微芯片是什么

%e5%ae%89%e9%a2%96 问答 2020-11-18 14:29:15 阅读(...)

微芯片是采用微电子技术制成的集成电路芯片,已发展到进入千兆(芯片GSI)时代。微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代,大大改变人们生产、生活的面貌。

微芯片是由杰克·基尔比(Jack Kilby)在 1958 年 9 月 12 日发明的,这个装置揭开了人类二十世纪电子革命的序幕,同时宣告了数字时代的来临。微芯片是采用微电子技术制成的集成电路芯片,它已发展到进入千兆(芯片 GSI)时代。

微芯片 Microchip

主要作用

微芯片(microchip,有时简称芯片)是一片包起来的计算机电路(一般叫集成电路),它是用一种原料例如硅(silicon)在很小的体积上制成的。微芯片是用来进行程序逻辑(逻辑或微处理器芯片)和计算机存贮(存贮器或可存期存贮器)的。微芯片也用来既包括逻辑又包括存贮,还可能为了特殊目的,例如模拟数字转化(analog-to-digital conversion)、位片和网关。

发明者

杰克·基尔比(Jack Kilby,1923 年 11 月 8 日-2005 年 6 月 20 日)在我们这个世界上,如果说有一项发明改变的不是某一领域,而是整个世界和革新了整个工业体系,那就是杰克发明的集成电路微芯片。

1958 年 9 月 12 日,这是一个伟大时刻的开始,美国德州仪器公司工程师‘杰克.基尔比’发明了世界上第一颗集成电路 IC 微芯片。这个装置揭开了人类二十世纪电子革命的序幕,同时宣告了数字时代的来临。

2000 年他获得了诺贝尔物理学奖,这是一个迟来了四十二年的诺贝尔物理学奖。这份殊荣,因为得奖时间相隔越久,也就越突显他的成就。迄今为止,人类的电脑、手机、互联网、电视、照相机、VD 及所有电子产品内的核心部件集成电路,都源于他的发明。

1947 年,正好是贝尔实验室宣布发明了晶体管的一年,应用晶体管组装的电子设备还是太笨重了。显然这时个人拥有一台计算机,仍然是一个遥不可及的梦想。科技总是在一个个梦想的驱动下前进。1952 年,英国雷达研究所的 G·W·A·达默首先提出了集成电路的构想:把电子线路所需要的晶体三极管、晶体二极管和其它元件全部制作在一块半导体晶片上。虽然从对杰克·基尔比的自述中我们看不出这一构想对他是否有影响,但我们也能感受到,微电子技术的概念即将从工程师们的思维里喷薄而出。当时在德州仪器专注电路小型化研究的基尔比,利用多数同事放假、无人打扰的两周思考难题。就在贝尔实验室庆祝发明电晶体十周年后一个月,基尔比灵光涌现,在办公室写下五页关键性的实验日志。基尔比的新概念,是利用单独一片矽做出完整的电路,如此可把电路缩到极小。当时同业都怀疑这想法是否可行,「我为不少技术论坛带来娱乐效果,」基尔比在他所着「集成电路 IC 的诞生」一文中形容。1958 年,世界上第一个集成电路 IC 微芯片在他的努力下诞生。

代表产品

微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代,大大改变人们生产、生活的面貌。科学家们已在讨论把微芯片记忆线路植入人的大脑以治疗老年性痴呆症,或增加人的记忆能力的可能性。用微芯片制做的手提式超级计算机、电子笔记本、微型翻译机和便携式电话等已陆续出现。

微芯片是一种装在与动物组织共容的生化玻璃管中,注写有辨识号码的计算机化芯片。整个微芯片只有米粒大小(13mm ×2.1mm),以无菌方式装在针头内, 以皮下注射的方式植入动物的皮下组织后,可在动物体内永久留存。它提供了动物-安全精确、简便又经济的永久性辨识,能保护宠物在走失或被窃的身份认定。微芯片中注写了绝无重复的一组号码,当遇到感读机所发射的低能量的电磁波时,感读机就会在显示屏上出现芯片上的号码。整个感读过程只需要百万分之几秒的时间即可完成。一旦芯片被植入体内,芯片便会被动物体内所产生的蛋白质包里,终其宠物一生,芯片都会固定于植入部位。芯片不会穿出体外或磨损,也无须更换能源,因此即使在动物体内待着几十年,都不会出问题,使用年限远超过绝大多数的宠物寿命。任何年龄的动物皆可被植入芯片。幼年犬猫在开始进行预防注射计划时,便可植入芯片;鸟类、马及其它宠物则可在任何时候进行芯片植入。

