71年前的今年，被譽(yù)為“21世紀(jì)最偉大發(fā)明”的晶體管誕生，這項(xiàng)發(fā)明涉及科學(xué)和技術(shù)、團(tuán)體和社會(huì)之間的微妙關(guān)系。一起來(lái)回顧改變了計(jì)算乃至數(shù)字世界的偉大芯片，并講述它們背后的人和故事。

1947年12月23日，第一個(gè)基于鍺半導(dǎo)體的具有放大功能的點(diǎn)接觸式晶體管面世，標(biāo)志著現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的誕生和信息時(shí)代正式開啟。

點(diǎn)接觸式晶體管：把間距為50 μm的兩個(gè)金電極壓在鍺半導(dǎo)體上，微小的電信號(hào)由一個(gè)金電極 (發(fā)射極) 進(jìn)入鍺半導(dǎo)體 (基極) 并被顯著放大，然后通過(guò)另一個(gè)金電極 (集電極) 輸出，這個(gè)器件在1kHz的增益為4.5。來(lái)源：貝爾實(shí)驗(yàn)室

在晶體管誕生之前，放大電信號(hào)主要是通過(guò)電子管 (真空三極管)，但由于制作困難、體積大、耗能高且使用壽命短，人們一直希望能夠用固態(tài)器件來(lái)替換它。

1945 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室開始對(duì)包括硅和鍺在內(nèi)的幾種新材料進(jìn)行研究，探索其潛在應(yīng)用前景。一個(gè)專門的“半導(dǎo)體小組”成立了，威廉·肖克利 (William Shockley) 擔(dān)任組長(zhǎng)，成員包括約翰·巴丁 (John Bardeen) 和沃爾特·布拉頓 (Walter Brattain)。

在經(jīng)過(guò)多次失敗之后，他們終于在71年前的今天，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)半導(dǎo)體晶體管，也就是上文所述的基于鍺半導(dǎo)體的具有放大功能的點(diǎn)接觸式晶體管。肖克利、巴丁和布拉頓也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

巴丁 (左)、布拉頓 (右) 和肖克利因?yàn)榫w管的發(fā)明，共同獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

從實(shí)用的角度看，點(diǎn)接觸式晶體管的產(chǎn)量非常有限，不能算是商業(yè)上的成功；但它的發(fā)明意義重大，巴丁、布拉頓和肖克利也因此獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

晶體管被譽(yù)為“20世紀(jì)最偉大的發(fā)明”，它的出現(xiàn)為集成電路、微處理器以及計(jì)算機(jī)內(nèi)存的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)五六十年代，肖克利在推動(dòng)晶體管商業(yè)化的同時(shí)，造就了如今加州電子工業(yè)密布的硅谷地區(qū)。晶體管發(fā)明的歷史非常復(fù)雜，牽扯到科學(xué)和技術(shù)、團(tuán)體和社會(huì)之間的微妙關(guān)系。

現(xiàn)如今，從播放音樂(lè)、合成語(yǔ)音、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)碼攝影、GPS定位到傳輸和處理互聯(lián)網(wǎng)上的海量數(shù)據(jù)，我們的日常生活中芯片已經(jīng)成為不可或缺的產(chǎn)品。

這其中，有一些芯片直接或間接地為改變世界的一些產(chǎn)品賦能，影響了整個(gè)計(jì)算世界。

就在晶體管誕生71周年的今天，讓我們一起來(lái)回顧這些偉大的芯片，并講述它們背后的人和故事。以下內(nèi)容來(lái)自 IEEE Spectrum 2018年最新的“芯片名人堂” (Chip Hall of Fame)。

仙童半導(dǎo)體 μA741 運(yùn)算放大器（1968）

Fairchild Semiconductor μA741 Op-Amp

該芯片成為了模擬放大器集成電路事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。該芯片目前仍在生產(chǎn)，在電子產(chǎn)品中隨處可見。

• 制造商：仙童半導(dǎo)體
• 類別：放大器 & 音頻
• 年代：1968

運(yùn)算放大器就像模擬設(shè)計(jì)界的切片面包。你可以用它們夾上任何東西，并且都能得到滿意的結(jié)果。設(shè)計(jì)者使用它們來(lái)制作音頻或視頻的前置放大器，電壓比較器，精密整流器，以及其他許多日常電子系統(tǒng)中重要的子系統(tǒng)。

1963年，26歲的工程師 Robert Widlar 在仙童半導(dǎo)體公司（Fairchild Semiconductor）設(shè)計(jì)了第一個(gè)單塊集成運(yùn)算放大器電路，即 μA702。當(dāng)時(shí)它的售價(jià)是300美元。Widlar 隨后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出 μA709，并獲得了巨大的商業(yè)成功。據(jù)說(shuō)，Widlar 因此要求加薪，但沒(méi)有得到滿足，于是離開了仙童半導(dǎo)體。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（現(xiàn)在是德州儀器的一部分）如獲至寶，迅速挖來(lái)了 Widlar。Widlar 后來(lái)幫助國(guó)家半導(dǎo)體建立了模擬IC設(shè)計(jì)部門。1967年，Widlar 為國(guó)家半導(dǎo)體公司研發(fā)出一個(gè)更好的運(yùn)算放大器，即 LM101，其中一個(gè)版本（LM101A-N ）現(xiàn)在仍在生產(chǎn)。

雖然仙童半導(dǎo)體的領(lǐng)導(dǎo)們對(duì) Widlar 突然發(fā)起的競(jìng)爭(zhēng)感到焦頭爛額，但在仙童的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，新加入的 David Fullagar 對(duì) LM101 進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)這款芯片的設(shè)計(jì)雖然非常巧妙，但還是存在一些缺陷。其中最大的缺陷是，由于半導(dǎo)體質(zhì)量的變化，有些芯片在IC的輸入級(jí)，即所謂的前段，對(duì)噪聲過(guò)于敏感。

Fullagar 于是開始了自己的設(shè)計(jì)。前端問(wèn)題的解決方案非常簡(jiǎn)單，F(xiàn)ullagar 為芯片增加了一對(duì)額外的晶體管。額外的電路使得放大更加平滑。

Fullagar 將他的設(shè)計(jì)交給仙童研發(fā)部門的老大，一位名叫戈登·摩爾 (Gordon Moore) 的人。摩爾將他的設(shè)計(jì)交給公司的商業(yè)部門。這枚新的芯片被命名為 μA741，后來(lái)成為運(yùn)算放大器的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè) IC，以及后來(lái)仙童半導(dǎo)體的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所創(chuàng)造的各種翻版型號(hào)，已經(jīng)賣出數(shù)百萬(wàn)個(gè)。

當(dāng)時(shí)初版的μA702價(jià)格是300美元，現(xiàn)在300美元大約可以買2000枚μA741芯片。

Intersil ICL8038 波形發(fā)生器（1983）

Intersil ICL8038 Waveform Generator

Intersil的ICL8038波形發(fā)生器為消費(fèi)電子產(chǎn)品帶來(lái)了復(fù)雜的聲音

• 制造商： Intersil（英特矽爾）
• 類別： 放大器 & 音頻
• 年代： 大約 1983

一個(gè)好的基本波形——隨時(shí)間變化的電壓——是構(gòu)建更復(fù)雜行為的原材料。Intersil的ICL8038 集成電路的設(shè)計(jì)是為了方便地獲得精確的波形，能夠同時(shí)產(chǎn)生正弦波、矩形波和鋸齒波等周期信號(hào)，只需要很少的外部元件。

