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2024-05-10

芯片發展簡史趣談

^{自20世紀中葉以來，芯片的發展一直是科技領域一場引人入勝的冒險。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的跨越，更是人類智慧的縮影。}

^{晶上世界研究團隊將帶您穿越時光隧道，一同探索芯片發展的有趣旅程，閱覽屬于每個時代的故事，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，創芯未來，為您提供優質半導體行業內容，期待您的關注}

^{01電子管時代——ENIAC的bug是bug}

^{電子管作為最早的電子器件，是芯片技術的創新火種。1946年，世界上第一臺電子計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學誕生，以空前的計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，易導致短路。因此工程師不得不每晚例行捕捉飛蛾，以保障計算機正常運行。這個有趣的插曲展示了電子管時代的獨特挑戰，也暗示著電子設備迫切需要更精密的解決方案。}

^{02晶體管崛起——天才創新者和失敗企業家}

^{晶體管的發明是芯片發展的里程碑。1947年，威廉·肖克利與約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓一起，于1947年在貝爾實驗室發明了晶體管。肖克利被公認為“晶體管之父”。1956年，他創立肖克利半導體實驗室，招募了一批極具才華的年輕科學家。這名科學界的天才作為企業家缺遭遇了滑鐵盧——其專權和多疑的管理風格導致八名骨干集體離職，肖克利怒稱他們為“八叛逆”。所謂的“八叛逆”先是共同創建了仙童半導體，成功將晶體管推向市場。而后他們從仙童分道揚鑣，其他雇員也紛紛出走創業，書寫著各自的輝煌，其中就包括引領時代的Intel、AMD。肖克利的“創業失敗”在當年還沒有“硅”的硅谷灑下了蒲公英的種子，這種裂變式的創業熱潮締造了如今的硅谷傳奇。}

^{03集成電路的起點——天才科學家的不謀而合}

^{集成電路是芯片的前身，它的問世極大地推動了電子設備的小型化和普及化，標志著電子技術進入了新時代。1958年，德州儀器的杰克·基爾比提出單片集成技術，打造了世界上第一個集成電路原型。當他9月展示這一成果時，德州儀器高層意識到這將掀起一場技術革命。但他們不知道，在美國的另一個地方，仙童半導體的羅伯特·諾伊斯（肖克利口中的“八叛將”之首）也在致力于類似的研究，發明了更適合規模化生產的互連技術，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。直到1966年雙方意識到合作比對抗更有利于技術的發展，達成互利協議，共同推動集成電路技術進步。}

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^{04集成電路工藝微縮——摩爾定律時代的追光旅程}

^{摩爾定律是半導體行業的經典定律，它預測了半導體技術發展的指數化趨勢。其核心內容為：集成電路上可以容納的晶體管數目在大約每經過18個月到24個月便會增加一倍。這個著名定律的提出者是Intel的創始人之一摩爾，他也是前述“八叛將”中的一員。而光刻技術的演進是成就摩爾定律的關鍵。這就不得不提從破產邊緣到全球封神的光刻機霸主——阿斯麥。}

^{21世紀初，當尼康、佳能的干式光刻主導半導體市場時，“鐵皮房作坊”阿斯麥聯手臺積電瞄準浸潤式光刻技術臥薪嘗膽，贏得了后來居上的機會，成為不可撼動的行業壟斷者。芯片技術節點遵循摩爾定律演進到納米，如今發展到5nm、甚至3nm、2nm，均依賴于阿斯麥光刻機從DUV到EUV的技術更迭。一機難求的EUV光刻機被視為芯片制造界的“皇冠”，成為芯片巨頭問鼎技術之巔的爭奪焦點。}

^{05先進封裝續寫后摩爾時代——Chiplet技術打造芯片級“樂高”拼圖}

^{隨著晶體管微縮逐漸達到物理極限，芯片性能與成本越來越難以平衡，續寫了50余年精彩的摩爾定律面臨失效，業界開始探尋擴展摩爾定律的技術路線。Chiplet技術應運而生，它將復雜芯片在設計之初就拆解為不同功能單元，各單元分別利用適合的半導體制程工藝制作成具有特定功能、可組合集成的芯粒（Chiplet），這些芯粒可視為一顆顆不同的樂高積木，繼而借助先進的封裝技術將它們組合“搭建”在一起。Chiplet把芯片設計變成一場復雜的拼圖游戲，不僅提高了芯片設計的靈活性，還可以通過各模塊的巧妙組合實現降低生產成本和提升芯片性能的目標。}

^{06芯片的未來之路——期待新的頭腦風暴顛覆全球格局}

^{芯片的發展就像一部精彩絕倫的歷史劇。每一個技術節點的背后，都有著一段段鮮為人知的故事。正是這些故事，構成了今天數字世界的底色。芯片技術發展至今，誠如《芯片簡史》的作者所說“芯片的歷史是一部創新史和叛逆史”，技術創新者不斷沖破思維束縛、克服邏輯慣性，推陳出新，才成就了今天的產業繁榮。沒有永遠的成功者，也沒有永遠的失敗者，芯片發展的未來充滿著未知數和無限可能。}

^{基于當前中國芯片產業自主化能力不足的現狀，中國工程院院士鄔江興為中國芯的未來之路指明了方向。鄔院士團隊基于“系統”視角的系統工程技術路線提出軟件定義晶上系統技術（SDSoW），有望借此探尋一條短期內破解“卡脖子”難題、中長期換道超車的全新賽道，為國產芯片的發展開辟新的可能性。}