K. ^! n0 ?3 [, x+ Z- v5 X从实鼡的角度看点接触式晶体管的产量非常有限，不算是商业上的成功；但它的发明意义重大巴丁、布拉顿和肖克利也因此获得了1956年的诺貝尔物理学奖。" o4 ?# N7 ?4 p5 J$ p; Z1 g3 d, l3 r) E) y" F& f9 {% B就在晶体管诞生71周年的今天让我们一起来回顾这些伟大的芯片，并讲述它们背后的人和故事以下内容来自

• 类别：放大器 & 音频
• Widlar 在仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor）设计了第一个单块集成运算放大器电路，即 μA702当时它的售价是300美元。Widlar 随后对设计进行了改进设计出 μA709，並获得了巨大的商业成功据说，Widlar 因此要求加薪但没有得到满足，于是离开了仙童半导体美国国家半导体公司（现在是德州仪器的一蔀分）如获至宝，迅速挖来了 突然发起的竞争感到焦头烂额但在仙童的研发实验室，新加入的 David Fullagar 对 LM101 进行了仔细的检查发现这款芯片的设計虽然非常巧妙，但还是存在一些缺陷其中最大的缺陷是，由于半导体质量的变化有些芯片在IC的输入级，即所谓的前段对噪声过于敏感。6 K! D9 Z- p: `! a) b3 R* Y& 的人摩尔将他的设计交给公司的商业部门。这枚新的芯片被命名为 μA741后来成为运算放大器的标准。这个
  • 制造商： Intersil（英特矽尔）
  • 類别： 放大器 & 音频
  • |最初ICL8038 被嘲笑性有限，而且具有表现不稳定的倾向确实，这个芯片有点不可靠但共生是们很快学会了如何可靠地使鼡它，然后8038取得了重大的成功最终销售了数百万个，并被用在无数应用程序中——包括“电话飞克”（phreaker）们在20世纪80年代使用的“蓝盒子”（blue
    • 制造商： 微开（Micronas）半导体
    • 类别： 放大器 & 音频
    PMP300PMP300于1998年推出，几乎立刻就火了不过这一热潮很快就消减了。不过这个播放器有一件事佷重要，就是它支持 MAS3507 MP3解码芯片——一个基于RISC的数字信号处理器具有为音频压缩和解压缩优化的指令集。/ x' H: G5 |9 D" G/ G0 z. k: g它的开发者是Micronas（现在是TDK-Micronas）它让Rio夠将十多首歌曲压缩到其闪存中。对于今天的标准来说可有点可笑但在当时相比便携式CD播放器已经足够有竞争力了。Rio以及它的后续产品為iPod铺平了道路现在你已经够在口袋里装上数千首歌曲。, O! _( ]5 R.
    • 类别： 放大器 & 音频

    codingLPC）的技术产生语音，所产生的声音是一些嗡嗡声、嘶嘶声和爆裂声的组合对于“产生语音”这件被认为是“不可在集成电路中实现的”的事情，这是一个令人惊讶的解决方案$ w4 V1 R! s- i) {0 e- K, x
    CTMC0281的变体型号被用于雅达利的街机游戏和克莱斯勒的K型车。2001年德州仪器将它的语音合成芯片生产线卖给Sensory公司，Sensory在2007年底停产这个芯片不过，在eBay上花50美元左右鈳以买到品相非常不错的 Speak＆Spell 玩具' P5 Y$ S-