我们在此汇编了一份列有 25 款集成电路(IC)的名单。在由杰克·基尔比(Jack Kilby)和罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)(注:两人为集成电路的发明者)建造的大厦中,我们认为它们应当被冠以佼佼者的美誉。它们中的一部分成为了芯片发展史中不朽的丰碑。如西格尼蒂克公司的 Signetics NE555 定时器。它们中的一部分则成为了教科书中的设计范例,如飞兆半导体公司的 Fairchild 741 运算放大器。它们中的一部分的销售量达到了数十亿,并仍然在继续销售,如微芯科技公司的 PIC 微控制器。它们中的极小一部分开创出了全新的市场,如东芝的闪存。在它们当中,至少有一个成为了通俗文化中令人讨厌的东西。问题:什么处理器能够为美国动画连续剧《飞出个未来》(Futurama)中的又是酒鬼又是烟枪的坏机器人班德提供动力。答案是:摩斯太克公司的 MOS Technology 6502 微处理器。

西格尼蒂克 NE555 定时器(1971)

那是 1970 年夏季的事情了,它的设计者 Hans Camenzind 甚至还能回忆起一两件当时关于中国餐馆的事情。在加利福亚州的桑尼维尔的市区,公司有三间办公室,Camenzind 的办公室夹在两间办公室中间,面积很小。当时,Camenzind 是当地的一家半导体公司――西格尼蒂克公司的顾问。Camenzind 当时经济不宽裕,年薪不超过 1.5 万美元,家里还有妻子和四个孩子。Camenzind 当时真的迫切地需要发明出一件杰出的东西。

当然他也是这么做的。事实上,这是一款历史上最杰出的微芯片。555 是一个简单的 IC,可以作为定时器或振荡器。这款微芯片成为了同类产品中最畅销的产品,很快就大规模的应用于厨房用品、玩具、太空飞船以及成千上万的其它产品上。

现年已经 75 岁的 Camenzind 仍然在从事微芯片的设计工作,不过他的家已经不再靠近中国餐馆了。Camenzind 回忆称:“当时这个微芯片差一点就没有成功。”

在萌发设计 555 的想法的时候,Camenzind 正在设计一种被称为锁相环的系统。在经过一些修改后,电路可以像一个简单的定时器那样工作。你设定好时间,它就会在一个特定的时期内运行。听起来非常简单,但是做起来并非如此。

首先,西格尼蒂克公司的工程部门拒绝了一想法。因为公司当时正在销售一些部件,而客户可以将这些部件用作定时器。这已经为这一想法画上了句号,不过 Camenzind 一直坚持着自己的想法。他找到了西格尼蒂克公司的营销经理 Art Fury。Fury 对这一想法十分欣赏。

为此,Camenzind 花了近一年的时间测试电路试验板原型,并在纸上反复划电路,裁剪 Rubylith 遮蔽膜。Camenzind 称:“当时全是手工制作的,没有电脑。”他最后的设计拥有 23 个晶体管、16 个电阻器和 2 个二极管。

555 在 1971 年投入市场,当时在市场上引起了轰动。西格尼蒂克公司在 1975 年被飞利浦半导体公司收购,也就是现在的恩智浦半导体。555 销售量达到了数十亿部。目前工程师仍然在使用 555 设计一些有用的模块和一些用处不大的东西,比如为汽车进气格栅设计电影《霹雳游侠》风格的车灯。

德州仪器的 TMC0281 语音合成器(1978)

如果没有 TMC0281,E.T.可能还永远无法“给家里打电话”。这是因为 TMC0281 是首款单芯片语音合成器,它也是德州仪器推出的“说和拼”( Speak & Spell)学习玩具的“心”(我们是不是应该说是“嘴”呢?)。在史蒂芬·斯皮尔伯格的电影中,外星人用它搭建了自己的行星间发报机(电影中,E.T.还用一衣架、一个咖啡罐和一把圆锯)。

TMC0281 使用了一种称为线性预测编码的技术传递声音,声音听起来就像一连串的嗡嗡声、嘶嘶声和邦绑声。当年的四个工程师的 Gene A. Frantz 目前还在德州仪器。他称,这一令人惊讶的解决方案被认为“不可能通过集成电路完成”。微芯片的改进型被用在了 Atari 街机游戏和克莱斯勒 K-cars 中。在 2001 年,德州仪器将语音合成芯片产线卖给了 Sensory 公司,后者在 2007 年晚些时候中止了该产线的生产。如果你需要打一个长距离或很远很远距离的电话,你可以在易趣上花上大约 50 美元买一个仍处于良好状态的“说和拼”玩具来满足你的需求。

