晶体管的发展历史，晶体管的发明者
chanong
|大约71年前，被称为“21世纪最伟大的发明”的晶体管诞生了，这项发明与科技、群体、社会有着微妙的关系。让我们回顾一下改变计算乃至数字世界的令人惊叹的芯片，并与它们背后的人们讲述故事。 1947年12月23日，世界上第一个基于锗半导体的具有放大功能的点接触晶体管问世，现代半导体工业诞生，信息时代正式拉开序幕。
点接触晶体管：两个金电极以50m的间距压在锗半导体上，微小的电信号从一个金电极（发射极）进入锗半导体（基极），被大大放大，然后发送到其他金电极（发射极）.合格。在电极（集电极）输出处，该器件的增益在1kHz 时为4.5。资料来源：贝尔实验室在晶体管出现之前，电子管（真空三极管）主要用于放大电信号，但其制造难度大、体积大、能耗高、寿命短，人们一直期待有替代品到电子管（真空三极管）。使用固态设备。 1945 年，贝尔实验室开始研究几种新材料，包括硅和锗，以探索它们的潜在用途。一个特殊的“半导体小组”成立了，由威廉·肖克利领导，成员包括约翰·巴丁和沃尔特·布拉滕。经过多次失败，71年前的今天，我们利用上述的锗半导体实现了第一个具有放大功能的点接触半导体晶体管。肖克利、巴丁和布拉顿也获得了诺贝尔物理学奖。
巴丁（左）、布拉滕（右）和肖克利因发明晶体管而共同获得1956年诺贝尔物理学奖。从实用角度来看，点接触晶体管的产量非常有限，并没有被认为是商业上的成功，但它的发明却具有重要意义，并获得了1956年诺贝尔物理学奖。晶体管被誉为“20世纪最伟大的发明”，它的出现为集成电路、微处理器和计算机存储器的制造奠定了基础。在20 世纪50 年代和1960 年代，肖克利推动了晶体管的商业化，并建立了今天的加州硅谷地区，电子工业的发源地。晶体管的发明历史非常复杂，涉及科学技术、群体和社会之间的微妙关系。如今，芯片已经成为我们日常生活中必不可少的一部分，从播放音乐、合成语音、存储数据、数码摄影、GPS定位，到在互联网上传输和处理大量数据。其中一些芯片直接或间接为一些改变世界的产品提供动力，并影响整个计算世界。今天，在晶体管问世71 周年之际，让我们一起回顾一下这些伟大的芯片，并与它们背后的人一起讲述故事。以下内容来自IEEE Spectrum最新的2018年芯片名人堂。
仙童半导体A741 运算放大器(1968)
Fairchild Semiconductor A741 运算放大器该芯片已成为模拟放大器集成电路的事实上的标准。该芯片仍在生产中，并被安装在电子产品中。
制造商：Fairchild Semiconductor 类别：放大器音频年份：1968 运算放大器就像模拟设计世界的切片面包。您可以使用它们剪辑任何东西并获得满意的结果。设计人员使用它们来创建音频或视频前置放大器、电压比较器、精密整流器以及日常电子系统中的许多其他重要子系统。 1963年，26岁的工程师Robert Widler在Fairchild Semiconductor设计了第一款单片集成运算放大器电路A702。当时售价为300 美元。 Widler 随后改进了设计并创建了A709，该产品取得了巨大的商业成功。据报道，维德勒先生因此要求加薪，但没有得到加薪，并离开了仙童半导体公司。美国国家半导体（现为德州仪器的一部分）非常兴奋，很快就挖走了维德勒。 Widler 后来帮助建立了美国国家半导体的模拟IC 设计部门。 1967年，Widlar为美国国家半导体开发了更好的运算放大器LM101。该版本(LM101A-N) 至今仍在生产。仙童半导体的领导们被Widler突如其来的竞争搞得不知所措，但在仙童的研发实验室，新聘用的David Flager仔细检查了LM101，并为芯片的设计制定了规划，虽然很聪明，但我发现还是有一些缺陷。最大的缺点是，由于半导体质量的变化，一些芯片对IC输入级（即所谓的前端）的噪声过于敏感。弗雷格随后开始设计自己的。前端问题的解决方案很简单：Fullagar 在芯片上添加了一对额外的晶体管。添加电路使放大更加平滑。普夫鲁格将这个设计交给了一位名叫戈登摩尔的人，他是仙童半导体研发部门的�**濉ＤΧ纳杓埔平桓斯镜纳桃挡棵拧Ｐ滦酒幻狝741，后来成为运算放大器的标准。该IC 以及Fairchild 竞争对手随后创建的各种克隆产品的销量达到了数百万份。当时，A702 的第一个版本售价为300 美元，如今您可以花费大约300 美元购买2,000 个A741 芯片。