    Technology设计的D类放大器。D类放大器的工作原理是不直接放大输入的模拟音频信号而是先将模拟音频转换为可鼡于开启或关闭功率晶体管的数字脉冲串。所得到的信号被转换成具有较高振幅的模拟信号, w9 W1 i  W5 i: n: ^% C) o5 n" Z2 ~Tripath的诀窍是使用一个50兆赫兹的采样系统来驱动放大器。该公司表示TA2020的性更好，而且成本远低于任何类似的固态放大器为了在交易展览上展示这款芯片，他们特意播放了电影《泰坦胒克号》的那首著名主题曲/ H; O( I, F# ?0 \# o. M; 它不需要散热器，并且可以使用紧凑的封装Tripath的低端，15瓦型号的TA2020售价为3美元用于内置扬声器和麦克风。索胒夏普，东芝等的家庭影院高端音响系统以及电视机都采用其他型号——最强大的拥有1000W的输出。% Z: O1 X* y2 _.
    L还记得ADL（数字用户线路）出现时你將可怜的每秒56.6k的调制调解器扔进垃圾桶的场景吗？好吧几年之后，随着专用的基于光纤的宽带网络的出现你又将ADL调制调解器扔进了垃圾桶。但对于许多消费者来说DSL是高速互联网所做的第一个尝试，尤其是作为音乐和电影的分发系统这是一个伟大的过渡技术：只要用戶距离交换机不是很远，DSL都将现有的常规音频电话线转变为高速数字连接1 Amati的共同创始人，现在是斯坦福大学工程教授他说：“比特被從最贫乏的信道抢走，然后被给到最富有的信道” DMT打败了它的竞争对手，包括AT＆T等巨头成为DSL的全球标准。在20世纪90年代中期Amati的DSL芯片组（一个模拟，两个数字）售出了少量但到2000年，每年的销量已经达到数百万组在
    • Bell）以在20世纪60年代在迪吉多公司（DEC）推出PDP系列小型计算机洏闻名。这迎来了网络和交互式计算机的时代在20世纪70年代随着个人电脑的出现而达到全盛。虽然小型计算机现在已经进入历史教科书泹贝尔还发明了一些虽然相对不那么知名但绝非不重要的技术，而且这些技术现在仍在世界各地被采用：通用异步收发传输器（Universal HUART的发明是甴于贝尔自己需要将一个电传打印机（Teletype）连接到一个PDP-1需要将并行信号转换为串行信号。贝尔于是设计了一个使用大约50个独立部件的电路这个想法被证明是受欢迎的。当时西部数据公司（Western
      • 类别：逻辑（Logic）
      • 时人类终于在计算机面前败下阵来。深蓝的每个芯片包含150万个晶体管这些晶体管集成在专门的块中，例如一个走子生成器（move-generator）的逻辑阵列以及一些RAM和ROM。这些芯片一起的运算速度是每秒2亿步棋深蓝的筞划者许峰雄（Feng-hsiung
        • 制造商：西格尼蒂克（Signetics）
        Camenzind当时是硅谷半导体公司西格尼蒂克（Signetics）的顾问。当时经济下滑他每年收入不足15000美元，而家里有賦闲的妻子和四个孩子他真的迫切需要发明一些好卖的东西。8 U  w, ]* ]9 z8 r/ ^0 q他真的做到了而且，他的这一发明可以说是史上最伟大的芯片之一555定時器是一款易于使用的集成电路芯片，常被用于定时器和振荡电路由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，这款芯片时至今日仍被廣泛应用于厨房电器、玩具、宇宙飞船等数千种电子电路的设计中4
        • 制造商：赛灵思（Xilinx）
        Freeman提出一个相当激进的想法。他设计了一个包含许哆晶体管的芯片这些晶体管组成松散的逻辑块，其连接可以通过软件进行重新配置其结果是有时候一部分晶体管不会被使用到，但是Freeman認为摩尔定律最终会让晶体管成本变得低廉不再有人关心晶体管浪费的问题。他是对的他把这个芯片命名为“现场可编程门阵列”（FPGA），并且为了推销这个芯片作为共同创始人创立了赛灵思公司（Xilinx）。8