摩斯太克公司 MOS Technology 6502 微处理器

当一个满脸横肉的怪人将这个微芯片装在电脑上,并启动电脑时,整个宇宙都震惊了。这个怪人就是苹果公司创始人之一——斯蒂芬·沃兹尼克,那台电脑就是 Apple I,处理器用的是由摩斯太克公司研发的 8 位微处理器 6502。这一处理器同时也是 Apple II、the Commodore PET、BBC Micro 等经典电脑以及诸如任天堂和 Atari 等游戏系统的大脑。该处理器的设计者之一 Chuck Peddle 回忆称,他们是在 1975 年的一个贸易展示会上推出这款处理器的。他称:“我们用芯片装满了两个玻璃。我和我的妻子就坐在那里卖这些芯片。”6502 微处理器终于脱颖而出,其原因是,6502 的速度并不比它的竞争对手快多少,但是它的价格便宜,每部售价为 25 美元,而英特尔的 8080 和摩托罗拉的 6800 售价大约在 200 美元。

与 Peddle 一起设计 6502 的 Bill Mensch 称,突破之处在于将一个最小限度的指令组与制作程序结合在了一起,它的产量是其它竞争产品的 10 倍。6502 迫使处理器价格下降,为个人电脑革命起了推波助澜的作用。如今一些嵌入式系统仍在使用这些芯片。更大的兴趣可能是在《飞出个未来》中, 6502 是堕落的机器人班德的大脑,这一信息出现在 1999 年的剧情中。

在《班德大脑的真象》一文中,《飞出个未来》的电影监制人和主要作者 David X. Cohen 将解释他为什么将 6502 选作班德的大脑。

德州仪器的 TMS32010 数字信号处理器(1983)

作为美国的一个大州德克萨斯州给我们留下了许多深刻的印象,如“十加仑”帽、炸鸡排、胡椒博士饮料,以及 TMS32010 数字信号处理器,不过相比较前面提到的几件特产而言 TMS32010 数字信号处理器可能名声要略逊一些。虽然由德州仪器的研发的 TMS32010 并不是首款 DSP(首款 DSP 是西部电气公司在 1980 年推出的 DSP-1),但是它却是速度最快的一款。TMS32010 可以在 200 毫微秒内进行乘法运算,这一成绩这工程师们都兴奋不已。此外,它还可以执行来自快速片上(on-chip)ROM 和慢速片外(off-chip) RAM 的指令。而与之竞争的产品只有 DSP 功能。DSP 设计团队的成员 Wanda Gass 目前仍然在德州仪器,他表示:“这一优势使得为 TMS32010 进行程序开发变得更具灵活性,这就像为微控制器和微处理器进行程序开发一样。”TMS32010 每部售价为 500 美元,在第一年这款产品都销售了 1000 部。随后销售量开始猛涨,如今 DSP 已经广泛用于调制解调器、医疗设备和军用系统中。哦,TMS32010 还有一个应用,那就是用在了一个可爱的洋娃娃身上,这个洋娃娃可以唱歌和说话。TMS32010 是大型 DSP 家族中的首位。未来 DSP 家族中还将会继续扩大,这可是德州仪器的财富。

微芯科技公司的 PIC 16C84 微控制器(1993)

在上世纪九十年代早期,8 位微控制器领域由摩托罗拉一家公司独占。随后一家小的连名字都不起眼的竞争者现出了,这就是微芯科技公司。微芯科技公司研发出了 PIC 16C84,该产品整合了一种名为 EEPROM 的存储器。在擦除时,PIC 16C84 微控制器并不像它的前辈那样需求紫外线擦除器。该芯片的主要设计师 Rod Drake 现在为微芯科技公司的董事。他称:“现在用户可以在飞行中改变他们的编码了。”更棒的是,这款芯片的成本低于 5 美元,仅有目前其它替代产品成本的四分之一。这些替代产品主要来自摩托罗拉公司。16C84 已经被使用在智能卡、远程控制、无线汽车钥匙中。16C84 成为了微控制器领域的开端,而微芯科技公司也成为了《财富 500》排行榜中的电子工业超级明星。目前 16C84 已经销售了 60 亿部,其中一部分被用在了工业控制器、无人飞行器、数字验孕测试、芯片控制烟火、LED 珠宝饰物和名为 Turd Alert 的化粪池监视器上。

飞兆半导体公司的μA741 运算放大器(1968)

运算放大器都是一些设计相似的硅板。你总是在使用它们中的一些。在几乎所有的事情中你都可以用到它们,它们也会漂亮的完成一些任务。设计者们用它们制作音频和视频的前置放大器、电压比较器、精度校正器、以及许多的其它系统,这些都是日常电子用品的一部分。

在 1963 年,26 岁的工程师 Robert Widlar 在飞兆半导体公司设计出了首款单片电路的运算放大器 IC――μA702。当时每部售价为 300 美元。随后,Widlar 通过改进设计出了μA709,成本也随之削减到了 70 美元,这使得该款产品获得了巨大的商业成功。故事到了这里,事业如日中天的 Widlar 要求升职。在要求没有得到满足后,Widlar 辞职了。国家半导体公司如获致宝,迅速就雇用了 Widlar。在国家半导体公司,Widlar 帮助建立了相似的 IC 设计部门。在 1967 年,Widlar 为国家半导体公司研发出了更好的运算放大器,LM101。