最初，ICL8038 被嘲笑性能有限，而且具有表現(xiàn)不穩(wěn)定的傾向。確實(shí)，這個(gè)芯片有點(diǎn)不可靠。但共生是們很快學(xué)會(huì)了如何可靠地使用它，然后8038取得了重大的成功，最終銷售了數(shù)百萬(wàn)個(gè)，并被用在無(wú)數(shù)應(yīng)用程序中——包括“電話飛克”（phreaker）們?cè)?0世紀(jì)80年代使用的“藍(lán)盒子”（blue boxes）。

Intersil 公司在2002年停產(chǎn)了8083，但愛(ài)好者們至今仍在收集 ICL8038，用來(lái)自制函數(shù)發(fā)生器和模塊化模擬合成器。

微開半導(dǎo)體MAS3507 MP3解碼器（1997）

Micronas Semiconductor MAS3507 MP3 Decoder

這個(gè)芯片開啟了數(shù)字音樂(lè)革命

• 制造商： 微開（Micronas）半導(dǎo)體
• 類別： 放大器 & 音頻
• 年代： 1997

在 iPod 出現(xiàn)之前，是Diamond Rio PMP300。PMP300于1998年推出，幾乎立刻就火了，不過(guò)這一熱潮很快就消減了。不過(guò)，這個(gè)播放器有一件事很重要，就是它支持 MAS3507 MP3解碼芯片——一個(gè)基于RISC的數(shù)字信號(hào)處理器，具有為音頻壓縮和解壓縮優(yōu)化的指令集。

它的開發(fā)者是Micronas（現(xiàn)在是TDK-Micronas），它讓Rio能夠?qū)⑹嗍赘枨鷫嚎s到其閃存中。對(duì)于今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)可能有點(diǎn)可笑，但在當(dāng)時(shí)相比便攜式CD播放器已經(jīng)足夠有競(jìng)爭(zhēng)力了。Rio以及它的后續(xù)產(chǎn)品為iPod鋪平了道路，現(xiàn)在你已經(jīng)能夠在口袋里裝上數(shù)千首歌曲。

Micronas

正如這個(gè) Micronas 的設(shè)計(jì)文件所顯示的，MAS3507是只為做好一件事設(shè)計(jì)的，即只能很好地解碼 MPEG Audio Layer III（即MP3）數(shù)據(jù)。

德州儀器TMC0281語(yǔ)音合成器（1978）

Texas Instruments TMC0281 Speech Synthesizer

這是世界上第一款語(yǔ)音合成芯片

• 制造商： 德州儀器
• 類別： 放大器 & 音頻
• 年代： 1978

如果沒(méi)有TMC0281，E.T.可能永遠(yuǎn)沒(méi)辦法“打電話回家”。因?yàn)?TMC0281 是世界上第一款單芯片語(yǔ)音合成器，是德州儀器的 Speak＆Spell 學(xué)習(xí)玩具的“心臟”（或者應(yīng)該說(shuō)是“嘴巴”）？ 在1982年的《E.T.外星人》電影中，外星人E.T.黑進(jìn)玩具中，搭建了一個(gè)星際通訊設(shè)備。

今天，我們已經(jīng)越來(lái)越習(xí)慣與消費(fèi)電子產(chǎn)品交談；TMC0281 是無(wú)處不在的合成語(yǔ)音世界的第一步。

外星人E.T.抱著一臺(tái)Speak＆Spell玩具

TMC0281于1978年發(fā)布，使用被稱為線性預(yù)測(cè)編碼（linear predictive coding，LPC）的技術(shù)產(chǎn)生語(yǔ)音，所產(chǎn)生的聲音是一些嗡嗡聲、嘶嘶聲和爆裂聲的組合。對(duì)于“產(chǎn)生語(yǔ)音”這件被認(rèn)為是“不可能在集成電路中實(shí)現(xiàn)的”的事情，這是一個(gè)令人驚訝的解決方案。

TMC0281的變體型號(hào)被用于雅達(dá)利的街機(jī)游戲和克萊斯勒的K型車。2001年，德州儀器將它的語(yǔ)音合成芯片生產(chǎn)線賣給Sensory公司，Sensory在2007年底停產(chǎn)這個(gè)芯片。不過(guò)，在eBay上花50美元左右可以買到品相非常不錯(cuò)的 Speak＆Spell 玩具。

Tripath Technology 的 TA2020 音頻放大器（1998）

Tripath Technology TA2020 Audio Amplifier

這是一個(gè)固態(tài)、大功率的放大器，為便宜的設(shè)備帶來(lái)大音量

• 制造商： Tripath Technology
• 類別： Amplifiers and Audio
• 年代： 1998

有些音響發(fā)燒友堅(jiān)持認(rèn)為真空管放大器能產(chǎn)生最好的聲音，而且永遠(yuǎn)是這樣。因此，當(dāng)音頻界出現(xiàn)一些聲音，稱一個(gè)完全依賴半導(dǎo)體的放大器發(fā)出的聲音就像真空管放大器一樣圓潤(rùn)而且充滿活力時(shí)，引起了很大的反響。

這個(gè)放大器是由硅谷的一家公司Tripath Technology設(shè)計(jì)的D類放大器。D類放大器的工作原理是不直接放大輸入的模擬音頻信號(hào)，而是先將模擬音頻轉(zhuǎn)換為可用于開啟或關(guān)閉功率晶體管的數(shù)字脈沖串。所得到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成具有較高振幅的模擬信號(hào)。

Tripath的訣竅是使用一個(gè)50兆赫茲的采樣系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)放大器。該公司表示，TA2020的性能更好，而且成本遠(yuǎn)低于任何類似的固態(tài)放大器。為了在交易展覽上展示這款芯片，他們特意播放了電影《泰坦尼克號(hào)》的那首著名主題曲。

像大多數(shù)D類放大器一樣，TA2020的能效非常高; 它不需要散熱器，并且可以使用緊湊的封裝。Tripath的低端，15瓦型號(hào)的TA2020售價(jià)為3美元，用于內(nèi)置揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)。索尼，夏普，東芝等的家庭影院，高端音響系統(tǒng)以及電視機(jī)都采用其他型號(hào)——最強(qiáng)大的擁有1000W的輸出。

后來(lái)，其他大型半導(dǎo)體公司迎頭趕上，創(chuàng)造出類似的芯片，Tripath 漸漸被人遺忘。現(xiàn)在Sure Electronics和Audiophonics等公司仍提供基于TA2020及其姐妹芯片的音頻放大器套件和產(chǎn)品。

Amati通信公司的Overture ADSL芯片組（1994）

Amati Communications Overture ADSL Chip Set

這款通信芯片開啟了寬帶上網(wǎng)時(shí)代

• 制造商： Amati Communications
• 類別： Interfacing
• 年代： 1994

還記得ADL（數(shù)字用戶線路）出現(xiàn)時(shí)，你將可憐的每秒56.6k的調(diào)制調(diào)解器扔進(jìn)垃圾桶的場(chǎng)景嗎？好吧，幾年之后，隨著專用的基于光纖的寬帶網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，你又將ADL調(diào)制調(diào)解器扔進(jìn)了垃圾桶。但對(duì)于許多消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，DSL是高速互聯(lián)網(wǎng)所能做的第一個(gè)嘗試，尤其是作為音樂(lè)和電影的分發(fā)系統(tǒng)。這是一個(gè)偉大的過(guò)渡技術(shù)：只要用戶距離交換機(jī)不是很遠(yuǎn)，DSL都能將現(xiàn)有的常規(guī)音頻電話線轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚贁?shù)字連接。