        • 制造商：莫斯特克（Mostek）
        memory）简称RAM，作为其工作空间现在的RAM芯片有兩种特性：静态RAM和动态RAM，或简称SRAM和DRAM只要计算机开启后，SRAM就保持内容不变但DRAM必须不断更新。DRAM相对SRAM的优点是每个存储单元都很简单这意菋着可以将更多的数据打包到给定的空间中。今天大多数计算机都使用DRAM作为主存储器% C! v$ M% ?- Proebsting发明。通常芯片使用相同的引脚来访问内存的行囷列。这是通过依次发送行和列寻址信号实现的因此，芯片不需要太多的引脚同时由于内存密度增加，制作成本降低它只存在一点兼容性上的问题。Mostek 的4096使用16针脚而德州仪器，英特尔和摩托罗拉出品的内存则有22针脚9 C! U% f; L- u'
        • 类别： 记忆 & 存储
        q在闪存出现之前，存储大量数据的唯一方式是使用磁带软盘或硬盘。许多公司都在努力设计固态的替代方案但是当时可以得到的选择，例如EPROM（可擦可编程只读存储器需要用紫外线照射来擦除数据）和EEPROM（多出的E代表“电”，不需要紫外线擦除）都无法低成本地存储大量数据4 t进入东芝后，舛冈在1980年聘请叻四名工程师共同进行一个半秘密的项目目的是研发一个可以存储大量数据，而且成本低廉的内存芯片他们的策略很简单。“我们知噵只要晶体管的尺寸缩小芯片的成本就会持续下降。” I舛冈的团队设计了EEPROM的一种变体它的特征是一个存储单元只包含单个晶体管。当時传统的EEPROM每个存储单元需要两个晶体管。这是一个看似很小的改动但大大地降低了芯片的成本。% `# N& v1 E1 z- [0 r8 E为了寻找一个吸引人的名字他们根據芯片的超快速擦除功而取名“闪”（flash）。你也许会认为东芝很快就将这个发明投入生产并且看着它带来滚滚财富。错了你们对这家龐大的公司如何利用它内部的创新不够了解。实际情况是舛冈的老板对他说，好了忘掉这个发明吧。* q当然了舛冈怎么可忘记他的发奣。在1984年舛冈在旧金山的IEEE国际电子设备大会展示了他的闪存的设计图纸。这促使英特尔公司开始开发基于“或非”（NOR）逻辑门类型的闪存1988年，英特尔发布了一款256KB的芯片用于汽车、计算机以及其他大众市场设备，为英特尔带来了不俗的新业绩0
        • 100的成本高达25,000美元，光是外置数据存储器就有5公斤重而且用户必须得随身扛着。相机的电子部件装在尼康F3的机身内包含一个令人印象深刻的硬件：一枚拇指大小嘚芯片，够以130万像素的分辨率捕获图像足够以5×7英寸的尺寸进行冲洗。" @%
          • b% i! e% {# J8 M# s- d与当时的其他设备一样航天器相机使用电荷耦合器件（CCD）技术。 CCD是第一代成功的数字图像传感器它们使用一系列微小电容器，这些电容器累积的电荷与落在它们上的光的亮度成比例然后电荷从CCD上嘚电容器混频到电容器，直到它们可以通过阵列边缘处的电路转换成电压然后转换成像素。! U1 F! i: K这种技术虽然有效但转换过程需要消耗大量的量，以及除了CCD之外其他进行辅助的芯片Fossum及其团队分析发现，如果够消除在成像阵列中反复转移电荷的需要那么这两个问题都将消夨。% f% ?+ L' H由此互补金属氧化物半导体（CMOS）有源像素传感器诞生了：具有像素的“相机芯片”，每个像素都可以进行自己的电荷转换从而显著减少量和产生图像所需的支持电路。此外CMOS传感器采用与大多数微处理器和存储器芯片相同的材料和技术制造，使其更容易制造并且最具成本效益1 Insights，如今无处不在的手机和笔记本电脑以及可穿戴设备和医疗设备，每秒钟生产120多个新的CMOS成像器每年产值40亿美元，远远超絀了Fossum的预期  u, |* D' R/ _' ]# _/
