科研界也是一样的，也是充满了各种人情世故和矛盾。所以科研人员不仅需要拥有强大的智商，还需要拥有足够的情商。

  原文：…巴丁和布拉顿被这番突如其来的发言震惊，同时也为肖克利将这个想法压抑了这么久而不分享给他们深感失望。
  随后，肖克利将自己提出的结型晶体管想法梳理总结，并于当年6月正式申请专利，上面只署了他一个人的名字！

第一十二章 03 接连不断的出走，硅在扩散 - 2024/02/16 发表想法

仙童八“叛徒”，其实叛徒这个词还是太贬义了，那就加个双引号。这八个人奠定了硅谷的基础，半导体技术由这八个人进行了不断的扩散和研究，慢慢地也就有了现在的硅谷的技术和规模。追逐梦想，追逐利益，本就人之天性，正因为有了这些天性，才有了现在硅谷的成就。

> 原文：肖克利在贝尔实验室的同事查尔斯·汤斯(Charles Townes)后来对摩尔说：“肖克利太聪明了，他明白所有的事情，除了人。”[插图]  
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> 肖克利的创业虽然就这样走向了失败，但他选择加州的这个决定非常正确。加州的土地和租金便宜，气候温暖舒适。斯坦福大学就在当地，有充足的毕业生资源，校长弗雷德里克·特曼(Frederick Terman)也非常鼓励创业以及校企合作，并提供廉价的土地和办公场所给初创企业。  
>   
> 肖克利感召了一批年轻有为的人才来到加州，并将硅技术带到了这里，后来他被称为“硅谷的摩西”。这些年轻人创立了仙童半导体公司，开辟了创业和风投的先河，后来再由仙童半导体公司分化出一批又一批的“小仙童们”

第一十三章 04 “大规模白痴”，芯片的发明 - 2024/02/16 发表想法

当一个新技术最开始发明出来的时候，大都是没有市场，而且存在巨大的缺陷，和传统技术也存在差距。芯片也是一样的，刚开始提出来的时候，并不受市场和技术人员所接受。

> 原文：那时，一块简单的触发器集成电路要100美元，而一个晶体管已经降到了几美元，用几个晶体管搭建触发器成本要低得多，业界认为制造集成电路很不经济。除此之外，集成电路的良品率很低，一片晶圆上的大部分芯片都是不能工作的废品，就像蒸好一笼包子，却要扔掉一大半，这大大增加了成本。  
>   
> 电子工程师也不愿意使用芯片，他们觉得一旦芯片把所有元件都在内部连接好了，那就没自己什么事了，他们担心自己将来会失业。[插图]仙童半导体公司的安德森记得，Librascope公司的一位工程经理生气地捶打桌子，大喊他永远都不会用别人设计的集成触发器芯片。  
>   
> 电子工程师往往很不情愿接受别人设计好的芯片，毕竟，这是对他们多年思维习惯的挑战。

第一十六章 06 一切过往皆可超越，摩尔定律 - 2024/02/16 发表想法

摩尔定律讲述的是每隔两年，芯片的技术就会翻倍。通俗点说，以同等价格的费用买一个CPU，现在买的是两年前买的性能的两倍。摩尔定律在科技人员的努力下，已经持续了几十年，但未来能到哪一步还不确定。

> 原文：发货。  
>   
> 2020年　台积电公司和三星公司用FinFET工艺量产5纳米制程的晶体管。  
>   
> 2020年　三星公司宣布将在3纳米工艺中采用新的围栅场效晶体管（简称GAAFET）替代FinFET。  
>   
> 学习曲线与摩尔定律  
>   
> 在摩尔定律提出之前，人们就已经开始使用“学习曲线”(learning curve)来预测晶体管的数量和价格。这个学习曲线不是心理学上的概念，而是关于成本与产品数量关系的概念。  
>   
> 1936年，美国航空工程师西奥多·莱特(Theodore Wright)发表了一篇关于“影响飞机制造成本”的文章，提出了莱特定律（或称经验曲线定律）。