這個(gè)寬帶革命的中心是從斯坦福大學(xué)出來(lái)的創(chuàng)業(yè)公司 Amati Communications。20世紀(jì)90年代，該公司提出一種稱為離散多音（DMT）的DSL調(diào)制方法。該方法基本上是使一條電話線看起來(lái)像數(shù)百個(gè)子信道，并使用反向羅賓漢策略改進(jìn)傳輸?shù)姆绞健?/span>

John M. Cioffi 是 Amati的共同創(chuàng)始人，現(xiàn)在是斯坦福大學(xué)工程教授，他說(shuō)：“比特被從最貧乏的信道搶走，然后被給到最富有的信道。” DMT打敗了它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，包括AT＆T等巨頭，成為DSL的全球標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)90年代中期，Amati的DSL芯片組（一個(gè)模擬，兩個(gè)數(shù)字）售出了少量，但到2000年，每年的銷量已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)組。在 21世紀(jì)初，年銷售量突破了1億組。德州儀器在1997年收購(gòu)了Amati。

西部數(shù)據(jù)的 WD1402A UART（1971）

Western Digital WD1402A UART

將處理器從低級(jí)的通訊任務(wù)中解放出來(lái)

• 制造商： 西部數(shù)據(jù)
• 類別： Interfacing
• 年代： 1971

戈登·貝爾（Gordon Bell）以在20世紀(jì)60年代在迪吉多公司（DEC）推出PDP系列小型計(jì)算機(jī)而聞名。這迎來(lái)了網(wǎng)絡(luò)和交互式計(jì)算機(jī)的時(shí)代，在20世紀(jì)70年代隨著個(gè)人電腦的出現(xiàn)而達(dá)到全盛。雖然小型計(jì)算機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入歷史教科書，但貝爾還發(fā)明了一些雖然相對(duì)不那么知名但絕非不重要的技術(shù)，而且這些技術(shù)現(xiàn)在仍在世界各地被采用：通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），簡(jiǎn)稱UART。

UART用于讓兩個(gè)數(shù)字設(shè)備通過(guò)串行接口一次發(fā)送一個(gè)比特進(jìn)行通信，而不會(huì)使設(shè)備的主處理器與細(xì)節(jié)干擾。

今天，我們可以使用更復(fù)雜的串行設(shè)置，例如無(wú)處不在的USB標(biāo)準(zhǔn)。但很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，在諸如將調(diào)制調(diào)解器連接到PC之類的使用中，UART都是統(tǒng)治性的方式。即便現(xiàn)在，簡(jiǎn)單的UART仍然有它的地位，尤其是作為與很多現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接的終極方式。

UART的發(fā)明是由于貝爾自己需要將一個(gè)電傳打印機(jī)（Teletype）連接到一個(gè)PDP-1，需要將并行信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)。貝爾于是設(shè)計(jì)了一個(gè)使用大約50個(gè)獨(dú)立部件的電路。這個(gè)想法被證明是受歡迎的。當(dāng)時(shí)西部數(shù)據(jù)公司（Western Digital）是一家制造計(jì)算機(jī)芯片的小公司，它設(shè)計(jì)了單芯片版的UART。

西部數(shù)據(jù)的創(chuàng)始人 Al Phillips 仍記得當(dāng)時(shí)公司的工程副總裁向他展示準(zhǔn)備制作的 Rubylith 的設(shè)計(jì)圖時(shí)的場(chǎng)景。他說(shuō)：“我看了一會(huì)兒，發(fā)現(xiàn)一個(gè)斷開的電路，副總裁都快抓狂了。”西部數(shù)據(jù)在1971年左右發(fā)布WD1402A，其他版本也在隨后陸續(xù)發(fā)布。

IBM深藍(lán)2國(guó)際象棋芯片（1997）

IBM Deep Blue 2 Chess Chip

深藍(lán)的邏輯芯片為AI對(duì)人類的第一次重大勝利賦能

• 制造商： IBM
• 類別：邏輯（Logic）
• 年代： 1997

1997年，當(dāng)IBM的國(guó)際象棋計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”（Deep Blue）擊敗世界冠軍 Garry Kasparov 時(shí)，人類終于在計(jì)算機(jī)面前敗下陣來(lái)。深藍(lán)的每個(gè)芯片包含150萬(wàn)個(gè)晶體管，這些晶體管集成在專門的塊中，例如一個(gè)走子生成器（move-generator）的邏輯陣列，以及一些RAM和ROM。這些芯片一起的運(yùn)算速度是每秒2億步棋。深藍(lán)的策劃者許峰雄（Feng-hsiung Hsu），現(xiàn)在是微軟亞洲研究院高級(jí)研究院，他回憶說(shuō)，這些走子“給對(duì)手施加了非常大的心理壓力”。

自深藍(lán)勝利以來(lái)，人工智能在越來(lái)越多原本是人類智能占上風(fēng)的游戲上擊敗了人類，例如谷歌的AlphaGo分別在2016年和2017年擊敗了圍棋世界冠軍李世乭和柯潔。

Signetics NE555（1971）

Signetics NE555

這款默默無(wú)名的芯片成為無(wú)數(shù)電路的瑞士軍刀

• 制造商：西格尼蒂克（Signetics）
• 類別：邏輯
• 年代：1971

那是在1970年的夏天。芯片設(shè)計(jì)師Hans Camenzind當(dāng)時(shí)是硅谷半導(dǎo)體公司西格尼蒂克（Signetics）的顧問(wèn)。當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)下滑，他每年收入不足15000美元，而家里有賦閑的妻子和四個(gè)孩子。他真的迫切需要發(fā)明一些好賣的東西。

他真的做到了。而且，他的這一發(fā)明可以說(shuō)是史上最偉大的芯片之一。555定時(shí)器是一款易于使用的集成電路芯片，常被用于定時(shí)器和振蕩電路。由于其易用性、低廉的價(jià)格和良好的可靠性，這款芯片時(shí)至今日仍被廣泛應(yīng)用于廚房電器、玩具、宇宙飛船等數(shù)千種電子電路的設(shè)計(jì)中。

“它險(xiǎn)些沒(méi)能面世。”幾年前 Camenzind 在接受 IEEE Spectrum 訪問(wèn)時(shí)回憶道。Camenzind于2012年去世。

萌發(fā)555的點(diǎn)子時(shí)，Camenzind正在設(shè)計(jì)被稱為“鎖相環(huán)路”（ phase-locked loop）的電路。只要對(duì)做一些修改，這個(gè)電路就能變成一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器：觸發(fā)它后它能運(yùn)行特定的一段時(shí)間。這聽起來(lái)很簡(jiǎn)單，當(dāng)時(shí)還沒(méi)有類似這樣的東西。

最初，Signetics的工程部門反對(duì)這個(gè)想法。當(dāng)時(shí)公司已經(jīng)有可以組裝成定時(shí)器的組件銷售。555的命運(yùn)險(xiǎn)些就這樣結(jié)束了。但Camenzind堅(jiān)持他的idea。他去找Signetics的市場(chǎng)經(jīng)理 Art Fury。幸運(yùn)的是，F(xiàn)ury很喜歡這個(gè)idea。

Camenzind花了將近一年的時(shí)間測(cè)試模擬板原型，在紙上繪制電路元件，裁剪紅片覆蓋膜。Camenzind回憶說(shuō)：“這一切都是手工完成的，沒(méi)有使用電腦。”最終的設(shè)計(jì)有23個(gè)晶體管，16個(gè)電阻器和2個(gè)二極管。