尽管对于突然出现的竞争,飞兆半导体公司管理人员变得焦头烂额,但是在公司的研发实验室里,新加入的 David Fullagar 对 LM101 进行了仔细的研究。很快,Fullagar 发现虽然 LM101 的设计非常巧妙,但是还是存在许多缺点。为了避免特定的频率失真,工程师不得不将一个外部电容与芯片联接。此外,由于半导体的质量有波动,导致 IC 的输入级,也就是所谓的前端使得一些芯片对噪音十分敏感。

他称:“前端看起来有些临时凑合的感觉。”

Fullagar 着手开始自己的设计。他拓展了半导体当时的制造程序限制,在芯片中整合了一个 30 皮法电容。现在如何改良前端呢?解决方案非常的简单,增加了一对额外的晶体管。“在当时,我并不知道如何解决这一问题,我开车去了一趟塔霍湖。”额外的电路使得放大更加平滑,从芯片到芯片变得十分稳定。

Fullagar 带着自己设计找到了飞兆半导体公司研发总监 Gordon Moore。Moore 随后将这一设计送到了公司的商业部门。新的芯片μA741 成为了运算放大器的标准。IC 和由飞兆半导体公司竞争对手研发的类似产品已经销售了数百万部。以 702 每部售价 300 美元的价格你在今天可以买数千个 741 芯片。

Intersil 公司的 ICL8038 波形发生器(1983)

批评家一直嘲笑 ICL8038 性能有限和运行不规律等毛病。这一正统、直角、三角、锯齿和脉冲波形发生器确定有点不可靠。但是工程师们很快就找到了如何可靠使用这一芯片的方法,随后 8038 取得了重大成功,最终 8038 销售了数百万部,并且在不尽其数的应用程序中找到了自己的应用方式,如著名的 Moog 音乐合成器,以及盗用电路线路者在上世纪八十年代击败电话公司的“蓝盒”等等。8038 是如此的热销,以致于 Intersil 公司出版了一份名为《你一直想知道的关于 ICL8038 的方方面面》的资料。有这样一个问题:“为什么连接销 7 至 8 能够获得最佳的温度性能?”Intersil 公司在 2002 年放弃了 8038。但是发烧友至今仍然在收集 ICL8038,以自己制造发生器和泰勒明电子琴。

目前 Intersil 公司公共关系部和公司中最后接触过 ICL8038 的工程师们都不清楚精确 ICL8038 的数据。你知道吗?

西部数据的 WD1402A UART (1971)

上世纪六十年代,Gordon Bell 在数字设备公司因推出 PDP 系列迷你计算机而闻名。他的发现鲜为人知,但是其中有一项具有重大意义的技术发明:通用异步接收机/发送机,或被称为 UART。Bell 需要将一些电路将电传打字机与 PDP?1 联接,这需要将平行信号转变为连续信号,反之亦然。为了实现这一目标,他使用了大约 50 个分立元件。作为一个制造计算器芯片的小公司,西部数据发明了单芯片的 UART。西部数据的创始人 Al Phillips 回忆称,当时他的工程副总裁向他展示了带有 Rubylith 遮蔽膜的设计,当时这一设计已经装备加工了。Phillips 说:“我看了这个设计一分钟,并认出了一个露出来的电路。副总裁有些兴奋。”西部数据在 1971 年左右推出了 WD1402A,其它版本很快也跟着被推了出来。目前 UART 在调制解调器、PC 外围设备和其它设备中被广泛使用。

Acorn 电脑公司的 ARM1 处理器(1985)

在上世纪八十年代早期,Acorn 电脑公司是一家拥有一个重要产品的小公司。公司位于英格兰的剑桥。最终,BBC Micro 桌面电脑公司以 150 万美元的价格收购了 Acorn 电脑公司。Acorn 的工程师们决定研发他们自己的 32 位微处理器。工程师们将其称为 Acorn RISC Machine 或 ARM。他们知道 ARM 的设计并不容易。事实上,他们当中有一半的人预测他们将遇到无法克服的设计障碍,最终将不得不放弃整个项目。ARM 的联合设计师 Steve Furber 现在在曼彻斯特大学担任计算机工程教授。他称:“团队规模非常小,以致于每个设计决定都非常简单,否则我们就永远也无法完成它。”最终简单带来了前所未有的不同。ARM 非常小,功耗低,同时也易于编程。负责设计指令组的 Sophie Wilson 至今仍然记得当他们第一次在电脑上测试芯片时的情景。她称:“当我们在提示符上输入‘PRINT PI’后,它立刻给出了正确答案。我们为此开了数瓶香槟酒进行庆祝。”在 1990 年,Acorn 剥离了 ARM 部门。ARM 架构成为了主流的 32 位嵌入式处理器。大约有超过 100 亿枚 ARM 处理器被广泛用在了各种设备上,其中包括苹果最知名的失败产品之一 Newton 和苹果最得意的产品 iPhone。

