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2024-05-10
芯片發(fā)展簡史趣談
自20世紀(jì)中葉以來，芯片的發(fā)展一直是科技領(lǐng)域一場引人入勝的冒險(xiǎn)。從笨重的電子管到如今精巧的微型芯片，這段歷程不僅是技術(shù)的跨越，更是人類智慧的縮影。
晶上世界研究團(tuán)隊(duì)將帶您穿越時(shí)光隧道，一同探索芯片發(fā)展的有趣旅程，閱覽屬于每個(gè)時(shí)代的故事，更好地理解和記憶這段科技史。
文章來源：晶上世界公眾號 —— 晶圓之上，創(chuàng)芯未來，為您提供優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)容，期待您的關(guān)注
01電子管時(shí)代——ENIAC的bug是bug
電子管作為最早的電子器件，是芯片技術(shù)的創(chuàng)新火種。1946年，世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，以空前的計(jì)算能力掀起新一輪信息革命。它是一臺由18000只電子管組成的龐然大物，重30余噸，占地約170平方米。由于電子管太亮而吸引了大量飛蛾，易導(dǎo)致短路。因此工程師不得不每晚例行捕捉飛蛾，以保障計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行。這個(gè)有趣的插曲展示了電子管時(shí)代的獨(dú)特挑戰(zhàn)，也暗示著電子設(shè)備迫切需要更精密的解決方案。
02晶體管崛起——天才創(chuàng)新者和失敗企業(yè)家
晶體管的發(fā)明是芯片發(fā)展的里程碑。1947年，威廉·肖克利與約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓一起，于1947年在貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管。肖克利被公認(rèn)為“晶體管之父”。1956年，他創(chuàng)立肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，招募了一批極具才華的年輕科學(xué)家。這名科學(xué)界的天才作為企業(yè)家缺遭遇了滑鐵盧——其專權(quán)和多疑的管理風(fēng)格導(dǎo)致八名骨干集體離職，肖克利怒稱他們?yōu)?ldquo;八叛逆”。所謂的“八叛逆”先是共同創(chuàng)建了仙童半導(dǎo)體，成功將晶體管推向市場。而后他們從仙童分道揚(yáng)鑣，其他雇員也紛紛出走創(chuàng)業(yè)，書寫著各自的輝煌，其中就包括引領(lǐng)時(shí)代的Intel、AMD。肖克利的“創(chuàng)業(yè)失敗”在當(dāng)年還沒有“硅”的硅谷灑下了蒲公英的種子，這種裂變式的創(chuàng)業(yè)熱潮締造了如今的硅谷傳奇。
03集成電路的起點(diǎn)——天才科學(xué)家的不謀而合
集成電路是芯片的前身，它的問世極大地推動了電子設(shè)備的小型化和普及化，標(biāo)志著電子技術(shù)進(jìn)入了新時(shí)代。1958年，德州儀器的杰克·基爾比提出單片集成技術(shù)，打造了世界上第一個(gè)集成電路原型。當(dāng)他9月展示這一成果時(shí)，德州儀器高層意識到這將掀起一場技術(shù)革命。但他們不知道，在美國的另一個(gè)地方，仙童半導(dǎo)體的羅伯特·諾伊斯（肖克利口中的“八叛將”之首）也在致力于類似的研究，發(fā)明了更適合規(guī)?；a(chǎn)的互連技術(shù)，并于1961年獲得集成電路專利。為此，兩家公司展開了激烈且持久的專利爭奪戰(zhàn)。直到1966年雙方意識到合作比對抗更有利于技術(shù)的發(fā)展，達(dá)成互利協(xié)議，共同推動集成電路技術(shù)進(jìn)步。
文章來源：晶上世界公眾號 —— 晶圓之上，創(chuàng)芯未來，為您提供優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)容，期待您的關(guān)注
04集成電路工藝微縮——摩爾定律時(shí)代的追光旅程
摩爾定律是半導(dǎo)體行業(yè)的經(jīng)典定律，它預(yù)測了半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的指數(shù)化趨勢。其核心內(nèi)容為：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個(gè)月到24個(gè)月便會增加一倍。這個(gè)著名定律的提出者是Intel的創(chuàng)始人之一摩爾，他也是前述“八叛將”中的一員。而光刻技術(shù)的演進(jìn)是成就摩爾定律的關(guān)鍵。這就不得不提從破產(chǎn)邊緣到全球封神的光刻機(jī)霸主——阿斯麥。
21世紀(jì)初，當(dāng)尼康、佳能的干式光刻主導(dǎo)半導(dǎo)體市場時(shí)，“鐵皮房作坊”阿斯麥聯(lián)手臺積電瞄準(zhǔn)浸潤式光刻技術(shù)臥薪嘗膽，贏得了后來居上的機(jī)會，成為不可撼動的行業(yè)壟斷者。芯片技術(shù)節(jié)點(diǎn)遵循摩爾定律演進(jìn)到納米，如今發(fā)展到5nm、甚至3nm、2nm，均依賴于阿斯麥光刻機(jī)從DUV到EUV的技術(shù)更迭。一機(jī)難求的EUV光刻機(jī)被視為芯片制造界的“皇冠”，成為芯片巨頭問鼎技術(shù)之巔的爭奪焦點(diǎn)。
05先進(jìn)封裝續(xù)寫后摩爾時(shí)代——Chiplet技術(shù)打造芯片級“樂高”拼圖
隨著晶體管微縮逐漸達(dá)到物理極限，芯片性能與成本越來越難以平衡，續(xù)寫了50余年精彩的摩爾定律面臨失效，業(yè)界開始探尋擴(kuò)展摩爾定律的技術(shù)路線。Chiplet技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它將復(fù)雜芯片在設(shè)計(jì)之初就拆解為不同功能單元，各單元分別利用適合的半導(dǎo)體制程工藝制作成具有特定功能、可組合集成的芯粒（Chiplet），這些芯?？梢暈橐活w顆不同的樂高積木，繼而借助先進(jìn)的封裝技術(shù)將它們組合“搭建”在一起。Chiplet把芯片設(shè)計(jì)變成一場復(fù)雜的拼圖游戲，不僅提高了芯片設(shè)計(jì)的靈活性，還可以通過各模塊的巧妙組合實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本和提升芯片性能的目標(biāo)。
06芯片的未來之路——期待新的頭腦風(fēng)暴顛覆全球格局
芯片的發(fā)展就像一部精彩絕倫的歷史劇。每一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的背后，都有著一段段鮮為人知的故事。正是這些故事，構(gòu)成了今天數(shù)字世界的底色。芯片技術(shù)發(fā)展至今，誠如《芯片簡史》的作者所說“芯片的歷史是一部創(chuàng)新史和叛逆史”，技術(shù)創(chuàng)新者不斷沖破思維束縛、克服邏輯慣性，推陳出新，才成就了今天的產(chǎn)業(yè)繁榮。沒有永遠(yuǎn)的成功者，也沒有永遠(yuǎn)的失敗者，芯片發(fā)展的未來充滿著未知數(shù)和無限可能。
基于當(dāng)前中國芯片產(chǎn)業(yè)自主化能力不足的現(xiàn)狀，中國工程院院士鄔江興為中國芯的未來之路指明了方向。鄔院士團(tuán)隊(duì)基于“系統(tǒng)”視角的系統(tǒng)工程技術(shù)路線提出軟件定義晶上系統(tǒng)技術(shù)（SDSoW），有望借此探尋一條短期內(nèi)破解“卡脖子”難題、中長期換道超車的全新賽道，為國產(chǎn)芯片的發(fā)展開辟新的可能性。
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