555定時(shí)器在1971年投入市場(chǎng)，引起了轟動(dòng)。1975年，Signetics被飛利浦半導(dǎo)體公司（現(xiàn)在的恩智浦半導(dǎo)體）收購(gòu)，據(jù)該公司說(shuō)，555的銷量已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億枚。今天的工程師們?nèi)匀皇褂?55設(shè)計(jì)一些有用的電子模塊，或一些沒(méi)什么用處的小東西，例如“霹靂游俠”的戰(zhàn)車前燈。

賽靈思 XC2064 FPGA（1985）

Xilinx XC2064 FPGA

事實(shí)已經(jīng)證明，可編程芯片擁有巨大的價(jià)值

• 制造商：賽靈思（Xilinx）
• 類別： Logic
• 年代： 1985

早在20世紀(jì)80年代初，芯片設(shè)計(jì)者們一直試圖充分利用電路中的每一個(gè)晶體管的功效。后來(lái)Ross Freeman提出一個(gè)相當(dāng)激進(jìn)的想法。他設(shè)計(jì)了一個(gè)包含許多晶體管的芯片，這些晶體管組成松散的邏輯塊，其連接可以通過(guò)軟件進(jìn)行重新配置。其結(jié)果是有時(shí)候一部分晶體管不會(huì)被使用到，但是Freeman認(rèn)為摩爾定律最終會(huì)讓晶體管成本變得低廉，不再有人關(guān)心晶體管浪費(fèi)的問(wèn)題。他是對(duì)的。他把這個(gè)芯片命名為“現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列”（FPGA），并且為了推銷這個(gè)芯片，作為共同創(chuàng)始人創(chuàng)立了賽靈思公司（Xilinx）。

1985年，賽靈思公司的第一個(gè)產(chǎn)品XC2064面世時(shí)，員工們被賦予一個(gè)任務(wù)：使用XC2064的邏輯單元手工繪制一個(gè)示例電路，就像他們的客戶要做的那樣。賽靈思前首席技術(shù)官Bill Carter回憶起當(dāng)時(shí)他走近 CEO Bernie Vonderschmitt時(shí)，看到他“在繪制時(shí)遇到了一點(diǎn)困難”。 Carter 單純很高興幫到老板。他說(shuō)：“我們站在那兒，用紙和彩色鉛筆幫Bernie 繪制！”

如今，由賽靈思以及其他公司生產(chǎn)出售的FPGA被用于各種各樣的東西，在這里很難全部列舉。在例如軟件定義的無(wú)線電，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心路由器等等都有FPGA的應(yīng)用。

莫斯特克MK4096 4-Kilobit DRAM（1973）

Mostek MK4096 4-Kilobit DRAM

當(dāng)需要用到大量RAM時(shí)，這款芯片的存儲(chǔ)架構(gòu)仍被廣泛使用

• 制造商：莫斯特克（Mostek）
• 類別：記憶 & 存儲(chǔ)
• 年代： 1973

計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序時(shí)使用隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（random access memory），簡(jiǎn)稱RAM，作為其工作空間。現(xiàn)在的RAM芯片有兩種特性：靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM，或簡(jiǎn)稱SRAM和DRAM。只要計(jì)算機(jī)開啟后，SRAM就保持內(nèi)容不變，但DRAM必須不斷更新。DRAM相對(duì)SRAM的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)存儲(chǔ)單元都很簡(jiǎn)單，這意味著可以將更多的數(shù)據(jù)打包到給定的空間中。今天大多數(shù)計(jì)算機(jī)都使用DRAM作為主存儲(chǔ)器。

第一款DRAM芯片是英特爾推出的。但Mostek的4KB DRAM芯片帶來(lái)了一個(gè)關(guān)鍵的創(chuàng)新，一種被稱為地址復(fù)用（address multiplexing）的電路技術(shù)，由Mostek共同創(chuàng)始人Bob Proebsting發(fā)明。通常，芯片使用相同的引腳來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存的行和列。這是通過(guò)依次發(fā)送行和列尋址信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。因此，芯片不需要太多的引腳，同時(shí)由于內(nèi)存密度增加，制作成本降低。它只存在一點(diǎn)兼容性上的問(wèn)題。Mostek 的4096使用16針腳，而德州儀器，英特爾和摩托羅拉出品的內(nèi)存則有22針腳。

Mostek將未來(lái)壓在了這款芯片上。高管們開始到處向客戶、合作伙伴、新聞媒體甚至自己的員工進(jìn)行宣傳。當(dāng)時(shí)剛被雇用的 Fred K Beckhusen 被安排對(duì)4096進(jìn)行測(cè)試。Beckhusen 回憶道，有天Proebsting和CEO LJ Sevin半夜2點(diǎn)來(lái)到他的夜班崗位進(jìn)行了一次研討會(huì)。

Beckhusen說(shuō)：“他們當(dāng)時(shí)大膽地預(yù)測(cè)，只需6個(gè)月，就不會(huì)有人關(guān)心22針腳的DRAM了。”他們是對(duì)的。4096和它的后續(xù)者成為了主流的DRAM，地址復(fù)用技術(shù)也成為了處理更大的內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)方式。

東芝NAND閃存（1989）

Toshiba NAND Flash Memory

閃存時(shí)代由此開啟

• 制造商： 東芝（Toshiba）
• 類別： 記憶 & 存儲(chǔ)
• 年代： 1989

當(dāng)東芝的一名工廠經(jīng)理舛岡富士雄（Fujio Masuoka）決定重新開發(fā)半導(dǎo)體內(nèi)存時(shí)，閃存（flash memory）的發(fā)明傳奇也就此拉開了序幕。不過(guò)我們過(guò)會(huì)兒再講閃存。首先，讓我們了解一點(diǎn)歷史。

在閃存出現(xiàn)之前，存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的唯一方式是使用磁帶，軟盤或硬盤。許多公司都在努力設(shè)計(jì)固態(tài)的替代方案，但是當(dāng)時(shí)可以得到的選擇，例如EPROM（可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，需要用紫外線照射來(lái)擦除數(shù)據(jù)）和EEPROM（多出的E代表“電”，不需要紫外線擦除）都無(wú)法低成本地存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。

進(jìn)入東芝后，舛岡在1980年聘請(qǐng)了四名工程師共同進(jìn)行一個(gè)半秘密的項(xiàng)目，目的是研發(fā)一個(gè)可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，而且成本低廉的內(nèi)存芯片。他們的策略很簡(jiǎn)單。“我們知道只要晶體管的尺寸縮小，芯片的成本就會(huì)持續(xù)下降。” 舛岡說(shuō)道，他現(xiàn)在是Unisantis電子公司的首席技術(shù)官。

舛岡的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了EEPROM的一種變體，它的特征是一個(gè)存儲(chǔ)單元只包含單個(gè)晶體管。當(dāng)時(shí)，傳統(tǒng)的EEPROM每個(gè)存儲(chǔ)單元需要兩個(gè)晶體管。這是一個(gè)看似很小的改動(dòng)，但大大地降低了芯片的成本。

為了尋找一個(gè)吸引人的名字，他們根據(jù)芯片的超快速擦除功能而取名“閃”（flash）。你也許會(huì)認(rèn)為東芝很快就將這個(gè)發(fā)明投入生產(chǎn)，并且看著它帶來(lái)滾滾財(cái)富。錯(cuò)了。你們對(duì)這家龐大的公司如何利用它內(nèi)部的創(chuàng)新不夠了解。實(shí)際情況是，舛岡的老板對(duì)他說(shuō)，好了，忘掉這個(gè)發(fā)明吧。