柯达 KAF-1300 图像传感器(1986)

柯达 DCS 100 数码照相机在 1991 年推出时价格高达 13000 美元,需要重达 5 公斤的外置数据存储设备,为此用户不得不挎在肩上。用户是怎么看待这个设计呢?这不是柯达的精彩瞬间。然而,当时的照相机电子学是尼康 F3 的机体内,其中包括这样一个硬件:一枚只有拇指指甲大小的芯片,它能够以 130 万像素的分辨率来捕捉图像,这足够以 5×7 英寸的尺寸进行冲洗。这一芯片的主要设计师 Eric Stevens 目前仍然在柯达。Stevens 称:“在当时,100 万像素是一个梦幻数字。”这一芯片――一个真正的二相电荷耦合器件,成为了未来 CCD 传感器的基础,它的出现也帮助引发了数码摄影革命。顺便说句,KAF-1300 所拍摄的第一张照片是什么?Stevens 回答称:“嗯,我们将传感器对准了实验室的墙。”

IBM 深蓝 2 号象棋芯片(1997)

在棋盘的一边是 1.5 公斤重的人脑。在另一边则是 480 象棋芯片。在 1997 年,人类终于输给了电脑。当时 IBM 的象棋电脑深蓝击败了当时的世界冠军加里·卡斯帕罗夫。深蓝的每枚芯片由 150 万枚晶体管以特殊的方式被排列,一些 RAM 和 ROM 也是如此。这些芯片每秒可以计算 200 亿步棋。在比赛中,人来帮助深蓝决定,卡斯帕罗夫称它们“不像电脑”。深蓝的设计者,现在微软任职的 Feng-hsiung Hsu 回忆称:“他们流露出了很大的心理压力。”

全美达 Crusoe 处理器(2000)

大功率都伴随有巨大的散热片、较短的电池使用时间、以及疯狂的电力消耗。因此,全美达的目标是设计一款低功率处理器,让英特尔和 AMD 处理器相形见绌。他们的计划是,软件能够将 x86 指令翻译成 Crusoe 自己的机器代码,这些更高水平的平行将节省时间和电能。Crusoe 被称为是自集成电路以来最伟大的发明,至少暂时是这样的。《IEEE Spectrum》杂志 2000 年 5 月刊封面上用的标题是“工程奇才研发出黄金处理器”。全美达的共同创始人 ,目前在英特尔任职的 David Ditzel 称:“Crusoe 和他的继承者 Efficeon 证明动态二进制译码在商业上是可行的。”他称,不幸的是,在低功率电脑市场出现前,这些芯片已经出现了数年。最终尽管全美达没能兑现他们的诺言,但是它们迫使英特尔和 AMD 降低功耗。

德州仪器数字微镜芯片(1987)

在 1999 年 6 月 18 日,Larry Hornbeck 与妻子 Laura 进行一个约会。他们在加州布尔班克的一个电影院看了电影《星球大战前传一:魅影危机》。Hornbeck 并不是 Jedi 的影迷。原因是那里有一台真正的放映机。这台放映机使用了 Hornbeck 在德州仪器研发的芯片――数字微镜芯片。这个芯片使用了数万个铰链在一起的精微镜子以将光线通过放映机镜头射出。Hornbeck 称:“这场放映是一个主要电影的首次数字化展示。”现在在数千家剧院里,电影放映机都在使用这种由德州仪器研发的数字光处理技术或称之为 DLP。这一技术还被使用在了背投电视上和办公室投影仪上。Hornbeck 称:“先生们,这一效果是由微镜创造的。”

英特尔 8088 微处理器(1979)

没有有一种芯片能够将英特尔带入财富 500 的榜单中呢?英特尔会说有,那就是 8088。这是一款 16 位的 CPU,IBM 当时把它作为自己独特 PC 产线的 CPU,随后 8088 统治了桌面电脑市场。

在命运的旋涡中,这款基于著名 x86 架构的处理器并没有带有“86”。8088 只是在英特尔的首款 16 位 CPU 8086 的基础上做了轻微改动。在英特尔工程师 Stephen Morse 推出它后,8088 被称为“8086 阉割过的版本。”由于新的芯片的主要创新并不是在名称上,它的创新在于 8088 以 16 位字处理数据,但是它使用的是 8 位的外部数据总路线。

在 8086 设计接近完成时,英特尔管理人员一直对 8088 项目严格保密。8086 项目的主要工程师 Peter A. Stoll 也参与了 8088 的一些设计工作。他称:“管理层甚至不想拖延 8086 一天,他们怕告诉我们他们已经在脑子里对 8088 进行了修改会影响 8086 的完成时间。一天的任务迫使我们要解决以往要花三天时间才能解决的微码漏洞。”