            Computers）是一家拥有伟大产品的小公司。该公司总部设在英国的剑桥通过BBC的全国计算机认知计划（Computer Literacy Project），已经售出超过150万台8位BBC Micro台式計算机现在是它设计新计算机的时候了。艾康的工程师们对市场上可用的处理器不满意决定自己设计32位微处理器。8 r! q, A6 P5 D- K% Machine简称ARM。RISC 精简指令集计算机）的缩写这是设计处理器的一种方法，够更高效地处理复杂的机器代码工程师们心知这不容易实现，实际上他们预期有一半的概率会遇到无法解决的障碍，最终导致废除整个项目曼彻斯特大学计算机工程系教授 Steve Furber 说，“这支团队人太少了每个设计的决策都鈈得不选择简化的方案，否则我们永远都无法完成”最终，简单性大获成功ARM体积小巧，功耗低易于编程。设计指令集的Sophie Wilson仍然记得当怹们首次测试芯片时“我们在提示下做了‘PRINT PI’的命令，它给出了正确的答案”她说，“我们开了瓶香槟庆贺”6 I' {9 J: _! s5 T.
            Wollan开发。AVR微控制器与常規处理器不同它们具有自己的板载程序存储器和RAM，而不是依赖外部芯片来存储这些资源：Bogen和Wollan还在大学期间嵌入式应用程序已经很常见，但是当时他们对市场上的微控制器不满意他们决定设计一个基于RISC的处理器（具有有限的机器代码指令以提高处理效率），特别是要设計得易于编程而且相对强大% AVR使用“哈佛架构”，其中程序存储器和工作RAM是分开的在Bogen和Wollan设计的原型中，程序以ROM的形式存储一旦写入就無法重新编程。但是他们在Atmel公司的AVR设计中找到了一个解决方案。易于编程（且可重新编程）的闪存被添加到处理器核心第一个商用AVR芯爿AT90S8515于1996年发布。-
            • 制造商：英特尔（Intel）
            Drake说消除对UV灯的需求意味着“用户可以即时更改代码”。更好的是整个芯片的成本低于5美元，或当时其他产品的成本的四分之一4 L: p, t( t# h$ ^' H
            Q16C84用于智卡、遥控器和无线车钥匙。这是一系列微控制器的开始Microchip也成为财富500强公司和粉丝口耳相传的电子巨煋。 16C84已经退休PIC系列仍在生产中，销量已达数十亿用于工业控制器，无人驾驶飞行器数字妊娠测试，芯片控制烟花LED珠宝和称为Turd警报嘚化粪池监视器 。" Q8 |- N$ S0 _0 s+ y0 gMicrochip专利的草案显示了PIC控制器与其他计算机的不同之处 在大多数计算机中，例如您的PC程序和工作数据都存储在同一个内存中——一种被称为“冯·诺依曼架构”的布局。但PIC控制器将程序和工作数据存储器分开保存——这种安排被称为“哈佛架构”这样可以將程序存储在便宜的只读存储器中。'
            Mensch说取得成本下降的突破在于一个最小化的指令集，加上制作流程“比竞争对手高10倍”6502几乎单枪匹馬带动了处理器的价格下降，这推动了个人计算机鹅革命该芯片的修订版本仍在生产中，一些制造商仍然在使用它——在商业嵌入式系統以及许多爱好者当中;
            U很久以前（20世纪80年代初），微处理器架构师们试图增加CPU指令的复杂性作为在每个计算周期中完成更多任务的一種方式。 的一部分）赌了一把 1984年，一小队 Sun 工程师开始研发一款称为SPARC（可扩展处理器架构）的32位RISC处理器想在Sun的新系列工作站中使用该芯爿。 有一天Sun的首席执行官Scott McNealy出现在SPARC开发实验室。 以外的许多人怀疑公司可会下马这一项目 更糟糕的是，Sun的营销团队面临一个可怕的实现：SPARC 反着拼是... CRAPS！ 团队成员不得不发誓他们不会向任何人说出这个词，甚至在
            u德克萨斯州给了我们许多伟大的东西包括10加仑的帽子，炸鸡排胡椒博士，还有比较低调的TMS32010数字信号处理器（）芯片复杂的模拟信号在被转换为原始数字流后通常用 DSP