Intersil ICL8038 波形发生器(1983)
Intersil ICL8038 波形发生器Intersil 的ICL8038 波形发生器为消费电子产品带来复杂的声音。
制造商：Intersil 类别：放大器音频年份：Circa 1983 良好的基本波形—— 随时间变化的电压—— 是构建更复杂操作的原材料。 Intersil 的ICL8038 集成电路专为轻松采集精确波形而设计，只需很少的外部元件即可同时生成正弦波、方波和锯齿波等周期信号。最初，ICL8038因其有限的性能和不稳定的性能而受到嘲笑。不可否认，这个芯片有点不靠谱。然而，Symbiosis 很快就学会了如何可靠地使用它，8038 取得了巨大成功，最终销量数百万台，并取代了20 世纪80 年代使用的“蓝盒子”“免费汽车”应用程序。它被用于无数的应用程序，包括： Intersil 于2002 年停产了8083，但爱好者们仍然收集ICL8038 用于自制函数发生器和模块化模拟合成器。
威凯半导体MAS3507 MP3 解码器(1997)
Micronas Semiconductor MAS3507 MP3 解码器，开启数字音乐革命的芯片
制造商：Micronas Semiconductor 类别：放大器音频年份：1997 在iPod 之前，就有Diamond Rio PMP300。 PMP300于1998年推出，很快就引起了轰动，但热潮很快就平息下来。不过，这款播放器的一个重要特点是它支持MAS3507 MP3 解码芯片——，这是一款基于RISC 的数字信号处理器，具有针对音频压缩和解压缩优化的指令集。 Rio 由Micronas（现为TDK-Micronas）开发，能够将十几首歌曲压缩到闪存中。以今天的标准来看，这可能有点可笑，但在当时，它与便携式CD 播放器相当有竞争力。 Rio 及其后继者为iPod 铺平了道路，现在您可以在口袋里携带数千首歌曲。
Micronas 正如这份Micronas 设计文档所示，MAS3507 的设计目的是做一件事，而且只做一件事。它涉及正确解码MPEG 音频层III (MP3) 数据。
德州仪器(TI) TMC0281 语音合成器(1978)
德州仪器TMC0281 语音合成器这是世界上第一款语音合成芯片
制造商：Texas Instruments 类别：放大器音频年份：1978 如果没有TMC0281，E.T. 可能无法“打电话回家”。毕竟，全球首款单芯片语音合成器TMC0281 是德州仪器Speak & Spell 学**玩具的“心脏”（或者应该说“嘴”）吗？在1982 年的电影《E.T.外星人》 中，外星人E.T. 侵入玩具来建造星际通信设备。如今，我们越来越**惯于与消费电子产品交谈，TMC0281 是我们迈入无处不在的合成语音世界的第一步。
Alien E.T. 有一款1978 年发布的Speak & Spell 玩具TMC0281。该玩具使用一种称为线性预测编码(LPC) 的技术来生成音频，从而产生嗡嗡声、嘶嘶声和爆裂声等声音的组合。这是一个令人惊奇的解决方案，解决了以前被认为用集成电路不可能实现的问题：语音生成。 TMC0281 的变体用于Atari 的街机游戏和克莱斯勒的K 型汽车。 2001年，德州仪器将其语音合成芯片生产线出售给Sensory，Sensory于2007年底停止生产该芯片。不过，您可以在eBay 上以50 美元左右的价格购买状况相当好的Speak & Spell 玩具。