在首个 8086 被推出后,也就是在英特尔将 8086 展品和文件运往位于以色列的一个设计部门后,两名工程师 Rafi Retter 和 Dany Star 决定将处理器改为 8 位总线。

英特尔的 Robert Noyce 和 Ted Hoff1981 年在为《IEEE Micro》杂志写的一篇文章中称,这一修改被证明是英特尔最成功的一个决定。相比较而言,集成了 29 000 个晶体管的 8088 需要的晶体管数据减少,相比 8086 价格更加便宜,在提供了更快的处理速度的同时与 8 位的硬件完全兼容,可以平稳变换至 16 位处理器。

首款使用 8088 的 PC 是 IBM 的 5150。这款 PC 当时售价为 3000 美元。如今全球所有的带有 CPU 的 PC 都可以将 8088 视为老祖宗。这对一款阉割过的芯片,这并不坏。

微开半导体公司的 MAS3507 MP3 解码器(1997)

在 iPod 之前,曾经出现过 Diamond Rio PMP300。PMP300 在 1998 年被推出,一经推立即出现热卖。但是它的凋谢速度比 Milli Vanilli 还快。不过,这款播放器有一个引人注目的特点是使用了 MAS3507 MP3 解码芯片。这是一款基于 RISC 的数字信号处理器,其带有可优化音频压缩和解压缩的指令组。由微开半导体公司研发的 MAS3507 MP3 解码芯片可以让 Rio 将数首歌装入自己的闪存中,今天看来有点滑稽,但是当时这足以与便携式 CD 播放器进行竞争。呵呵,是不是很有趣呢?Rio 和它的继承者为 iPod 铺平了道路。现在你可以装数千首歌,甚至你可以将 Milli Vanilli 的所有的相册和音乐视频装进你的口袋里。莫斯泰克公司 MK4096 4 千比特 DRAM (1973)

莫斯泰克公司并不是首家推出 DRAM 的公司,英特尔也曾经推出过。但是莫斯泰克的 4 千比特 DRAM 芯片却带有一项重要的创新,被称为地址多路复用技术的电路设计。这一技术是由莫斯泰克的共同创始人 Bob Proebsting 所设计的。基本上,通过多路寻址信号,该款芯片可使用相同的针脚访问内存的行和列。这使得在内存密度增加后,芯片也不需要更多的针脚,这样一来可以降低成本。这里会有轻微的兼容性问题。4096 使用的是 16 针,而德州仪器、英特尔和摩托罗拉制造的内存是 22 针。在 DRAM 史上,这一最大规模对峙之后是什么呢?

莫斯泰克将自己的未来押在了芯片上,它的管理人员开始对客户、合作伙伴、新闻媒体以及自己的雇员进行游说。当时刚被雇用的 Fred K. Beckhusen 被安排对 4096 设备进行测试。Beckhusen 回忆称,当时 Proebsting 和首席执行官 L.J. Sevin 大约在凌晨 2 点来到他的夜班岗位上与他进行了探讨。Beckhusen 称:“他们当时大胆的预测在六个月的时间内,将不再会有人听说或留意 22 针的 DRAM。”他们是正确的。4096 和它的继承者们逐渐成为了 DRAM 的主流。赛灵思公司 XC2064 FPGA(现场可编程门阵列) 在上世纪八十年代早期,芯片设计者们一直试图发挥电路中每一个晶体管的功效。不过,Ross Freeman 对此却有一个相当激进的想法。他设计了一款满是晶体管的芯片,这些晶体管被松散的组织成逻辑单元。这些逻辑单元可被轮流配置或通过软件被重新配置。有时候,许多晶体管没有被使用。不过,Freeman 相信摩尔定律将最终让晶体管真正便宜起来。他赌对了。为了销售被称为现场可编程门阵列也就是 FPGA 的芯片,Freeman 与他人共同创办了赛灵思。该公司的第一款产品 XC2064 在 1985 年被推出,当时雇员被分派了一项任务:他们不得不手工绘制一个使用 XC2064 逻辑单元的范例电路,如同赛灵思的客户一样。赛灵思的前首席技术官 Bill Carter 回忆首席执行官 Bernie Vonderschmitt 分派的任务时称:“他在作这一家庭作业时遇到了一些小困难”。Carter 非常乐意帮助自己的老板。他称:“我们都在那里,手拿彩色铅笔在纸上做 Bernie 分派的任务。”今天,赛灵思和其他公司出售的 FPGA 被用在这份名单中的许多产品上。

齐格洛公司 Z80 微处理器(1976)

Federico Faggin 清楚的知道花在销售微处理器上的精力和资金。在英特尔期间,他为两款经典产品原始的 4004 和 8080 的设计做出过贡献。当他与前英特尔的同事 Ralph Ungermann 共同创办齐格洛时,他们决定开始着手设计一个更简单的芯片:单芯片微控制器。