當(dāng)然了，舛岡怎么可能忘記他的發(fā)明。在1984年，舛岡在舊金山的IEEE國(guó)際電子設(shè)備大會(huì)展示了他的閃存的設(shè)計(jì)圖紙。這促使英特爾公司開始開發(fā)基于“或非”（NOR）邏輯門類型的閃存。1988年，英特爾發(fā)布了一款256KB的芯片，用于汽車、計(jì)算機(jī)以及其他大眾市場(chǎng)設(shè)備，為英特爾帶來(lái)了不俗的新業(yè)績(jī)。

最終，這促使東芝將舛岡的發(fā)明投入生產(chǎn)。舛岡的閃存芯片基于NAND技術(shù)，能夠提供更高的存儲(chǔ)密度，但被證明在制造工藝上更復(fù)雜。在1989年，東芝的第一款NADA閃存終于投入市場(chǎng)，并取得了成功。而且正如舛岡所預(yù)測(cè)的那樣，價(jià)格不斷下降。

20世紀(jì)90年代末，數(shù)碼攝影開始采用閃存，使得閃存出現(xiàn)了爆發(fā)，東芝成為這個(gè)數(shù)十億美元市場(chǎng)中最大的玩家之一。但與此同時(shí)，舛岡與東芝其他高管的關(guān)系惡化，最終離開了東芝。（后來(lái)舛岡以知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛起訴東芝公司，并獲得了8700萬(wàn)日元的賠償。）

今天，NAND閃存已經(jīng)成為手機(jī)、照相機(jī)、音樂(lè)播放器等各種小設(shè)備，甚至航天探測(cè)器的關(guān)鍵部分，并且開始取代硬盤成為筆記本和臺(tái)式電腦的首選存儲(chǔ)介質(zhì)。

柯達(dá)KAF-1300圖像傳感器（1986）

Kodak KAF-1300 Image Sensor

將數(shù)字?jǐn)z影從實(shí)驗(yàn)室?guī)肷畹男酒?/span>

• 制造商： 科達(dá)（Kodak）
• 類別： MEMs and Sensors
• 年代： 1986

現(xiàn)在的圖像傳感器非常小巧而且便宜，幾乎沒(méi)有手機(jī)是不帶內(nèi)置攝像頭的。這在在1991年科達(dá)公司發(fā)布柯達(dá)DCS 100數(shù)碼相機(jī)時(shí)可能很難想象得到。

DCS 100的成本高達(dá)25,000美元，光是外置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就有5公斤重，而且用戶必須得隨身扛著。相機(jī)的電子部件裝在尼康F3的機(jī)身內(nèi)，包含一個(gè)令人印象深刻的硬件：一枚拇指大小的芯片，能夠以130萬(wàn)像素的分辨率捕獲圖像，足夠以5×7英寸的尺寸進(jìn)行沖洗。

該芯片首席設(shè)計(jì)師Eric Stevens說(shuō)：“在當(dāng)時(shí)，100萬(wàn)的像素已經(jīng)是夢(mèng)幻一般了。”

這個(gè)芯片是一個(gè)真正的兩相電荷耦合器件，是未來(lái)的CCD傳感器的基礎(chǔ)，啟動(dòng)了數(shù)字?jǐn)z影的革命。順帶一提，用KAF-1300拍攝的第一張照片是什么呢？“呃，”Stevens說(shuō)道，“我們把傳感器指向了實(shí)驗(yàn)室的墻。”

德州儀器數(shù)字微鏡器件（1987）

Texas Instruments Digital Micromirror Device

將數(shù)字視頻帶入影院的發(fā)明

• 制造商： 德州儀器（Texas Instruments）
• 類別： MEMS and Sensors
• 年代： 1987

在1999年6月18日，Larry Hornbeck與妻子Laura約會(huì)。他們?cè)诩又莶嗫说囊患译娪霸河^看了電影《星球大戰(zhàn)I：魅影危機(jī)》。Hornbeck并不是絕地的粉絲。他們?nèi)ツ抢锸且驗(yàn)槟羌译娪霸河幸慌_(tái)真正的放映機(jī)。

這臺(tái)放映機(jī)的核心是Hornbeck在德州儀器研發(fā)的數(shù)字微鏡器件（DMD）芯片。DMD使用數(shù)萬(wàn)個(gè)鉸鏈?zhǔn)轿㈢R將光線引導(dǎo)通過(guò)放映機(jī)的投影鏡頭射出。電影屏幕上顯示了一行字：“第一部數(shù)字電影放映”。

現(xiàn)在，電影放映機(jī)都是使用這種數(shù)字黃處理技術(shù)（或稱DLP），背投電視、投影儀、手機(jī)微型投影機(jī)等也都使用DLP芯片。為了獎(jiǎng)勵(lì)他的發(fā)明，Hornbeck于2015年被授予奧斯卡獎(jiǎng)。

Photobit PB-100（1999）

Photobit PB-100

NASA雖然不想要它，但它卻推廣了人們拍攝照片和視頻的技術(shù)

• 制造商： Photobit公司
• 類別： MEMS and Sensors
• 年代： 1999

1992年，Eric Fossum在加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (JPL) 工作。JPL負(fù)責(zé)NASA一些最雄心勃勃的太空探測(cè)器的建造和運(yùn)行，那一年美國(guó)宇航局向其工作人員發(fā)出要求：讓一切關(guān)于太空的任務(wù)“更快，更好，更便宜”。

作為JPL圖像傳感器研究的負(fù)責(zé)人，F(xiàn)ossum負(fù)責(zé)重新發(fā)明NASA太空船上巨大的大型相機(jī)。

與當(dāng)時(shí)的其他設(shè)備一樣，航天器相機(jī)使用電荷耦合器件（CCD）技術(shù)。 CCD是第一代成功的數(shù)字圖像傳感器，它們使用一系列微小電容器，這些電容器累積的電荷與落在它們上的光的亮度成比例。然后電荷從CCD上的電容器混頻到電容器，直到它們可以通過(guò)陣列邊緣處的電路轉(zhuǎn)換成電壓，然后轉(zhuǎn)換成像素。

這種技術(shù)雖然有效，但轉(zhuǎn)換過(guò)程需要消耗大量的能量，以及除了CCD之外其他進(jìn)行輔助的芯片。Fossum及其團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn)，如果能夠消除在成像陣列中反復(fù)轉(zhuǎn)移電荷的需要，那么這兩個(gè)問(wèn)題都將消失。

由此，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）有源像素傳感器誕生了：具有像素的“相機(jī)芯片”，每個(gè)像素都可以進(jìn)行自己的電荷轉(zhuǎn)換，從而顯著減少能量和產(chǎn)生圖像所需的支持電路。此外，CMOS傳感器采用與大多數(shù)微處理器和存儲(chǔ)器芯片相同的材料和技術(shù)制造，使其更容易制造并且最具成本效益。

1995年，F(xiàn)ossum和他當(dāng)時(shí)的妻子同時(shí)也是JPL同事的Sabrina Kemeny共同創(chuàng)辦了Photobit公司。一年后，F(xiàn)ossum離開JPL，全職加入Photobit。

Photobit的第一個(gè)現(xiàn)成產(chǎn)品是1998年的PB-159，但該公司在第二年取得了巨大的成功，推出了PB-100：一款為突破性的英特爾Easy PC相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和后期版本的Logitech QuickCam提供動(dòng)力的芯片。