Tripath Technology 的TA2020 音频放大器(1998)
Tripath Technology TA2020 音频放大器这是一款固态高功率放大器，可为廉价设备带来宏亮的声音。
制造商：Tripath Technology 类别：放大器和音频年份：1998 一些发烧友声称电子管放大器可以产生最好的声音，并且永远如此。因此，当音响界出现一种声音，声称仅依靠半导体的放大器就能发出与电子管放大器一样圆润、动感的声音时，引起了不小的轰动。该放大器是由硅谷Tripath Technology公司设计的D类放大器。 D 类放大器不是直接放大输入模拟音频信号，而是首先将模拟音频转换为可用于打开和关闭功率晶体管的数字脉冲串。所得信号被转换为幅度更高的模拟信号。 Tripath 的技巧是使用50 MHz 采样系统来驱动放大器。该公司表示TA2020 的性能优于类似的固态放大器，而且成本低得多。为了在展会上介绍该芯片，他们播放了电影《泰坦尼克号》中著名的主题曲。与大多数D 类放大器一样，TA2020 具有高能效、无需散热器且采用紧凑封装。 Tripath 的低端15 瓦型号TA3 零售价为2020 美元，包括内置扬声器和麦克风。另一种型号—— 用于家庭影院、高端音响系统以及索尼、夏普、东芝等公司的电视。最强大的功率输出为1000W。随后其他主要半导体公司也赶上并开发了类似的芯片，而Tripath 则被遗忘了。 Sure Electronics 和Audiophonics 等公司仍然提供基于TA2020 及其姐妹芯片的音频放大器套件和产品。
Amati Communications 的Overture ADSL 芯片组(1994)
Amati Communications Overture ADSL芯片组这款通信芯片开启宽带上网时代
制造商：Amati Communications 类别：接口年份：1994 还记得ADL（数字用户线）问世并废弃了只有56.6k/秒的调制解调器吗？好吧，几年后，随着基于光纤的宽带网络的出现，ADL调制解调器再次被扔进垃圾桶。但对于许多消费者来说，DSL 是他们第一次尝试高速互联网的功能，尤其是作为音乐和电影分发系统。这是一项伟大的迁移技术。只要用户距离交换机不远，DSL 就可以将现有的常规语音电话线路转换为高速数字连接。斯坦福大学初创公司Amati Communications 处于这场宽带革命的中心。 20世纪90年代，该公司提出了一种称为离散多音（DMT）的DSL调制方法。这种方法本质上是一种让电话线看起来像数百个子通道并使用反向Robinhood 策略来提高传输的方法。阿玛蒂联合创始人、现任斯坦福大学工程学教授约翰·乔菲(John M. Cioffi) 表示：“最贫穷的渠道正在被夺走流量，转而提供给最富有的人。” DSL 的世界标准。在20 世纪90 年代中期，Amati 的DSL 芯片组（一个模拟，两个数字）销量很少，但到2000 年，销量已达到每年数百万个。 21世纪初，年销量突破1亿台。德州仪器(TI) 于1997 年收购了Amati。
Western Digital 的WD1402A UART (1971)
Western Digital WD1402A UART 减轻了处理器的低级通信任务