Faggin 和 Ungermann 在加州的洛斯阿图斯市租了一间办公室,开始起草一个商业计划,并开始寻求资本。Faggin 回忆称,他们当时在附近的一家名为 Safeway 超市吃午饭,午饭就是“卡门贝干酪和饼干”。

工程师们很快就发现微处理器市场已经充满了大量设计优秀的芯片。即使他们的芯片比其他公司要出色,他们也只能获得微薄的利润,他们也只能继续吃干酪和饼干。齐格洛不得不把目光放在了食物链的更高层,可以说 Z80 微处理器项目就是这么诞生的。

他们的目标是做的比 8080 更出色,并且可以与 8080 的软件完全兼容,以此吸引客户放弃英特尔。在数个月的时间里,Faggin、 Ungermann 和前英特尔工程师 Masatoshi Shima 在桌子前每周工作 80 个小时来绘制 Z80 的电路。Faggin 很快发现在设计微芯片时,虽然越小越漂亮,但是这将很伤害眼睛。

他称:“到了最后,我不得不戴上了眼镜。我变成了近视眼了。”

整个设计团队从 1975 年工作到了 1976 年。在 1976 的的 3 月份,他们完成了一个原型芯片。Z80 与摩斯太克公司的 6502 是同一时代的产品。如同 6502 一样,他们的成功不仅仅是出现的设计,而且在于价格便宜(大约 25 美元)。将产品推向市场为他们带来了许多信心。最后还得了胃溃疡的 Faggin 称:“那是一个令人激动的时刻。”

销售最终取得了成功。Z80 用在了数千款产品上,其中包括 Osborne I(便携电脑的鼻祖)、Radio Shack TRS?80 和 MSX 家用电脑上。此外,打印机、传真机影印机、调制解调器和卫星上也都有 Z80 的身影。齐格洛还将 Z80 用在了一些嵌入式系统中。在一个基本配置中,今天 Z80 价格为 5.73 美元,这个价格甚至比一个干酪和饼干午饭还便宜。

Sun 微系统 SPARC 处理器(1987)

很多年前(大约在上世纪八十年代早期)当人们还在穿氖色腿部保温服看“达拉斯”时,微处理器的设计师会就可以寻求增加 CPU 指令的复杂性,以在每个计算周期内得到更多的计算。加州大学伯克利分校的团队一直都是反传统的先锋,他们的提法刚好相反,他们提出了简化指令组。他们认为,处理指令过快将使得在每个周期内的行为将更少。David Patterson 领导的伯克利团队提出了 RISC,也就是精简指令集计算机。

作为一个纯理念研究,RISC 听起来很具吸引力。但是它可行吗?Sun 微系统将赌注押在了这上面。1984 年,Sun 工程师中的一个小团队开始研发被称为 SPARC 的 32 位 RISC 处理器(即可扩展性处理架构)。Sun 打算将这一芯片用在一个新工作站产品线上。SPARC 项目的顾问 Patterson 回忆称:“有一天当时的首席执行官 Scott McNealy 再现在了 SPARC 的研发实验室里。他说 SPARC 可以将公司每年 5 亿美元的收入提升至每年数十亿美元。”

当时研发遇到了很大的压力,许多公司外部人士对 Sun 能否取得成功表示出怀疑。更糟糕的是 Sun 的营销团队有一个可怕的认知:SPARC 正在由好转坏。为此,研发团队不得不发誓不向其他人员甚至是 Sun 内部人员透露消息,以免得向竞争对手 MIPS Technologies 泄露了消息。当时,MIPS Technologies 也在探索 RISC 概念。

当时领导 SPARC 设计现任 IBM 研究员的 Robert Garner 回忆称,首个最低版本的 SPARC 由 20 000 门阵列处理器组成,其中甚至没有乘/除指令。每秒 1000 万个指令,这比当时的复杂指令集计算机(CISC)处理器要快三倍。

Sun 决定将 SPARC 用在高利润的工作站和未来即将出现的服务器中。第一款基于 SPARC 的产品在 1987 年被推出,为 Sun-4 系列工作站。这一产品很就占领了市场,并帮助公司突破了 10 亿美元营收的大关。这一切正如当初 McNealy 所预测的那样。

Tripath Technology TA2020 音频放大器

在高保真音响爱好者中有一部分人坚持基于真空管的放大器可以产生最好的声音,并将一直坚持下去。所以当一些音频协会宣布由来自硅谷的公司 Tripath Technology 设计的固态 D 级放大器能够传送如真空管放大器一样圆润和振响的声音时,就显得异常了不起。Tripath 的设计是使用 5000 万赫兹取样系统来驱动放大器。Tripath 称,TA2020 的性能优异,并且价格低于任何一款同级固态放大器。为了在交易会上展示这款产品,Tripath 的创始人 Adya Tripathi 称:“我们特意播放了一首《泰坦尼克号》中的浪漫插曲。”与多数 D 级放大器相比,2020 的功效很高,由于不需要散热片可以使用紧凑外观。Tripath 的低端 15 瓦版本的 TA2020 售价为 3 美元,可以用在外置音箱和迷你耳机中。

