芯片的发展历史（一）

芯片的发展历史（一）

第一，本人不是从事芯片产业工作的，只是理工科毕业，知道一些，但是对于芯片及技术方面的，大部分是不懂的。

第二，文中会提到很多上市公司，只是作为一个分析，不做买卖参考。如果有人要去 *** 作，一定自己研究一下基本面，我尽量保证引用的资料正确，但是买卖 *** 作还是要自己负责。

近期在研究半导体产业链，所以想写一些文章，尤其是希望能够分享自己研究的心得，希望大家能够多多支持。

本文主要是讲讲芯片技术的发展。

半导体产业中，集成电路（IC）占比超过80%，所以集成电路基本上等同于半导体产业。所以经常说到的芯片，集成电路，IC，半导体产业都是同一个意思，都是是指将一定数量的元器件及其连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路，可细分为逻辑电路、存储器、微处理器、模拟电路。

半导体技术从19世纪开始诞生，发展至今扮演着越来越重要的角色，我们日常所熟知的手机（移动终端）、宽带（网络通信）、摄像头（安防监控）等都跟IC有关，就连美国硅谷的诞生也跟IC有关。

1、半导体技术发展的基础

半导体导电能力随着温度、光照条件、输入电压（电流）和掺入杂质的不同而发生很大变化，这四大特性的发现顺序分别如下：

1833年：法拉第发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现；

1839年：法国贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压,这就是半导体的第二个特性：光生伏特效应；

1873年：英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体的第三种特性；

1874年：德国布劳恩观察到某些硫化物的导电有方向性，也就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第四种特性。

半导体的这四个特性，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。

直到1947年12月，人类 历史 上的第一个半导体点接触式晶体管才诞生于美国贝尔实验室，从此开创了人类的硅文明时代。

半导体的这四个特性，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。

直到1947年12月，人类 历史 上的第一个半导体点接触式晶体管才诞生于美国贝尔实验室，从此开创了人类的硅文明时代。

2、半导体技术发展历程

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。世界上最早的电子产品是由电子真空管组成的，具有体积大、易碎、密封性差等一系列 缺点，以硅晶圆材料为衬底制作的晶体管具有固态、体积小、质量轻、耗电低且寿命长的优点，被人们发现成为替代真空管的最佳材料，得到广泛应用。

从晶体管到集成电路再到高度集成。晶体管的出现开启了半导体工业的 篇章，接着将分立器件集成化、缩小结构尺寸、提升数量、降低功耗， 成为技术发展的迫切需求，集成电路应运而生。所谓集成电路，是指在 单个半导体晶片上，将晶体管、电阻、电容及连接线等有机结合的电路 结构，其本质上是晶体管制造工艺的延续。集成电路、分立器件、被动 元件以及各类模组器件通过 PCB 板连接，又构成了智能手机、PC 等各 类电子产品的核心部件。集成电路的出现，在一定程度上预示着半导体 工业走向规模产业化和技术上的成熟，也预示着半导体技术向微电子技 术方向上的演变。随着工艺水平和封装技术的提升，集成电路又逐步由 小规模（SSI）、中规模（MSI），逐步发展至大规模（LSI）、特大规模 （VLSI）乃至巨大规模（GSI）。当前，半导体产业经过半个多世纪的发 展，不仅带来了世界经济与技术的飞速发展，也带来了整个 社会 的深刻 变革，从日常使用的电子产品到航空航天，处处都有半导体的身影。可 以毫不夸张的说，半导体技术是现代电子信息技术发展的原动力和重要基础。

三、硅谷的诞生及仙童半导体的传奇

业内都说“先有仙童后有硅谷”要了解美国硅谷的发展史，那就绕不过早期的仙童半导体公司。

1955年，“本世纪最伟大发明”的“晶体管之父”的肖克利（W.Shockley）博士离开贝尔实验室， 肖克利回到了自己的家乡圣克拉拉（Santa Clara）谷，并创建“肖克利半导体实验室”。

世界英才慕名而来，最后肖克利在各领域的天才与精英中，确定了公司创立之初的八位成员，而这八位初创成员也是后来对硅谷乃至世界范围产生深远影响的“八叛将”（The Traitorous Eight）：罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）、戈登·摩尔（Gordon Moore）、谢尔顿·罗伯茨（Sheldon Roberts）、朱利亚斯·布兰克（Julius Blank）、尤金·克莱纳（Eugene Kleiner）、金·赫尔尼（Jean Hoerni）、杰·拉斯特（Jay Lsat）、维克多·格里尼克（Victor Grinnich）。

