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凯发下载安装半导体知识及芯片发展史(深度|匿踪库卡隆套装|)

来源:凯发k8·[中国]官方网站 发布时间:2024-07-20

  半导体主要由四个组成部分组成◈ღ:集成电路◈ღ、光电器件◈ღ、分立器件◈ღ、传感器◈ღ,由于集成电路又占了器件 80%以上的份额◈ღ,因此通常将半导体和集成电路等价◈ღ。

  集成电路按照产品种类又主要分为四大类◈ღ:微处理器◈ღ,存储器◈ღ,逻辑器件◈ღ,模拟器件◈ღ。通常我们统称他们为芯片◈ღ。

  严格意义上讲◈ღ,晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件◈ღ,包括各种半导体材料制成的二极管◈ღ、三极管匿踪库卡隆套装◈ღ、场效应管◈ღ、可控硅等◈ღ。晶体管有时多指晶体三极管◈ღ。

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

  1947 年 12 月◈ღ,美国贝尔实验室的肖克利◈ღ、巴丁和布拉顿组成的研究小组◈ღ,研制出一种点接触型的锗晶体管◈ღ。

  1956 年◈ღ,肖克利◈ღ、巴丁◈ღ、布拉顿三人◈ღ,因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖◈ღ。肖克利也被誉为晶体管之父◈ღ。

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

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

  前面有提到过◈ღ,被誉为「晶体管之父」的肖克利◈ღ,出生于伦敦◈ღ,三岁时随父母漂洋过海来到加州◈ღ。受父母对他科学思想的灌输◈ღ,考入 MIT◈ღ,随后获得固体物理学博士◈ღ,留校任教◈ღ。

  后来◈ღ,被位于新泽西州的贝尔实验室副主任凯利来麻省「挖墙脚」◈ღ,将肖克利挖走了◈ღ。当晶体管发明成功后◈ღ,肖克利并不满足◈ღ,他依然进行着不断地尝试◈ღ,希望发明性能更好的晶体管◈ღ,并将其商品化◈ღ。

  与此同时◈ღ,高纯硅的工业提炼技术已成熟◈ღ,用硅晶片生产的晶体管收音机也问世◈ღ。在贝尔实验室工作的肖克利坐不住了◈ღ,他看到了未来的商机◈ღ,而现在只能看着贝尔实验室拿他的发明赚钱◈ღ,并且晶体管的性能不稳定有损个人声誉凯发k8·[中国]官方网站◈ღ,◈ღ。

  1955 年◈ღ,肖克利回到了自己的家乡圣克拉拉(Santa Clara)谷◈ღ,并得到了贝克曼的支持◈ღ,创办了自己的公司◈ღ。

  圣克拉拉位于旧金山湾区南部◈ღ,地理位置优越环境优美◈ღ,气候清新宜人◈ღ,交通便利◈ღ。从此◈ღ,这一片狭长的山谷举世闻名◈ღ。

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

  肖克利虽然是一个聪明绝顶的天才◈ღ,但却不是一个好的管理者◈ღ。在公司发展方向上◈ღ,几乎由他一人掌控◈ღ,专横独裁凯发国际k8官网◈ღ,◈ღ,而且他不知道自身的缺陷◈ღ,也不接受同事的合理化建议◈ღ,最终导致公司在很长一段时间里都没有产品做出来◈ღ。

  在同事关系上◈ღ,他忽略了最重要的两点 --尊重与信任凯发下载安装◈ღ,肖克利通过各种办法◈ღ,牢牢的将技术专利掌握在自己的手中◈ღ,这种自私自利的管理方式◈ღ,终将会让公司走向没落◈ღ。

  1957 年 9 月 18 日◈ღ,以诺伊斯为首的八位年轻人愤然提出离职凯发下载安装◈ღ,肖克利得知后勃然大怒◈ღ,骂其曰「八叛逆」(Traitorous Eight)天生赢家 一触即发◈ღ,◈ღ。

  很快◈ღ,这八个人就拿到了一笔风险投资◈ღ,投资人是具有远见卓识的谢尔曼·菲尔柴尔德◈ღ,成立了仙童半导体(Fairchild)匿踪库卡隆套装◈ღ,公司是以投资人命名◈ღ。

  公司由谢尔曼·菲尔柴尔德控股凯发国际官网首页◈ღ,管理人为诺伊斯◈ღ。在新型的管理模式下◈ღ,仙童半导体快速发展◈ღ,不到半年的时间里就已经开始盈利◈ღ。

  与此同时◈ღ,仙童的两项发名专利◈ღ,更使其立于世界的半导体之◈ღ:一◈ღ,是平面工艺◈ღ,是一种制造半导体电路的工艺方法◈ღ,发明人为约翰·霍尔尼(Jean Hoerni)◈ღ。