制造商：Western Digital 类别：接口年份：1971 Gordon Bell 因在20 世纪60 年代向Digital Equipment Corporation (DEC) 推出PDP 系列小型计算机而闻名。这开启了网络和交互式计算机时代，并随着20 世纪70 年代个人计算机的出现而达到顶峰。尽管小型计算机现在已被载入史册，但贝尔发明了一项鲜为人知但同样重要的技术，至今仍在世界各地使用。它是一种通用异步接收器/发送器，称为UART。 UART 用于允许两个数字设备通过串行接口一次发送一位来进行通信，而无需向设备的主处理器提供详细信息。我们现在可以使用更复杂的串行设置，包括无处不在的USB 标准。然而，长期以来，UART 一直是调制解调器与PC 连接等应用的主流。如今，简单的UART 仍然是最终的连接方式，尤其是对于许多现代网络设备而言。发明UART是因为贝尔本人需要将他的电传打字机连接到PDP-1，并且需要将并行信号转换为串行信号。随后贝尔设计了一个使用大约50 个独立元件的电路。这个想法很受欢迎。当时，西部数据（Western Digital）是一家生产计算机芯片的小公司，设计了单芯片版本的UART。西部数据创始人Al Phillips 仍然记得公司工程副总裁向他展示Rubylith 的建设计划时的情景。 “看了一会儿，发现电路坏了，副总快疯了。” 1971年左右，西部数据发布了WD1402A，其他版本也随之而来。
IBM 深蓝2 国际象棋芯片(1997)
IBM深蓝2国际象棋芯片深蓝逻辑芯片让AI首次战胜人类
制造商：IBM 类别：逻辑年份：1997 1997年，当IBM的国际象棋计算机“深蓝”击败世界冠军加里·卡斯帕罗夫时，人类最终输给了计算机。每个深蓝芯片包含150 万个晶体管，集成到专用块中，例如移动生成器逻辑阵列以及一些RAM 和ROM。这些芯片的综合计算速度为每秒2 亿步棋。深蓝主谋、现任微软亚洲研究院高级研究员的徐凤雄回忆道，这些举动“给对手带来了巨大的心理压力”。自深蓝获胜以来，人工智能在原本由人类智能主导的比赛中越来越多地击败了人类；例如谷歌的AlphaGo分别在2016年和2017年击败了世界围棋冠军李石，他击败了美元先生和柯洁先生。
西涅蒂斯NE555 (1971)
Signetics NE555，一款不知名的芯片，在无数电路中成为了一把瑞士军刀。
制造商：Signetics 类别：逻辑年份：1971 那是1970 年的夏天。芯片设计师Hans Kamenzind 当时是硅谷半导体公司Signetics 的顾问。当时经济不景气，他的年收入不足15000美元，家里有失业的妻子和四个孩子。他需要发明一些真正畅销的东西。他真的做到了。而且，他的发明可以说是历史上最伟大的芯片之一。 555定时器是一种易于使用的集成电路芯片，常用于定时器和振荡器电路。由于其易用性、低成本和出色的可靠性，该芯片至今仍广泛应用于数千种电子电路的设计中，包括厨房电器、玩具和航天器。 “宣传很少，”几年前Kamenjindo 在接受IEEE Spectrum 采访时回忆道。龟面真堂先生于2012 年去世。当Camenzind 提出555 的想法时，他正在设计一种称为“锁相环”的电路。通过一些修改，您可以将该电路变成一个简单的定时器。被触发后，它只能运行一段特定的时间。这听起来很简单，而且在当时还没有什么比这更简单的了。起初，Signetics 的工程部门拒绝了这个想法。当时，该公司已经开始销售可组装成计时器的组件。 555的命运即将结束。然而，假面真堂坚持自己的想法。他咨询了Signitics 的营销经理Art Fury。幸运的是，弗瑞喜欢这个主意。 Camenzind 花了近一年的时间测试模拟板原型，在纸上绘制电路元件，并切割红色薄膜覆盖层。 “一切都是手工完成的，没有使用计算机。最终的设计包括23 个晶体管、16 个电阻器和两个二极管，”Camenzind 回忆道。 555 计时器于1971 年推出并引起轰动。 1975 年，Signetics 被飞利浦半导体（现为恩智浦半导体）收购，据报道555 售价数十亿美元。如今，工程师们仍然使用555 来设计一些有用的电子模块和不太有用的小玩意，例如“骑士骑士”坦克头灯。