1960s“八叛徒”离开肖克利成立了仙童半导体公司。到了1969年，“八叛将”的叛变精神再次燃烧，随着布兰克的出走，当初创立仙童的 “八叛将”也尽数离开了仙童半导体公司。一时间，仙童迎来了大量的离职潮，也由此孕育了更多的半导体公司的诞生。

（1）1961年，赫尔尼、拉斯特和罗伯特出走，三人创办了Amelco，就是后来的Teledyne（泰瑞达），从事半导体测试业务。

（2）1962年，克莱纳离开，创办了Edex以及后来知名的风险投资公司凯鹏华盈（KPCB）。

（3）鲍勃.韦勒，1966年离开仙童加入美国国家半导体公司。查尔斯·斯波克，1967年离开仙童加入美国国家半导体公司，任CEO。

（4）到了1968年，诺伊斯带着戈登·摩尔与工艺开发专家安迪·格鲁夫（Andrew S·Grove）离开了仙童半导体公司，而由他们三人所创立的公司就是由仙童衍生出来的公司中最为人所熟知的IT业巨头——英特尔（Intel）。

（5）仙童销售部门主任杰里·桑德斯（Jerry Sanders）带着几名员工创立了AMD半导体公司，成为英特尔的主要竞争对手。

（6）美国国家半导体（现已被TI收购），Altera（现已被英特尔收购）等的创始人都出自仙童半导体公司。

得到仙童半导体八位联合创始人支持的公司数量超过2000家，其中包括Instagram，Palantir，Pixar，Nest，Whatsapp，Yammer，以及苹果（乔布斯的创业得到过仙童半导体创始人的潜心指导，在此就不赘述了）。

乔布斯对仙童的评价：“仙童半导体公司就像棵成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了”

到2013年为止，由仙童公司直接或间接衍生出来的公司共达到了92家，而其中上市的30家公司的市值更是超过了2.1万亿美元，产值甚至超过了当年的一些发展中国家GDP。

可以说是仙童给旧金山湾区带来了半导体产业，因为半导体的材料是硅，所以加州这个原本拗口的“圣塔克拉拉谷”，在上世纪70年代开始被更多的人称之为——硅谷（Silicon Valley）。

总之，以上就是芯片的发展历程，包括技术上的发展及硅谷的诞生。后面从产业链的转移角度，回顾芯片的发展。

一个立志当化学家的最终成就———创办Intel

1929年1月3日，戈登·摩尔出生在距离旧金山以南的一个邻海小镇。家庭环境并没有给他的成长带来多少熏陶。十一二岁时，他忽然对化学产生兴趣，立志要当名化学家。这项爱好成全了他日后的远大梦想———成为一名科学家。中学毕业后，摩尔如愿以偿考入计算机重镇———加州伯克利大学，学习他向往以久的化学专业。1950年，摩尔获学士学位，继续在加州工学院深造，1954年获物理化学博士学位。作为家中的第一个大学生，这无疑是摩尔家族始料不及的荣誉。

过了两年平静的学院研究生活。摩尔准备放弃不着边际的基础研究。凑巧的是，晶体管发明人肖克利正在招兵买马，他想在加州建一个半导体公司，正需要一个化学家。

1956年，摩尔加入肖克利设在了望山的实验室，和集成电路的发明者罗伯特·诺伊斯一起工作。后来，诺伊斯和摩尔等8人集体辞职创办了半导体工业史上有名的仙童半导体公司。摩尔开始是技术部经理，后执掌研发部，当时刚租赁的房屋还未最后竣工，甚至没有通电。大伙只好像农民一样，日出而作，日落而息。

1968年，摩尔和诺伊斯一起退出仙童公司，创办了Intel，致力于开发当时计算机工业尚未开发的数据存储领域。起初，摩尔担任执行副总裁。1975年成为公司总裁兼CEO。1979年，更成为公司主席兼CEO。其中CEO的头衔保持到1987年，主席一职保留到1997年。Intel致力于开发当时计算机工业尚未开发的数据存储领域，公司生产的第一个重要产品Intel1103存储芯片于70年代初上市。