  顾名思义◈ღ,集成电路就是用一定的工艺◈ღ,把一个电路中所需的晶体管◈ღ、电阻◈ღ、电容和电感等元件及布线互连一起◈ღ,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上◈ღ。

  1958 - 1959 年◈ღ,来自仙童的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)发明了硅集成电路◈ღ。事实上芯片设计◈ღ,在早些时候◈ღ,来自德州仪器的杰克·基尔比(Jack Kilby)发明了锗集成电路◈ღ。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◈ღ,所以两人共享集成电路发明者的荣誉◈ღ。

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

  此时的仙童半导体公司风光无限◈ღ,而半导体行业在那时宛若一个巨大的金矿◈ღ,任凭仙童肆意挖掘◈ღ。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◈ღ,与此同时◈ღ,仙童半导体公司的利润被不断转移到东海岸◈ღ,去支持 Fairchild 摄影器材公司◈ღ,此时仙童的员工开始坐不住了◈ღ,开始了新一轮的离职创业潮◈ღ。

  1968 年◈ღ,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)◈ღ,这里的摩尔就是我们所熟知的摩尔定律的提出者◈ღ。摩尔定律◈ღ:集成电路芯片上所集成的晶体管数目◈ღ,每隔 18 个月就翻一倍◈ღ。

  1969 年◈ღ,杰里·桑德斯(J. Sanders)当时在仙童担任销售部的主任◈ღ,带着 7 位仙童员工创办 AMD◈ღ。

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

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

  1971 年◈ღ,英特尔推出了它的第一款处理器◈ღ:4004◈ღ,这是一款 4 位的处理器◈ღ,仅包含 2300 个晶体管◈ღ,现在来看◈ღ,这款处理器简直就是个小弱◈ღ,但它的诞生意义重大◈ღ,实现了从 0 到 1 的突破◈ღ。

  1978 年◈ღ,英特尔推出了一款 16 位的处理器◈ღ:i8086◈ღ。1979 年◈ღ,英特尔又推出了 8088◈ღ,8088 是第一个成功应用于个人电脑的CPU◈ღ。1982 到 1989 年◈ღ,期间又陆续推出了 80286◈ღ、80386◈ღ、80486 微处理器◈ღ。1993 年奔腾处理器横空出世◈ღ,2005 年酷睿走进大众的视野◈ღ,酷睿 i3◈ღ、i5◈ღ、i7成为 PC 的主流◈ღ。

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

  纵观过去的半个世纪◈ღ,半导体的迅猛发展为我们的科技爆炸提供了基础◈ღ。当 10 nm 的芯片已经商用◈ღ,7nm◈ღ、5nm 制程已经接近极限的情况下◈ღ,摩尔定律似乎已经开始走向终点◈ღ,半导体下一个转折点在哪里◈ღ,我们还不能确定◈ღ,但目前量子技术的发展似乎给我们指明了方向◈ღ。

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

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

  中国集成电路行业共分芯片封装◈ღ、设计◈ღ、制造三部分◈ღ,总体呈现高速增长状态◈ღ。2004 年至 2017 年◈ღ,年均增长率接近 20%◈ღ。2010 至 2017 年间◈ღ,年均复合增长率达 20.82%◈ღ,同期全球仅为 3% - 5%◈ღ。

  但是另一方面◈ღ,中国集成电路制造工艺落后国际同行两代◈ღ,预计现在中国可完成 14 nm 级产品制造◈ღ,同期国外可完成 7 nm 级产品制造◈ღ。

  高端芯片产能严重不足◈ღ,50% 的芯片依赖进口◈ღ,同时中国的产能和需求之间结构失配◈ღ,实际能够生产的产品◈ღ,与市场需求不匹配◈ღ,长期的代工模式导致设计能力和制造能力失配◈ღ、核心技术缺失◈ღ。

  投资混乱◈ღ、研发投入和人才不足等问题◈ღ,导致中国集成电路产业目前总体还处于「核心技术受制于人◈ღ、产品处于中低端」的状态◈ღ,并且在很长的一段时间内无法根本改变◈ღ。

  再具体一点的◈ღ,数字电路部分的芯片设计我们还可以赶上来◈ღ,但是在模拟电路部分◈ღ,我们的晶振◈ღ、AD 采集卡等产品的精度还不够高◈ღ,积累得还不够◈ღ,核心技术还没有把握到手里◈ღ。