Amati Communications 的 ADSL 芯片(1994)

还记得在 DSL 出现后,你将吱吱作响的 56.6k 调制解调器扔进垃圾箱的场景吗?你和全球宽带用户中三分之二的使用 DSL 的人应当感谢 Amati Communications。在上世纪九十年代,一个名为离散多音频,也就是 DMT 的 DSL 调制方式出现了。它的基本原理是将一个电话线看成是一个由数百个子通道,通过颠倒过来的罗宾汉战略来提高传输。Amati 的共同创始人,现在斯坦福大学担任工程教授的 John M. Cioffi 称:“比特被最穷的通道所抢劫并被分给最富的通道。”DMT 击败了许多解决方案成为了 DSL 的全球标准,其中包括电信巨头 AT&T 的方案。在九十年代中期,Amati 的 DSL 芯片组(一个模拟,两个数字)的销量一般。但是到了 2000 年,销售量猛增到了数百万。在 2000 早些时候,一年的芯片组销售量超过了 1 亿。在 1997 年,德州仪器收购了 Amati。

摩托罗拉 MC68000 微处理器(1979)

由于摩托罗拉在 16 位微处理器中处于下风,所以他们决定在类型上进行赶超。混合的 16-位/32-位 MC68000 拥有 68 000 个晶体管,这一数量是英特尔 8086 的两倍。MC68000 还有内部的 32 位寄存器,不过由于 32 位的总线会让这款产品价格有些偏高。所以 68000 使用了 24 位地址和 16 位数据线。68000 可能是用铅笔在纸上设计出来的最后一款重要处理器。68000 的逻辑单元设计者 Nick Tredennick 称:“我让减少了尺寸的流程图、执行单元资源、解码器和控制逻辑拷贝轮流在项目成员中传阅。”拷贝非常小,并且难以阅读。为此,Tredennick 的眼睛不好的同事找到了一个看清拷贝的办法。Tredennick 回忆称:“一天我进入我的办公室发现一个信用卡大小的流程图拷贝放在了我的桌上。”早期的 Macintosh 电脑、Amiga 和 Atari ST 都使用 68000。大量的销量来自在激光打印机、街机游戏机和工业控制器的内嵌应用程序。IBM 使用 68000 作为自己 PC 产品线的芯片。由于 68000 在一些方面还存在着不足,因此 IBM 也在使用着英特尔的 8088 芯片。正如一位观察家所言,摩托罗拉的兴盛,使得微软和英特尔两家联手垄断形成的 Wintel 体系变成了 Winola 体系。

Chips & Technologies 的 AT 芯片组(1985)

在 1984 年,当 IBM 推出了 80286 AT 产线的 PC 机时,IBM 已经明显成为了桌面电脑的赢家,IBM 也打算继续维持自己的统治地位。不过,这些蓝色巨人的计划却被一家位于加州圣何塞的名为 Chips & Technologies 的小公司所打败。C&T 研发了五个芯片,这些芯片能够复制 AT 主板的功能,其可以使用大约 100 个芯片。为了确定这些芯片组能够与 IBM PC 兼容,C&T 工程师们发现只需要做一件事就行了。芯片的主要设计者 Ravi Bhatnagar 目前是圣何塞 Altierre 公司副总裁。他称:“我们没有为此伤脑筋,我们只是打了数周的游戏通过娱乐任务进行测试。”C&T 的芯片使得诸如台湾宏基等制造商可以生产出更便宜的 PC 机,并向 IBM 发起 PC 兼容机的入侵行动。英特尔在 1997 年收购了 C&T。

Computer Cowboys 的 Sh-Boom 处理器(1988)

两个芯片设计者走到了一个酒吧。他们是 Russell H. Fish III 和 Chuck H. Moore,这个酒吧就是 Sh-Boom。哦,这不是一个玩笑。事实上,这个技术传奇充满了不和和诉讼,大量的诉讼。在 1988 年,当 Fish 和 Moore 设计出了一款名为 Sh-Boom 的处理器后这一切就开始了。这款芯片设计的非常先进,它甚至比电路板上驱动电脑其它部分的计时器还要快。为此,两名设计者找到了让处理器运行自己的超快内部计时器的办法,而与此同时,内部计时器仍然与与电脑的其它部分同步。Sh-Boom 从来都没有获得过商业成功。在为他们的设计申请了专利后,Moore 和 Fish 继续从事研发。

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