英特尔发展史

Intel CPU的各种型号简介 个人电脑使用的CPU以Intel品牌为主， PC机CPU发展的历史就等于Intel公司的历史，现在就Intel公司CPU的发展作一介绍。 Intel CPU型号发展： 4004： 1969年 （4bit） 8008： 1972年 （8bit） 8080： 1974年 （8bit） 8085： 1976年 （8bit） 8086： 1978年 （16bit） 8088 ．1979年 （CPU内部16bit而外部8bit） 80186： 1980年 （16bit） 80188： 1981年 （16bit） 80286： 1982年 （16bit） 80386： 1985年 （32bit） 80486： 1988年 （32bit） Pentium:1993年 （32x2＝64bit） Pentium Pro： 1995年（32x2＝64bit） Pentium MMX：1997年 （32x2＝64bit） Pentium II： 1997年（32x2＝64bit）， Pentium II为1998年主力产品。 Deschutes:Pentium II产品后续产品，采用0．25um工艺， 耗电量低， 1998年推出。 Katmai：Katmai Slot 2（K2SP）多媒体扩展格式MMX2产品用于服务器和工作站，外频采用100MHz,内频目前有40O／450／500MHz几个版本， L2 Cache 4MB， 1998年推出。 Willamette： P6与P7产品，代号为P68，速度比Pentium II快一倍。 Merced： 786 CPU，简称P7，为Intel/HP两家合作开发，对多媒体指令速度的处理有革命性的改变， 1997年底亮相，于1998-1999年推出。

886系列： 886产品，处理性能比P7高一倍。 1286系列： Intel公司规划2011年的指标产品。 CISC CPU和RISC CPU ◎CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）复杂指令集CPU内部为将较复杂的指令译码，分成几个微指令去执行，其优点是指令多，开发程序容易，但是由于指令复杂，执行工作效率较差，处理数据速度较慢，目前286／386／486／Pentium的结构都为CISC CPU。 ◎RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机） RISC是精简指令集CPU，去除复杂的指令，保留精简的常用指令，再配合内部快速处理指令的电路，加快指令的译码与数据的处理，不过，必须经过编译程序的处理，才能发挥它的效率，Power PC为RISC CPU的结构。 ◎改进式的CISC CPU: 部分改进CISC的结构面向RISC的优点而开发，如Intel的Pentium-Pro（P6）、Pentium-II,Cyrix的M1、M2、AMD的K5、K6等。 CPU的工作时钟每一个CPU都有一个叫CLOCK（时钟）的接脚，筒称CLK，也就是提供给CPU处理数据的工作时钟，有时我们称之为频率，以MHz（Mega Hertz）为单位，提供给CPU频率的高低涉及到CPU的倍频或除频。经过内部倍频或除率，得到的内部频率才是CPU执行指令的工作时钟（或工作频率），CPU频率的高低和CPU内部的结构以及指令处理的方式都关系着CPU处理指令的快慢，如CPU内部采用超级标量流水线（Super Scalar Pipeline）指令的处理结构，内部高速缓存的容量、指令的译码，程序的编译、是复杂指令集（CISC）或是精简指令集（RISC）的处理，这些都关系着CPU的处理速度。一般CPU的工作时钟以它的型号来表示，如Pentium-l66中的166MHz、Pentium-200中的200MHz，在相同的结构下， CPU型号的数值越高者，其速度越快，当然价格也越高。时钟发生器为CPU提供处理时种，也就是为CPU提供的工作频率，它会随着CPU型号规格的不同而不同。早期286／386的CPU由于其内部有除2的除频电路，所以外部的频率是286／386 CPU 工作频率的一倍，经它的内部除2，即为CPU使用的工作频率，如80286-20， 80386-20 ， CPU外部的时钟发生器会提供40MHz的频率给CPU，经CPU内部除2，即为80286-20或80386-20的20MHz的工作时钟。但是，从486DX2，486DX4和Pentium CPU开始，CPU的内部即以倍频的形式出现，在CPU内部倍频不影响外围设备，CPU可以作l.5／2／3／3.5／4／4.5倍频的提升，只要CPU的材质、温度、频率、工艺可以稳定发挥其功能即可量产，所以不同型号的CPU就有不同的频率，主板为了配合不同号的CPU，一般的规格都可承受到（120～200）MHz范围的频率，更新CPU时，只要主板的芯片组符合CPU的功能即可更新速度更快的CPU。 Klamath CPU 什么是Klamath， Klamath在地理上是美国境内的一条河名，在PC电脑上它有许多名称，有人叫它P6C，有人叫它Pentium Pro MMX，也有人叫它为686多媒体指令集CPU，它的名字琳琅满目，不过大部分的人都称它为Pentium II，因为Pentium和Pentium Pro已经是586和686的代名词。不管如何称呼，它是当今Intel CPU中第六代最新的型号，它结合了Pentium Pro CPU与MMX（多媒体扩展指令）技术，是目前Intel公司最高性能的CPU,它有下列几种不同的特点： ◎它是扩展插卡-盒式的设计， CPU与L2高速缓存一起封入盒内，插在名叫Slot 1的扩展槽上。 ◎Pentium II盒式CPU共包含CPU＋一颗高速缓存控制芯片＋四颗高速缓存芯片。 ◎高速的处理速度，目前提供6种型号，Pentium II-233、Pentium II-266、PentiumII-300、Pentium II-333，Pentium II-350和Pentium II-400。 ◎提供一般的整数运算、图形影像多媒体运算、立体绘图浮点运算，为新一代的可 视计算中心。 ◎应用于中小企业、电脑服务器/工作站、机关学校和家庭，适用于电子商务、图形影像、教育娱乐等数据的传递。 ◎采用创新的双独立总线（DIB，Dual Independent Bus）结构，加快了高速缓存与CPU之间的数据传送。 ◎CPU内部的Ll高速缓存增加为64KB（32KB指令/32KB数据）。 ◎CPU外部卡盒内的L2高速缓存增加为256KB或512KB。 ◎Pentium II的Slot 1卡槽共有242支脚，卡上有很大的散热片或风扇。 MMX MMX是英立Multi-media Extension的缩写，中文为多媒体扩展指令集CPU。这些指令桌能够加速处理有关图形、影像、声音等的应用，MMX Pentium CPU加强了Pentium CPU在多媒体处理功能的不足，它可以利用其内建的多媒体指令来模拟3D绘图的处理、 MPEG的压缩／解压缩。立体声的音效等，只要是软件支持MMX CPU，即可以取代这些硬件的接口而达到多媒体的功效。 MMX Pentium CPU的接脚与Pentium CPU相同，但是其内部的结构和CPU使用的电压不同，内部除了提供MMX多媒体的电路，其使用的电压必须为2.8V与3．3V的两组电压，故主板的一些芯片组和BIOS，也必需配合支持MMX的功自，才能把电脑升级使之发挥MMX的功效。