赛灵思XC2064 FPGA (1985)
Xilinx XC2064 FPGA证明可编程芯片具有巨大价值
制造商：Xilinx 类别：逻辑年份：1985 早在20 世纪80 年代初，芯片设计人员就试图充分利用电路中的每个晶体管。然后罗斯·弗里曼想出了一个相当激进的想法。他设计了一种芯片，其中包含许多晶体管，这些晶体管被组织成松散的逻辑块，其连接可以通过软件重新配置。结果，一些晶体管可能会闲置，但弗里曼相信摩尔定律最终将使晶体管变得如此便宜，以至于没有人会关心浪费的晶体管。我是。他是对的。他将该芯片命名为“现场可编程门阵列”（FPGA），并与他人共同创立了赛灵思公司以普及该芯片。当Xilinx 的第一款产品XC2064 于1985 年发布时，员工的任务是使用XC2064 的逻辑单元手绘示例电路，就像客户所做的那样。赛灵思前首席技术官比尔·卡特(Bill Carter) 回忆道，当他向首席执行官伯尼·冯德施密特(Bernie Vonderschmidt) 咨询时，他似乎“很难描绘出这幅图画”。卡特很高兴能够帮助他的�**濉� “我们拿着纸和彩色铅笔站在那里，帮助伯尼画画。”如今，FPGA 由Xilinx 和其他公司制造和销售，都列在这里。越困难，它就越被用于各种事情。 FPGA 用于软件定义无线电、神经网络、数据中心路由器等。
Mostek MK4096 4Kbit DRAM (1973)
Mostek MK4096 4 Kilobit DRAM 当需要大量RAM 时，该芯片的内存架构仍然被广泛使用。
制造商： Mostek 类别： 内存年份： 1973 计算机在运行程序时使用随机存取存储器(RAM) 作为工作空间。如今的RAM 芯片有两种类型：静态RAM 和动态RAM，简称SRAM 和DRAM。只要计算机开机，SRAM 就会保留其内容，而DRAM 必须不断更新。 DRAM 相对于SRAM 的优点是每个存储单元都很简单。这意味着可以将更多数据打包到给定空间中。如今大多数计算机都使用DRAM 作为主存储器。第一个DRAM 芯片由Intel 推出。然而，Mostek 的4KB DRAM 芯片引入了一项重要的创新：一种称为地址复用的电路技术，由Mostek 联合创始人Bob Proebsting 发明。芯片通常使用相同的引脚来访问存储器的行和列。这是通过按顺序发送行和列寻址信号来实现的。因此，芯片不需要那么多的引脚，并且增加的存储密度降低了制造成本。只是存在一些兼容性问题。 Mostek的4096使用16针，而德州仪器、英特尔和摩托罗拉存储器使用22针。莫斯特克将自己的未来押在了这款芯片上。高管们开始向客户、合作伙伴、媒体，甚至他们自己的员工传播这些信息。当时刚刚入职的Fred K. Beckhusen 被指派进行4096 号测试。 Beckhusen 记得有一天，Proebsting 和首席执行官L.J. Sevin 凌晨2 点上夜班参加一场研讨会。 Beckhusen 表示：“他们做出了一个大胆的预测，六个月内没有人会对22 针DRAM 感兴趣，”他们是对的。 4096 及其后继产品成为主流DRAM，地址复用成为处理更大内存的标准方式。
东芝NAND 闪存(1989)
东芝NAND闪存闪存时代开始
制造商：东芝类别：内存存储制造年份：1989 闪存发明的传奇始于东芝工厂经理Fujio Masuoka 决定重新发明半导体存储器。不过，我们稍后会讨论闪存。首先，让我们回顾一下历史。在闪存出现之前，存储大量数据的唯一方法是使用磁带、软盘或硬盘。许多公司正在致力于设计固态替代品，当时可用的选择是EPROM（可擦除、可编程只读存储器；需要紫外线来擦除数据）和EEPROM（额外的（E 代表“电”，不能用于擦除数据）。 （需要紫外线擦除）成本低，不能存储大量数据。加入东芝后，菅冈于1980 年聘请了四名工程师，从事一个半秘密项目，开发可存储大量数据的低成本存储芯片。