时间: 2024-06-29 00:34:38 | 作者: 驱动器
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前言：上篇简述了188年前，在长达114年的时间里，科学家开始慢慢地发现、认识和研究了半导体，也简述了电子管、晶体管、集成电路、以光刻为核心的硅平面加工技术、CMOS电路、非挥发存储器、单管DRAM等重大发明。在晶体管发明后的20多年里，这些发明为芯片技术加快速度进行发展打下了基础，为芯片技术沿着摩尔定律前行铺平了道路。此文为中篇，介绍从1970年开始，芯片技术日新月异的发展历史。
1971年，美国Intel公司推出全球第一个微处理器4004芯片。它是一个4位的中央处理器(CPU)芯片,采用MOS工艺制造，片上集成了2250个晶体管。这是芯片技术发展史上的一个里程碑。同年，Intel公司推出1kb动态随机存储器(DRAM)，标志着大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits，LSI)出现。
1974年，美国RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802芯片。它是一个8位的CPU芯片,首次采用了CMOS电路结构，处理器的耗电量要小很多。RCA 1802是第一款应用在航天领域的微处理器，例如，Viking、Galileo和 Voyager等航天项目都应用了该芯片。
1978年，Intel发布了新款16位微处理器8086，x86世代王朝创立。Intel 8086上集成了约4万个晶体管，采用 HMOS工艺制造，+5V电源，时钟频率为4.77MHz～10MHz，外部数据总线位，地址总线推出不久，Intel还发布了其变化版本8088。Intel 8086开创了x86架构计算机时代。x86架构是一种不断扩充和完善的CPU指令集，也是一种CPU芯片内部架构，同时也是一种个人计算机(PC)的行业标准。
也是在1978年，64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了多达15万个晶体管，线微米。标志着芯片技术进入了超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuits，VLSI)时代。
以x86命名的桌面计算机的时代。Intel公司基本上每3～4年推出一款创新的微处理器。早期以8086、80186、80286、80386、80486为代表，Intel CPU芯片基本主导了台式计算机和笔记本电脑的天下，PC型号大多数以CPU的名称来命名，例如286、386、486等。Intel CPU代表全球最先进芯片技术，也引领了芯片前沿技术的发展方向。
从IBM PC机开始，PC真正走进了人们的工作和生活，它标志着计算机应用普及时代的开始，也标志着PC消费驱动芯片技术创新和产业高质量发展的时代开启。也是在1981年，256kb DRAM和64kb CMOS SRAM问世。
1985年，微软公司推出Windows操作系统。早期的Windows1.X、2.X和3.X可以说是MS-DOS的图形界面外壳软件。1995年，微软公司推出Windows 95后，逐步以Windows取代了之前15年采用的MS-DOS底层系统。后来，微软公司与Intel公司强强联合，形成所谓的Wintel计算机架构，大大促进桌面计算机普及，全球网络化、信息化也大力促进了芯片产业的发展。也是在1985年，Intel推出80386微处理器(图28)。
1988年，Intel看到闪存(Flash)的巨大潜力，推出了首款商用闪存芯片，成功取代了EPROM产品，大多数都用在存储计算机软件。也是在1988年，16M DRAM问世，1平方厘米大小的硅片上可集成约3500万个晶体管，标志着芯片技术进入了特大规模集成电路(Ultra LargeScale Integrated circuits，ULSI)阶段。
1993年，Intel推出奔腾CPU芯片，计算机的“奔腾”时代到来。在Intel 80486推出四年之后，人们预测80586 CPU即将推出。但Intel公司1993年向用户展示的是新的CPU系列，命名为奔腾(Pentium)。奔腾CPU每个时钟周期可以执行两条指令，在相同时钟速度下，奔腾CPU执行指令的速度大约比80486快五倍。