1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。

不久， 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。

在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。 半导体的这四个效应，(jianxia霍尔效应的余绩——四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢？主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清楚。

半导体于室温时电导率约在10ˉ10～10000/Ω·cm之间，纯净的半导体温度升高时电导率按指数上升。半导体材料有很多种，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。除上述晶态半导体外，还有非晶态的有机物半导体等和本征半导体。

1982年，江苏无锡的江南无线电器材厂（742厂）IC生产线建成验收投产，这是一条从日本东芝公司全面引进彩色和黑白电视机集成电路生产线，不仅拥有部封装，而且有3英寸全新工艺设备的芯片制造线，不但引进了设备和净化厂房及动力设备等“硬件”，而且还引进了制造工艺技术“软件”。这是中国第一次从国外引进集成电路技术。第一期742厂共投资2.7亿元（6600万美元），建设目标是月投10000片3英寸硅片的生产能力，年产2648万块IC成品，产品为双极型消费类线性电路，包括电视机电路和音响电路。到1984年达产，产量达到3000万块，成为中国技术先进、规模最大，具有工业化大生产的专业化工厂。 1982年10月，国务院为了加强全国计算机和大规模集成电路的领导，成立了以万里副总理为组长的“电子计算机和大规模集成电路领导小组”，制定了中国IC发展规划，提出“六五”期间要对半导体工业进行技术改造。 1983年，针对当时多头引进，重复布点的情况，国务院大规模集成电路领导小组提出“治散治乱”，集成电路要“建立南北两个基地和一个点”的发展战略，南方基地主要指上海、江苏和浙江，北方基地主要指北京、天津和沈阳，一个点指西安，主要为航天配套。