• 随着经验积累，效率提高，制造单个产品的时间就会越来越少，成本也随之降低。人们的经验越多，成本就越低。累积的经验可以等效为累积的产品数量，所以单个产品的成本会随着累积的产品总数的增加而成比例地降低。例如某个飞机零部件累积生产的总数翻倍，那么单价就会减半。 第二十二章 11 点亮东西方，光电器件（下）

• 2024/02/16 发表想法

  说明技术创新是非常难的，需要有大毅力者才能克服重重困难，在这个过程中还要能够养活自己和家人，才能专心致志于自己的技术研究。即使如此，也很可能终无所获

  原文：下定决心后，中村修二找来了自己的学长、已经在德岛大学做教师的酒井四郎，希望能一起合作，用MOCVD制备氮化镓。出乎意料的是，这位推荐他学习使用MOCVD的学长却拒绝了。学长的理由是，要想通过大学的考核，他必须不停地发表论文，而研究氮化镓很难发论文。在大学里，只有选择那些主流的研究，才有可能通过考核。就这样，中村修二一个人踏上了氮化镓的研究之路。[插图]

  就在中村修二去美国这一年，日亚化学公司的小川信雄已经76岁了，卸下了社长之职，将其交给了女婿小川英治(Eiji Ogawa)，自己只担任会长。一次，一位研究蓝光LED的著名教授到访日亚化学公司，在新社长面前，他断言氮化镓没有出路。紧接着，中村修二的办公桌上就出现了一张纸条：“立刻停止研究氮化镓！”

第二十五章 13 精雕细刻，芯片制造 - 最后，张忠谋找到了唯一一家愿意投钱的大公司——荷兰的飞利浦公司。飞利浦公司买下了台积电公司28%的股份，剩下的22%则由李国鼎等人动员一众私人中小企业凑齐。 - 经过两年筹备，56岁的张忠谋于1987年创建了世界上第一家纯晶圆代工厂——台积电公司。 - 在芯片的130纳米时代，全球有22家半导体公司有最先进的晶圆厂；而到了22纳米时代，全球只剩下7家半导体公司有最先进的晶圆厂：英特尔、三星、IBM、台积电、格罗方德、联华电子和中芯国际。[插图]到7纳米时，只剩下台积电、三星和英特尔。2020年5纳米芯片量产时，赛道上只剩下了台积电和三星。 - 2020年，无论是苹果手机和笔记本中的最新CPU，还是英伟达公司的GPU、高通公司的5G芯片，都是由台积电公司生产的。随着芯片制造复杂度越来越高，制造业成了整个产业链条中最艰难的一环 - 从22纳米开始，14纳米、10纳米、7纳米、5纳米和3纳米[插图]，整整六代工艺都是FinFET器件在支撑。[插图]英特尔公司称FinFET是过去50多年来半导体技术最深刻的变革 第一十章 01 不确定的世界，从电灯泡到半导体 - 要想发明芯片和晶体管，先要有半导体技术；要想有半导体技术，先要有量子物理学。基础学科是技术突破的深厚土壤。要想了解量子物理学，先要从一只电灯泡开始讲起。 - 2024/02/16 发表想法

所有伟大的发明都来源于基础学科，比如说数学，物理，化学，然后有这些基础学科进行延伸得到量子物理学。芯片是由半导体技术实现的，半导体技术则要从真空电灯泡说起，半导体的实现有运气也有技术含量。

> 原文：要想了解量子物理学，先要从一只电灯泡开始讲起。  
>   
> 1882年，爱迪生观察到灯泡内壁被熏黑，从而偶然发现了真空灯泡中存在着单向电流。直到1897年，汤姆逊发现了原子中的粒子“电子”后，人们才理解了这种真空中的单向电流。在此基础上，1904年，弗莱明利用真空灯泡中的单向电流效应发明了真空二极管。1906年，德福雷斯特在二极管的阴极和阳极之间插入了栅极，发明了真空三极管，它既能放大信号，又能做开关，在收音机、长途电话乃至电子计算机上得到了广泛应用。  
>   
> 但是真空管具有速度慢、发热严重、故障率高、体积大等弊端，无法适应信息时代的要求，而解决这些难题需要一种全新的物质——半导体。

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