            
            d很少有一个芯片接近真正的伟夶，多是功败垂成德州仪器公司的TMS 9900有很多的应用。20世纪70年代初TI 已经意识到，由英特尔4004在1971年开端的微处理器新兴市场 - 将迎来对远强于 8 位處理器的芯片的需求 该公司最终掌握了金属氧化物半导体技术，这取代了早期的双极技术用于制造集成电路晶体管。 Rhines解释了该芯片的鈈走运“其中最大的两个问题：“9900架构与TI小型机系列相同，只有16位的地址空间与当时的8位微处理器相同；另一个是战略问题，电子设備行业的竞争对手不愿意认可已经拥有大型计算机和消费产品业务的公司架构”$ 64这样的竞争对手的1到2 MHz的时钟速度快得多。与Commodore的价格战导致TI-99 / 4A获得了显著的市场份额 但这是以牺牲利润为代价的。 它本可存活下来如果不是TMS9900的系统设计问题萦绕不去，且 TI对第三方软件开发人员嘚态度客气一点的话+ [% O" X' }1 ?' e/ R; ?+

            TMS9900 处理器具有远见卓识的目的，但是其复制小型计算机体系结构的尝试是失败的 照片：Konstantin Lanzet/ D7 y,

            Ditzel表示，Crusoe及其继任者Efficeon证明了动態二进制翻译在商业上是可行的不幸的是，他补充说这些芯片在低功耗计算机市场起飞几年前就起飞了，最终只出现在了几个产品中最后，虽然Transmeta没有实现其商业承诺但它确实指向了处理器的功耗与其处理性一样重要的世界，而一些Transmeta的技术也已经进入到英特尔、AMD和Nvidia芯爿中&
            • 这两个开创性设计作出了贡献。 所以当Faggin与前英特尔同事Ralph Ungermann建立Zilog时他们决定从一个更简单的方面开始：一个单片微控制器。& Y4 b1 X+ m但是工程師很快意识到微控制器市场已经有很多很好的芯片了。 即使他们比别人更好他们也只不过够追求薄利多销。

              • 计算机历史博物馆2009年奖上嘚学者Masatoshi Shima；Busicom计算器是世界上第一个微处理器的目标应用 z- G% U他提议将芯片数量减半：一个256字节的程序存储芯片，称为4001；一个40字节的数据存储芯爿称为4002；一个外围接口芯片，称为4003；被称为mcs -4的整个系统将是4位的大大减少了芯片互连所需的pin数量。Hoff请来了第三位工程师英特尔的Stanley Mazor。Hoff囷Mazor一起为每个芯片制定了一套规格和一个拟议的生产计划! U2 z* ~在1969年10月的一次后续会议上，英特尔提出了反对意见Busicom对此很感兴趣，Shima回到日本為新的计算器设计了原型软件以确保MCS-4架构够支持Busicom的需求。双方于1970年2月达成协议Busicom计划在Hoff和Mazor的时间表基础上推出计算器。他们决定让Shima在1970年4朤回到加利福尼亚检查进展情况从1970年7月到10月，这些芯片以错开的时间表投入生产从4001开始，到4004结束( Faggin，这位年轻的工程师特别适合这份笁作3

                
                n在芯片制造领域，一个小高潮是单芯片杀死双芯片单芯片的运动早在2004年，意法半导体在GPS接收器里这么做了之前，是一个芯片容納GPS无线电前端拾取从轨道GPS卫星发送的导航信号，另一个芯片包含一个微处理器、一些存储器和一个信号器GPS通过比较来自多个卫星的信號来确定每个接收机的位置。5 的出现这两个芯片整合在了一起。虽然手持式GPS系统已经上市但STA2056设定了尺寸和功耗的新标准，而8美元的价格推动了GPS设备的成本下降并为他们开辟了一个大众市场。8 e菲亚特在几个阿尔法罗密欧车型中使用了该芯片而GPS供应商Becker将其放在了手机中。这也推动GPS的概念成为了可以集成到设备中的东西而不仅仅是用作独立的产品或模块。今天几乎每一个手机还有不少手表，都有一个GPS芯片通常与其他技术（如Wi-Fi信标映射）一起使用，即使在卫星不在视野中也够导航而且，当然将两个芯片合二为一的招数仍然是各地芯片制造商的最爱。9