PB-100的名字來(lái)源于它的像素——大約100M（352×288），這款芯片最終導(dǎo)致了整個(gè)行業(yè)對(duì)CMOS的支持。隨著投資的增加，CMOS逐漸占據(jù)CCD的市場(chǎng)份額。

根據(jù)市場(chǎng)研究公司IC Insights，如今無(wú)處不在的手機(jī)和筆記本電腦，以及可穿戴設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備，每秒鐘生產(chǎn)120多個(gè)新的CMOS成像器。每年產(chǎn)值40億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了Fossum的預(yù)期。

艾康電腦ARM1處理器（1985）

Acorn Computers ARM1 Processor

假如你正在手機(jī)上看這篇文章，那么你正用到這款芯片的直系后代

• 制造商：Acorn Computers
• 類別： Processors
• 年代： 1985

20世紀(jì)80年代初，艾康電腦（Acorn Computers）是一家擁有偉大產(chǎn)品的小公司。該公司總部設(shè)在英國(guó)的劍橋，通過(guò)BBC的全國(guó)計(jì)算機(jī)認(rèn)知計(jì)劃（Computer Literacy Project），已經(jīng)售出超過(guò)150萬(wàn)臺(tái)8位BBC Micro臺(tái)式計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在是它設(shè)計(jì)新計(jì)算機(jī)的時(shí)候了。艾康的工程師們對(duì)市場(chǎng)上可用的處理器不滿意，決定自己設(shè)計(jì)32位微處理器。

他們?yōu)檫@個(gè)微處理器取名 Acorn RISC Machine，簡(jiǎn)稱ARM。RISC 是“reduced-instruction-set computer”（ 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的縮寫，這是設(shè)計(jì)處理器的一種方法，能夠更高效地處理復(fù)雜的機(jī)器代碼。工程師們心知這不容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上，他們預(yù)期有一半的概率會(huì)遇到無(wú)法解決的障礙，最終導(dǎo)致廢除整個(gè)項(xiàng)目。曼徹斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系教授 Steve Furber 說(shuō)，“這支團(tuán)隊(duì)人太少了，每個(gè)設(shè)計(jì)的決策都不得不選擇簡(jiǎn)化的方案，否則我們永遠(yuǎn)都無(wú)法完成。”最終，簡(jiǎn)單性大獲成功。ARM體積小巧，功耗低，易于編程。設(shè)計(jì)指令集的Sophie Wilson仍然記得當(dāng)他們首次測(cè)試芯片時(shí)，“我們?cè)谔崾鞠伦隽?lsquo;PRINT PI’的命令，它給出了正確的答案，”她說(shuō)，“我們開了瓶香檳慶賀。”

1990年，Acorn剝離了它的ARM部門，ARM架構(gòu)繼續(xù)成為嵌入式應(yīng)用的主流32位處理器。各種各樣的小設(shè)備中已經(jīng)使用超過(guò)100億個(gè)ARM內(nèi)核，包括蘋果最成功的iPhone手機(jī)和最失敗的牛頓掌上電腦。事實(shí)上，ARM芯片現(xiàn)在已經(jīng)遍布在全球超過(guò)95％的智能手機(jī)。

Atmel ATmega8（2002）

ATmega8

Arduino 第一代開發(fā)板的核心，由兩個(gè)學(xué)生發(fā)明

• 制造商： Atmel
• 類別： Processors
• 年代： 2002

Atmel 的 ATmega8 是現(xiàn)代芯片制造商運(yùn)動(dòng)的成果之一。它是 Arduino 第一代開發(fā)板的核心，被各種類型的電子產(chǎn)品廣泛采用，這些廉價(jià)、強(qiáng)大而且易于使用的電路板已經(jīng)進(jìn)入無(wú)數(shù)項(xiàng)目。

ATmega8來(lái)自AVR微控制器系列，最初于20世紀(jì)90年代初由挪威理工大學(xué)兩名學(xué)生Alf-Egil Bogen和Vegard Wollan開發(fā)。AVR微控制器與常規(guī)處理器不同，它們具有自己的板載程序存儲(chǔ)器和RAM，而不是依賴外部芯片來(lái)存儲(chǔ)這些資源：Bogen和Wollan還在大學(xué)期間，嵌入式應(yīng)用程序已經(jīng)很常見，但是當(dāng)時(shí)他們對(duì)市場(chǎng)上的微控制器不滿意。他們決定設(shè)計(jì)一個(gè)基于RISC的處理器（具有有限的機(jī)器代碼指令以提高處理效率），特別是要設(shè)計(jì)得易于編程而且相對(duì)強(qiáng)大。

AVR微控制器與大多數(shù)人日常使用的計(jì)算機(jī)有顯著的差異。普通計(jì)算機(jī)通常使用馮·諾依曼（von Neumann）架構(gòu)，其中程序加載到RAM中，并在RAM上執(zhí)行。 AVR使用“哈佛架構(gòu)”，其中程序存儲(chǔ)器和工作RAM是分開的。在Bogen和Wollan設(shè)計(jì)的原型中，程序以ROM的形式存儲(chǔ)，一旦寫入就無(wú)法重新編程。但是，他們?cè)贏tmel公司的AVR設(shè)計(jì)中找到了一個(gè)解決方案。易于編程（且可重新編程）的閃存被添加到處理器核心，第一個(gè)商用AVR芯片AT90S8515于1996年發(fā)布。

但是，ATmega8和它的姐妹芯片ATmega328P才是Bogen和Wollan夢(mèng)想中的芯片，它們易于使用，高性能，并且擁有很好的開發(fā)工具，達(dá)到了最好的表現(xiàn)。

Computer Cowboys Sh-Boom 處理器（1988）

Sh-Boom Processor

你可能從沒(méi)有聽說(shuō)過(guò)這款芯片，但這一處理器的高速架構(gòu)在每一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中反復(fù)出現(xiàn)。

• 制造商： Computer Cowboys
• 類別： Processors
• 年代： 1988

兩名芯片設(shè)計(jì)師走近一家酒吧。他們是Russell H. Fish III 和 Chuck H. Moore（Forth語(yǔ)言的發(fā)明者），然后這家酒吧叫Sh-Boom。這是真事，不是一個(gè)玩笑的開頭。實(shí)際上，這個(gè)技術(shù)傳奇充滿了不和和訴訟。

這一切始于1988年，當(dāng)時(shí)，F(xiàn)ish和Moore創(chuàng)造了一個(gè)名叫Sh-Boom的怪異處理器。這個(gè)芯片非常精簡(jiǎn)，比驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)其余部分的時(shí)鐘運(yùn)行得更快。于是兩位設(shè)計(jì)師找到了一種讓處理器運(yùn)行自己的超快內(nèi)部時(shí)鐘，同時(shí)保持與計(jì)算機(jī)其余部分同步的方法。Sh-Boom從來(lái)沒(méi)有獲得商業(yè)上的成功，在取得專利后，Moore和Fish就散了。

英特爾8088微處理器（1979）

Intel 8088 Microprocessor

催生了IBM PC的芯片

• 制造商：英特爾（Intel）
• 類別： 處理器
• 年代： 1979

有沒(méi)有哪個(gè)芯片是推動(dòng)英特爾進(jìn)入“財(cái)富”500強(qiáng)的？英特爾表示有：8088。這是IBM為它的原始PC系列選擇的16位CPU，后來(lái)主導(dǎo)了臺(tái)式機(jī)市場(chǎng)。