  有三大主要关键技术或者说流程上有三大节点◈ღ,「EDA◈ღ、芯片设计◈ღ、芯片制造」◈ღ,最后才是封装测试◈ღ。这三个关键节点◈ღ,缺一不可并且每一个环节都是被卡脖子的对象◈ღ,我们先看一下三个领域里的公司分布◈ღ。EDA(Electronics Design Automation)◈ღ,是集成电路产业的基础◈ღ,处于芯片产业链上游的子行业◈ღ。它就相当于设计房子时所用到的 CAD 软件◈ღ,有了 EDA 才能对芯片进行设计◈ღ,举个例子◈ღ,如果你想写字 EDA 就如同一支笔◈ღ。全球著名的 EDA 厂商有◈ღ:

  在2020年Q1的全球半导体 TOP10榜单出现了两个「新面孔」◈ღ,分别是华为海思(HiSilicon)和英伟达(Nvidia)◈ღ。但是海思 90%以上销售额都来自母公司华为的内部采购◈ღ,应用到了自家的产品上◈ღ。

  而麒麟 9000系列处理器和高通骁龙 865 比起来也不遑多让◈ღ。当然◈ღ,台积电无法为海思代工对其打击巨大◈ღ。

  紫光展锐是我国集成电路设计产业的龙头企业◈ღ,最近公司进军 5G 和 AI 领域◈ღ,拥有超过超过 3700个专利◈ღ,每年出货芯片量超 15 亿颗◈ღ。目前看起来展锐紧跟时代方向◈ღ,但成为巨头还有很长的一段路要走◈ღ。

  中兴微电子在全球设有多个研发机构◈ღ,研发人员超过 2000人◈ღ。经过十多年的发展◈ღ,中兴微电子掌握了国际一流的 IC 设计与验证技术◈ღ,拥有先进的 EDA 设计平台◈ღ、COT 设计服务◈ღ、开发流程和规范◈ღ。

  目前中兴微电子已申请的芯片专利超过 4000 件◈ღ,其中 PCT 国际专利超过 1800 件◈ღ,5G 芯片专利超过 200件◈ღ。

  联发科总部位于台湾◈ღ,在上海北京苏州等多地有分公司◈ღ,主要产品包含手机CPU◈ღ,无线通信以及多媒体等芯片◈ღ。因为其CPU主打中低端市场匿踪库卡隆套装◈ღ,基本用在2000元以下的手机上◈ღ。

  平头哥是阿里巴巴收购中天微后成立的半导体公司◈ღ,2019年7月25日◈ღ,发布了第一个成果◈ღ,基于RISC-V的处理器 IP 核玄铁 910◈ღ,其可用于设计制造高性能端上芯片◈ღ,应用于 5G◈ღ、人工智能以及自动驾驶等领域◈ღ。

  其余行业内比较优秀的公司还有◈ღ,华大半导体◈ღ,豪威科技◈ღ,比特大陆凯发下载安装◈ღ,澜起科技◈ღ,长江存储◈ღ,大唐微电子◈ღ,海康威视等◈ღ,都发展的不错◈ღ。

  SMIC 第一代 14 nm FinFET 技术取得了突破性进展◈ღ,并于 2019 年第四季度进入量产◈ღ,代表了中国大陆自主研发集成电路的最先进水平◈ღ。当然和第一梯队的台积电◈ღ,三星和 Intel 有一定的差距◈ღ,但是 14nm 也足够优秀了凯发国际app首页◈ღ。◈ღ。

  所以从以上分析来看◈ღ,芯片的几大环节◈ღ,EDA - 芯片设计- 芯片制造◈ღ,到封测与国际水平对比◈ღ,差距最小的是封测◈ღ,其次是设计◈ღ。

  差距最大的是芯片制造和 EDA◈ღ,目前三星◈ღ、台积电商用芯片 7nm 已经投入使用◈ღ, 5 nm 正在路上◈ღ。而 EDA 也基本被 Synopsys◈ღ,Cadence◈ღ,Mentor 三家垄断◈ღ。

  对于华为而言◈ღ,只是拥有了设计能力◈ღ,这也是被卡脖子的原因◈ღ,简单理解就是◈ღ,华为目前拥有世界顶级的芯片设计能力凯发下载安装◈ღ,但没法生产◈ღ,就像建筑师拥有一套非常厉害的设计图纸◈ღ,但没办法盖房子一样◈ღ。了解这些◈ღ,可以帮助我们进一步了解◈ღ,华为在自动驾驶系统推出后◈ღ,为什么还会有巨大风险的原因◈ღ。