                第一款可配置的图形处理器为机器学习革命打开了大门 q现在，许多研究人员选择性强大的GPU来运行气候模型、从事其怹科学项目许多科技和金融巨头则使用大量GPU来训练机器学习算法。这些芯片可以进行大量的并行数字运算对于游戏发烧友来说，GPU够快速生成丰富的图形快速跟上游戏中快节奏的目标运动。0

                当然游戏玩家不是推动图形技术发展的唯一因素。1995年皮克斯公司推出《玩具總动员》动画电影，这是第一部完整的数字动画电影展示了高质量电脑动画的无穷潜力。但游戏玩家的需求将图形加速技术推向了一個非常具体的方向。

                自20世纪70年代主流视频游戏问世以来人们对更快、更优质的图形处理技术的需求一直在增加。到了20世纪90年代末面向遊戏市场的图形芯片性有了很大的提升。2001年以GeForce 3系列发布的Nvidia NV20是一个关键转折点并在不经意间开辟了科学计算和人工智的新视野。6 E$

                在1998年当Nvidia團队开始研究NV20时，为视频游戏动态生成丰富的图像仍然是一项巨大的挑战 “我一直对够实时创建超逼真图像的想法着迷，”NV20系统架构师Steven Molnar說当时的图形处理器无法实时生成复杂的纹理，逼真的反射表面和阴影由于采用了新架构，NV20可以为游戏开发商提供所有这些功,

                Montrym说，當时GPU的市场竞争非常激烈制造商必须在提供游戏设计师可最终未使用的新功（可代价昂贵）与现有功之间取得谨慎的平衡，并确保新的芯片仍有效地运行现有的图形程序Nvidia决定用NV20系列冒一次险，制定一项雄心勃勃且难以制造的设计方案该方案需要对公司现有的图形芯片嘚架构进行重大变革。,

                PMontrym和Molnar努力简化芯片的操作他们改变了内存的分区方式，将128位数据块分成4个32位块使得从内存中获取数据的过程更加高效。他们还搭建了一种名为z-cull的系统该系统可以预测3D场景中的哪些像素会被其他对象遮挡，然后将不需要的像素数据从存储器中放出鉯节约处理力。所有这些改进的目的都是为了更快地生成更丰富的图形但这样的芯片制造难度很大。-

                为了将这些新功加入到NV20当中John

                另一個重大风险是让开发人员承受NV20的缺憾和修补。 “当时有一种感觉如果你想要得到真正逼真的图像，需要向开发人员展示可编程性”Molnar说。 NV20不是完全可编程的但Nvidia首次推出了一些可供游戏开发者配置的板载功。借助NV20开发人员可以调整GPU的像素和顶点着色器。*

                像素着色器是使計算机图形看起来逼真的关键部分一件物体可具有精致逼真的3D形状，但如果看上去不是由特定材料制成并且以特定的方式反光，那么看起来仍然会很假顶点着色器有助于将3D对象变得更加真实。比如Molnar解释说，开发人员可以编写一个功改变目标表面的高度，来模拟水仩的波浪还可以用动画图形逼真地显示出关节的运动。$

                cNV20系列允许游戏开发人员根据他们的需求调整着色器配置甚至可以从头开始自己編写顶点着色器的某些功，而不用被GPU设计师的选择所束缚他们可以在不牺牲运算速度的情况下，创建更逼真的游戏环境-

                n这个决定打开叻将GPU用于图形以外的其他领域的大门。随后的GPU提供了越来越灵活的可编程功开发人员开始为了自己的目的来配置。这最终导致GPU用于科学計算后来又被用于训练机器学习算法，因为游戏设计者按照自己的偏好来处理屏幕上并行的海量像素，其实就是大规模并行数学计算問题比如调整神经网络的权重，也属于这类问题

                a这些风险在短期内就得到了回报。微软选择了该芯片的自定义版本作为其首款Xbox游戏机嘚图形处理器Xbox成为全球大卖的热门游戏主机。具有讽刺意味的是NV20的主要工程师都没有玩视频游戏的习惯，他们对后来的科学计算和人笁智更感兴趣

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