有點(diǎn)兒奇怪的是，這個(gè)被稱為x86架構(gòu)的芯片的名字上沒(méi)有“86”兩字。8088實(shí)際上是在8086的基礎(chǔ)上稍作修改的微處理器，8086是英特爾的第一個(gè)16位CPU。正如英特爾工程師、8086設(shè)計(jì)師 Stephen Morse 曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的那樣，8088是“8086的簡(jiǎn)化版本”。這是因?yàn)?088的主要?jiǎng)?chuàng)新從技術(shù)上來(lái)說(shuō)并不算一個(gè)進(jìn)步：8088擁有16比特的內(nèi)部寄存器和8比特的外部數(shù)據(jù)總線。

直到8086的設(shè)計(jì)完成，英特爾一直對(duì)8088項(xiàng)目保密。8086項(xiàng)目的首席工程師Peter Stoll說(shuō)：“管理層不希望8086延遲哪怕一天，甚至告訴我們他們已經(jīng)有8088變體的想法了。”

在第一個(gè)實(shí)用的8086出來(lái)之后，英特爾才將8086的圖稿和文檔發(fā)送到以色列海法的設(shè)計(jì)部門，兩名工程師Rafi Retter和Dany Star將芯片改為8位總線。

這一修改被證明是英特爾最睿智的決定之一。29000晶體管的8088 CPU比8086要求更少，更便宜的支持芯片，并且“與8位硬件完全兼容，同時(shí)還為過(guò)渡到16位處理器提供更快的處理和平滑”，英特爾的Robert Noyce和Ted Hoff在IEEE微型雜志的一篇文章中寫道。

使用8088的第一臺(tái)PC是IBM的5150型，這是一臺(tái)價(jià)格3000美元的單色機(jī)。現(xiàn)在全世界幾乎所有PC都的CPU都可以說(shuō)其祖先是8088。

Microchip Technology PIC 16C84微控制器（1993）

Microchip Technology PIC 16C84 Microcontroller

在主辦上增加了能存儲(chǔ)軟件的可編程內(nèi)存，革新了未處理器未來(lái)

• 制造商：Microchip Technology
• 類別： 處理器
• 年代： 1993

20世紀(jì)90年代初，8位微控制器還是摩托羅拉的天下。隨后，出現(xiàn)了 Microchip Technology，一個(gè)并不起眼的競(jìng)爭(zhēng)者。 Microchip 開發(fā)了 PIC 16C84，它采用了8位微控制器，并添加了一種稱為EEPROM的存儲(chǔ)器，用于電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。 EEPROM不需要紫外光擦除，其前任 EPROM也是如此。這種只讀存儲(chǔ)器通常用于存儲(chǔ)程序代碼或少量數(shù)據(jù)。

該芯片的首席設(shè)計(jì)師，現(xiàn)在是Microchip的總監(jiān)Rod Drake說(shuō)，消除對(duì)UV燈的需求意味著“用戶可以即時(shí)更改代碼”。更好的是，整個(gè)芯片的成本低于5美元，或當(dāng)時(shí)其他產(chǎn)品的成本的四分之一。

16C84用于智能卡、遙控器和無(wú)線車鑰匙。這是一系列微控制器的開始，Microchip也成為財(cái)富500強(qiáng)公司和粉絲口耳相傳的電子巨星。 16C84已經(jīng)退休，PIC系列仍在生產(chǎn)中，銷量已達(dá)數(shù)十億，用于工業(yè)控制器，無(wú)人駕駛飛行器，數(shù)字妊娠測(cè)試，芯片控制煙花，LED珠寶和稱為Turd警報(bào)的化糞池監(jiān)視器 。

Microchip專利的草案顯示了PIC控制器與其他計(jì)算機(jī)的不同之處。 在大多數(shù)計(jì)算機(jī)中，例如您的PC，程序和工作數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在同一個(gè)內(nèi)存中——一種被稱為“馮·諾依曼架構(gòu)”的布局。但PIC控制器將程序和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開保存——這種安排被稱為“哈佛架構(gòu)”。這樣可以將程序存儲(chǔ)在便宜的只讀存儲(chǔ)器中。

MOS Technology 6502微處理器（1975）

MOS Technology 6502 Microprocessor

來(lái)自英雄時(shí)代的8位CPU，這款處理器驅(qū)動(dòng)著 Apple II，Commodore 64，BBC Micro等。

• 制造商：MOS Technology
• 類別： 處理器
• 年代： 1975

當(dāng)一個(gè)胖臉極客將一個(gè)特別的芯片加到一個(gè)特別的計(jì)算機(jī)電路板并啟動(dòng)它時(shí)，時(shí)代改變了。這個(gè)極客是 Steve Wozniak，計(jì)算機(jī)是蘋果，芯片是由MOS Technology開發(fā)的8位微處理器6502。該芯片及其變體成為像 Apple II，Commodore PET，Commodore 64 和 BBC Micro 這樣的可怕計(jì)算機(jī)的主要大腦，更不用說(shuō)像任天堂娛樂(lè)系統(tǒng)和 Atari 2600 這樣的游戲系統(tǒng)（也稱為Atari VCS）。 6502不僅僅比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手速度更快，而且還比較便宜，售價(jià)為25美元，而英特爾的8080和摩托羅拉的6800都接近200美元。

用 Peddle 創(chuàng)造6502的Bill Mensch說(shuō)，取得成本下降的突破在于一個(gè)最小化的指令集，加上制作流程“比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高10倍”，6502幾乎單槍匹馬帶動(dòng)了處理器的價(jià)格下降，這推動(dòng)了個(gè)人計(jì)算機(jī)鵝革命。該芯片的修訂版本仍在生產(chǎn)中，一些制造商仍然在使用它——在商業(yè)嵌入式系統(tǒng)以及許多愛(ài)好者當(dāng)中。

由于價(jià)格低廉，8位6502 在 1975年發(fā)布的時(shí)候，對(duì)市場(chǎng)造成了巨大震動(dòng)。 照片：Dirk Oppelt

摩托羅拉MC68000微處理器（1979）

Motorola MC68000 Microprocessor

該處理器驅(qū)動(dòng)了最早的蘋果 Macintosh，以及可愛(ài)的Amiga 計(jì)算機(jī)。

• 制造商：Motorola
• 類別： 處理器
• 年代： 1979

16位的微處理器的派對(duì)上，摩托羅拉姍姍來(lái)遲，所以它決定高調(diào)亮相。混合16位/ 32位的MC68000封裝在68,000個(gè)晶體管中，是英特爾8086的兩倍以上。它內(nèi)部是一個(gè)32位處理器，但32位地址和/或數(shù)據(jù)總線本可能使其成本大漲，所以68000使用了24位地址和16位數(shù)據(jù)線。

68000似乎是使用鉛筆和紙張?jiān)O(shè)計(jì)的最后一個(gè)主要處理器。設(shè)計(jì)了68000邏輯的Nick Tredennick說(shuō)：“我將縮減的流程圖副本、執(zhí)行單元的資料、解碼器和控制邏輯分發(fā)給了其他項(xiàng)目成員。”

這些副本很小，難以閱讀，他的同事們最終找到了一種方式顯示清楚。“有一天我來(lái)到我的辦公室，發(fā)現(xiàn)我桌子上放著信用卡大小的流程圖副本。”Tredennick回憶說(shuō)。

68000 用于所有早期的Macintosh電腦，以及Amiga和Atari ST。大量銷量也來(lái)自激光打印機(jī)、街機(jī)游戲和工業(yè)控制器的嵌入式應(yīng)用。但是，68000也經(jīng)歷了歷史上最大的錯(cuò)失良機(jī)，就如同當(dāng)時(shí) Pete最終失去了他作為甲殼蟲樂(lè)隊(duì)鼓手的地位。