奔腾CPU经过四代升级后，Intel推出了新系列的奔腾CPU。1997年Intel开始推出奔腾Ⅱ系列CPU芯片；1999年Intel开始推出奔腾Ⅲ系列CPU芯片；2000年Intel开始推出奔腾Ⅳ系列CPU芯片。每种奔腾产品都有几代的升级版本或者特色款式。
1997年，IBM公司开发出芯片铜互联技术。当时的铝互连工艺对180nmCMOS而言已不够快。IBM最初的研究，铜的电阻比铝低40%，导致处理器速度暴增15%以上，铜的可靠性更是比铝高100倍。在1998年生产出第一批PowerPC芯片时，与上一代300MHz的PowerPC芯片相比，铜互连版本速度提高了33%。也是在1997年，Intel开始推出奔腾Ⅱ系列CPU芯片(图32)。
1999年，胡正明教授开发出了鳍式场效晶体管(FinFET)技术。他被誉为是3D晶体管之父。当晶体管的尺寸小于25nm时，传统的平面晶体管尺寸已经没办法缩小，FinFET的出现将晶体管立体化，晶体管密度才能进一步加大，让摩尔定律在今天延续传奇。
这项发明被公认是50多年来半导体技术的重大创新。FinFET是现代纳米电子半导体器件制造的基础，现在7nm芯片使用的就是FinFET设计。2016年5月19日，美国总统奥巴马在白宫为2015年度美国最高科技奖项获得者颁奖，这中间还包括FinFET的发明者胡正明教授。胡教授还获得了2020年IEEE最高荣誉奖章。也是在1999年，Intel开始推出奔腾Ⅲ系列CPU芯片(图32)。
Intel酷睿CPU时代来临，多核心CPU登上历史舞台。“奔腾”处理器时代长达12年，之后的2006年1月，Intel推出了命名为“酷睿”(Core)的微处理器芯片，开始时Core CPU大多数都用在移动计算机，上市不久即被Core2系列取代，后续推出了Core i3、Core i5、Core i7和Corei9等多核心CPU系列。
2007年，苹果公司推出iPhone手机，树立了智能手机的样板。从此之后，智能手机都以平板+触屏的面貌出现。它促进了移动智能终端(包括智能电话、平板电脑等)的普及，对移动互联网产业高质量发展起到重要的推动作用。之后，移动互联网逐步替代桌面互联网，成为了驱动芯片产业高质量发展的主要力量。
2010年，采用领先的32nm工艺Intel酷睿i系列全新推出，这中间还包括Corei3系列(2核心)、Core i5系列(2核心、4核心)、Core i7系列(2核心、4核心和6核心)、Core i9(最多12核心)系列等，下一代22nm工艺的版本也陆续推出。
2011年，Intel推出了商业化的FinFET工艺，用在了其22nm的工艺节点。
桌面电脑CPU芯片二哥，AMD公司神一样地存在着。AMD公司立于1969年，AMD从血缘来讲应该是Intel的族弟，在50多年的发展中，他与Intel很好地比肩而行。Intel作为全球CPU芯片老大，偶尔欺负一下老二AMD也鲜有成功，更不敢有灭掉族弟的念头。客观上AMD的存在让Intel没有了行业垄断之嫌，这是Intel最看重的。
两家公司沿着x86路线同向而行，在技术努力创新，互相借鉴，对芯片技术发的发展做出了贡献。Intel和AMD的芯片发展历史可以用他们的桌面CPU天梯图简要表达。
敬请期待芯论语的图说芯片技术60多年的发展史（下篇），主要介绍移动网络成为驱动芯片产业的有生力量；后摩尔时代，芯片技术创新和产业变革加快。
后记：1970～2010年的40年间，芯片产业链全球化分工协作良好，芯片技术发展快速。CPU、PC机、大规模存储器的发明，拉开了全球计算机化与信息化大幕，Wintel计算机架构形成，桌面互联网成为了拉动芯片技术进步和产业高质量发展的主力。Intel CPU成为芯片技术进步的旗帜，先后经历了x86 CPU的升级，奔腾CPU的迭代，目前是酷睿CPU技术的不停地改进革新。与Intel CPU比肩发展的AMD CPU也是神一样的存在，对芯片技术发展也起到了推动作用。摩尔定律预言的芯片发展规律在这期间很好地被验证。
1.蔺晓峰，风风雨雨38年 英特尔桌面处理器发展史，中关村在线：，2006.11.14
7.QbitAl，3D晶体管之父胡正明获IEEE最高荣誉，他是台积电前CTO，为摩尔定律续命十几年...，CSDN博客：，2020.3.9
11.爱活网，酷睿i9-10900K处理器首测：游戏之巅不胜寒，看点快报：，2020.5.20