1986年，电子部厦门集成电路发展战略研讨会，提出“七五”期间我国集成电路技术“531”发展战略，即普及推广5微米技术，开发3微米技术，进行1微米技术科技攻关。 1988年，871厂绍兴分厂，改名为华越微电子有限公司。 1988年9月，上无十四厂在技术引进项目，建了新厂房的基础上，成立了中外合资公司――上海贝岭微电子制造有限公司。 1988年，在上海元件五厂、上无七厂和上无十九厂联合搞技术引进项目的基础上，组建成中外合资公司――上海飞利浦半导体公司（现在的上海先进）。 1989年2月，机电部在无锡召开“八五”集成电路发展战略研讨会，提出了“加快基地建设，形成规模生产，注重发展专用电路，加强科研和支持条件，振兴集成电路产业”的发展战略。 1989年8月8日，742厂和永川半导体研究所无锡分所合并成立了中国华晶电子集团公司。

1990年10月，国家计委和机电部在北京联合召开了有关领导和专家参加的座谈会，并向党中央进行了汇报，决定实施九O八工程。 1991年，首都钢铁公司和日本NEC公司成立中外合资公司――首钢NEC电子有限公司。 1995年，电子部提出“九五”集成电路发展战略：以市场为导向，以CAD为突破口，产学研用相结合，以我为主，开展国际合作，强化投资，加强重点工程和技术创新能力的建设，促进集成电路产业进入良性循环。 1995年10月，电子部和国家外专局在北京联合召开国内外专家座谈会，献计献策，加速我国集成电路产业发展。11月，电子部向国务院做了专题汇报，确定实施九0九工程。 1997年7月17日，由上海华虹集团与日本NEC公司合资组建的上海华虹NEC电子有限公司组建，总投资为12亿美元，注册资金7亿美元，华虹NEC主要承担“九0九”工程超大规模集成电路芯片生产线项目建设。 1998年1月，华晶与上华合作生产MOS圆片合约签定，有效期四年，华晶芯片生产线开始承接上华公司来料加工业务。 1998年1月18日，“九0八” 主体工程华晶项目通过对外合同验收，这条从朗讯科技公司引进的0.9微米的生产线已经具备了月投6000片6英寸圆片的生产能力。 1998年1月，中国华大集成电路设计中心向国内外用户推出了熊猫2000系统，这是我国自主开发的一套EDA系统，可以满足亚微米和深亚微米工艺需要，可处理规模达百万门级，支持高层次设计。 1998年2月，韶光与群立在长沙签订LSI合资项目，投资额达2.4亿元，合资建设大规模集成电路（LSI）微封装，将形成封装、测试集成电路5200万块的生产能力。 1998年2月28日，我国第一条8英寸硅单晶抛光片生产线建成投产，这个项目是在北京有色金属研究总院半导体材料国家工程研究中心进行的。 1998年3月16日，北京华虹集成电路设计有限责任公司与日本NEC株式会社在北京长城-饭店举行北京华虹NEC集成电路设计公司合资合同签字仪式，新成立的合资公司其设计能力为每年约200个集成电路品种，并为华虹NEC生产线每年提供8英寸硅片两万片的加工订单。 1998年4月，集成电路“九0八”工程九个产品设计开发中心项目验收授牌，这九个设计中心为信息产业部电子第十五研究所、信息产业部电子第五下四研究所、上海集成电路设计公司、深圳先科设计中心、杭州东方设计中心、广东专用电路设计中心、兵器第二一四研究所、北京机械工业自动化研究所和航天工业771研究所。这些设计中心是与华晶六英寸生产线项目配套建设的。 1998年6月，上海华虹NEC九0九二期工程启动。 1998年6月12日，深港超大规模集成电路项目一期工程――后工序生产线及设计中心在深圳赛意法微电子有限公司正式投产，其集成电路封装测试的年生产能力由原设计的3.18亿块提高到目前的7.3亿块，并将扩展的10亿块的水平。 1998年10月，华越集成电路引进的日本富士通设备和技术的生产线开始验收试制投 片，-该生产线以双极工艺为主、兼顾Bi-CMOS工艺、2微米技术水平、年投5英寸硅片15万片、年产各类集成电路芯片1亿只能力的前道工序生产线及动力配套系统。 1998年3月，由西安交通大学开元集团微电子科技有限公司自行设计开发的我国第一个-CMOS微型彩色摄像芯片开发成功，我国视觉芯片设计开发工作取得的一项可喜的成绩。 1999年2月23日，上海华虹NEC电子有限公司建成试投片，工艺技术档次从计划中的0.5微米提升到了0.35微米，主导产品64M同步动态存储器（S－DRAM）。这条生产线的建-成投产标志着我国从此有了自己的深亚微米超大规模集成电路芯片生产线。

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