他们的策略很简单。 “我们知道，只要晶体管的尺寸缩小，芯片的成本就会继续下降，”现任Unisantis Electronics 首席技术官的Suoka 说。 Masuoka 的团队设计了一种EEPROM 的变体，其存储单元仅包含一个晶体管。当时，传统的EEPROM 每个存储单元需要两个晶体管。这是一个看似很小的改变，但却显着降低了芯片的成本。为了寻找一个朗朗上口的名字，我们根据芯片的超快擦除能力将其命名为“Flash”。你可能认为东芝会立即将这项发明商业化并发财。错误。人们对这家大公司如何利用内部创新知之甚少。实际情况是，硕钢的�**甯嫠咚懔耍鹣胝飧龇⒚髁恕５比唬犊ㄓ涝恫换嵬撬姆⒚鳌� 1984 年，增冈在旧金山举行的IEEE 国际电子设备会议上展示了他的闪存蓝图。这导致英特尔开始开发基于NOR 逻辑门类型的闪存。 1988 年，英特尔发布了适用于汽车、计算机和其他大众市场设备的256KB 芯片，标志着英特尔的一个非凡的新里程碑。这最终导致东芝将菅冈的发明商业化。 Segaoka的闪存芯片基于NAND技术，可以提供更高的存储密度，但事实证明制造工艺更为复杂。 1989年，东芝第一款NADA闪存终于发布并获得成功。正如菅冈预测的那样，价格继续下跌。闪存在20 世纪90 年代末开始用于数码摄影，导致闪存的爆炸式增长，东芝成为这个数十亿美元市场的最大参与者之一。但与此同时，菅冈先生与东芝其他高管之间的关系恶化，他最终离开了东芝。 （菅冈先生随后就知识产权纠纷起诉东芝，并获得了8700万日元的赔偿。）如今，NAND闪存被应用于手机、相机、音乐播放器，甚至太空探测器等设备中，是重要的组成部分各种小型设备。开始取代硬盘驱动器作为笔记本电脑和台式电脑的存储介质。
柯达KAF-1300 图像传感器(1986)
柯达KAF-1300 图像传感器是在实验室中实现数码摄影的芯片。
制造商：Kodak 类别：MEM 和传感器年份：1986 如今的图像传感器非常小且便宜，以至于很少有手机没有内置摄像头。这在1991 年柯达推出柯达DCS 100 数码相机时可能是不可想象的。 DCS 100 的售价高达25,000 美元，并且仅需要用户携带5 公斤的外部数据存储。尼康F3 机身内的相机电子设备包括令人印象深刻的硬件：拇指大小的芯片，可以捕捉分辨率为130 万像素的图像，足以产生5 x 7 英寸的图像。
该芯片的首席设计师埃里克·史蒂文斯(Eric Stevens) 表示：“100 万像素在当时已经是一个梦想。”该芯片是真正的两相电荷耦合器件，将构成未来CCD 传感器的基础，也是数字技术的开端。这是一场摄影革命。顺便问一下，您用KAF-1300 拍摄的第一张照片是什么？ “是的，”史蒂文斯说。 “我们将传感器指向实验室的墙壁。”
德州仪器(TI) 数字微镜器件(
1987） Texas Instruments Digital Micromirror Device将数字视频带入影院的发明 制造商： 德州仪器（Texas Instruments）类别： MEMS and Sensors年代： 1987在1999年6月18日，Larry Hornbeck与妻子Laura约会。他们在加州伯班克的一家电影院观看了电影《星球大战I：魅影危机》。Hornbeck并不是绝地的粉丝。他们去那里是因为那家电影院有一台真正的放映机。这台放映机的核心是Hornbeck在德州仪器研发的数字微镜器件（DMD）芯片。DMD使用数万个铰链式微镜将光线引导通过放映机的投影镜头射出。电影屏幕上显示了一行字：“第一部数字电影放映”。现在，电影放映机都是使用这种数字黄处理技术（或称DLP），背投电视、投影仪、手机微型投影机等也都使用DLP芯片。为了奖励他的发明，Hornbeck于2015年被授予奥斯卡奖。新智元报道 来源：IEEE Spectrum