IBM本想在其PC系列中使用68000，但后來(lái)還是用了英特爾的8088，因?yàn)楫?dāng)時(shí)68000還比較少。正如一位觀察家后來(lái)所說(shuō)，如果當(dāng)時(shí)用了摩托羅拉的68000，Windows-Intel形成的 Wintel 可能就會(huì)是Winola 了。

金蓋下面是一個(gè)32位處理器，但是連接它和外部世界的封裝內(nèi)，只有16位數(shù)據(jù)引腳。 照片：Arnold Reinhold

Sun Microsystems SPARC處理器（1987）

Sun Microsystems SPARC處理器

使用未經(jīng)證實(shí)的新架構(gòu)，該處理器宣告了 Sun Microsystems的登場(chǎng)

• 制造商：Sun Microsystems
• 類別： 處理器
• 年代： 1987

很久以前（20世紀(jì)80年代初），微處理器架構(gòu)師們?cè)噲D增加CPU指令的復(fù)雜性，作為在每個(gè)計(jì)算周期中完成更多任務(wù)的一種方式。 但是，加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)小組做出了相反的呼吁：簡(jiǎn)化指令集。由 David Patterson 率領(lǐng)的伯克利團(tuán)隊(duì)稱之為降低指令集計(jì)算的 RISC 方法。

作為一項(xiàng)學(xué)術(shù)研究，RISC 聽起來(lái)很棒。 但是它是否可銷售？ Sun Microsystems（現(xiàn)在是 Oracle 的一部分）賭了一把。 1984年，一小隊(duì) Sun 工程師開始研發(fā)一款稱為SPARC（可擴(kuò)展處理器架構(gòu)）的32位RISC處理器，想在Sun的新系列工作站中使用該芯片。 有一天，Sun的首席執(zhí)行官Scott McNealy出現(xiàn)在SPARC開發(fā)實(shí)驗(yàn)室。 SPARC項(xiàng)目顧問(wèn)Patterson回憶說(shuō)，“McNealy表示，SPARC將把Sun從一家每年5億美元的公司變?yōu)槊磕?0億美元的公司。”

如果沒(méi)有足夠的壓力，Sun 以外的許多人懷疑公司可能會(huì)下馬這一項(xiàng)目。 更糟糕的是，Sun的營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)面臨一個(gè)可怕的實(shí)現(xiàn)：SPARC 反著拼是... CRAPS！ 團(tuán)隊(duì)成員不得不發(fā)誓，他們不會(huì)向任何人說(shuō)出這個(gè)詞，甚至在 Sun里面，免得這個(gè)秘密讓對(duì)手 MIPS Technologies 知道，他們也探索RISC的概念。

首席SPARC架構(gòu)師——現(xiàn)任IBM研究員——Robert Garner說(shuō)：“極簡(jiǎn)主義SPARC的第一個(gè)版本包括一個(gè)”20,000門陣列處理器，甚至沒(méi)有整數(shù)乘法/除法“指令。 然而，每秒1000萬(wàn)條指令，它的運(yùn)行速度是當(dāng)時(shí)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）處理器的三倍。

Sun將在未來(lái)幾年使用SPARC為工作站和服務(wù)器提供支持。 1987年推出的第一個(gè)基于SPARC的產(chǎn)品是Sun-4系列工作站，它迅速占據(jù)市場(chǎng)份額，并推動(dòng)了公司收入超過(guò)十億美元的標(biāo)準(zhǔn) - 正如McNealy所預(yù)言的那樣。

1988年的SPARC團(tuán)隊(duì)，首個(gè)基于SPARC的產(chǎn)品推出后，Sun Microsystems成為一個(gè)硅谷的大玩家之一。 照片：Robert B. Garner

德州儀器TMS32010數(shù)字信號(hào)處理器（1983）

德州儀器TMS32010數(shù)字信號(hào)處理器

該芯片宣告了數(shù)字信號(hào)處理器的登場(chǎng)

• 制造商：德州儀器
• 類別： 處理器
• 年代： 1983

德克薩斯州給了我們?cè)S多偉大的東西，包括10加侖的帽子，炸雞排，胡椒博士，還有比較低調(diào)的TMS32010數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片。復(fù)雜的模擬信號(hào)在被轉(zhuǎn)換為原始數(shù)字流后通常用 DSP 處理。通用CPU 搞不定這樣的流，但DSP可以使用專門的算法和硬件將流處理成整個(gè)系統(tǒng)可以處理的東西。

由德州儀器公司創(chuàng)建，TMS32010并不是第一個(gè)DSP（第一個(gè)是AT＆T / Western Electric的DSP1，1980年推出的），但肯定是最快的。它可以在200納秒內(nèi)進(jìn)行乘法運(yùn)算。 此外，它可以執(zhí)行片上ROM和片外RAM的指令。

DSP設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和IEEE研究員的成員Wanda Gass說(shuō)：“這使TMS32010的程序開發(fā)靈活，就像微控制器和微處理器一樣。每片500美元，第一年芯片售出約1000臺(tái)。銷售額最終取得了增長(zhǎng)。DSP成為調(diào)制解調(diào)器、醫(yī)療設(shè)備和軍事系統(tǒng)的一部分。

哦，另一個(gè)應(yīng)用是——世界的奇跡Julie 娃娃，一種可以唱歌和談話的令人毛骨悚然的娃娃。該芯片是大型DSP系列中的第一個(gè)，并且仍然在為德州儀器賺錢。

1987年， Julie娃娃。Photo: Janet M. Baker

德州儀器TMS9900（1976）

德州儀器TMS9900

一個(gè)雄心勃勃的失敗，這款處理器驅(qū)動(dòng)了第一臺(tái)16位家用計(jì)算機(jī)。

• 制造商：德州儀器
• 類別： 處理器
• 年代： 1976

很少有一個(gè)芯片接近真正的偉大，多是功敗垂成。德州儀器公司的TMS 9900有很多的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代初，TI 已經(jīng)意識(shí)到，由英特爾4004在1971年開端的微處理器新興市場(chǎng) - 將迎來(lái)對(duì)遠(yuǎn)強(qiáng)于 8 位處理器的芯片的需求。 該公司最終掌握了金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)，這取代了早期的雙極技術(shù)，用于制造集成電路晶體管。 TI本就具有雄厚的研發(fā)資源和營(yíng)銷力量。

但是，由此產(chǎn)生的16位處理器將會(huì)失去作為IBM個(gè)人計(jì)算機(jī)處理器的大好機(jī)會(huì)。“在1976年出現(xiàn)TMS 9900時(shí)，有幾個(gè)問(wèn)題，”TI分部經(jīng)理Walden C. Rhines解釋了該芯片的不走運(yùn)，“其中最大的兩個(gè)問(wèn)題：“9900架構(gòu)與TI小型機(jī)系列相同，只有16位的地址空間，與當(dāng)時(shí)的8位微處理器相同；另一個(gè)是戰(zhàn)略問(wèn)題，電子設(shè)備行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不愿意認(rèn)可已經(jīng)擁有大型計(jì)算機(jī)和消費(fèi)產(chǎn)品業(yè)務(wù)的公司架構(gòu)。”

TMS900成為TI-99/4和TI-99 / 4A 微型計(jì)算機(jī)的核心，在家用計(jì)算機(jī)中擁有第一個(gè)16位CPU。 CPU的速度也加快了，時(shí)鐘速度 3MHz，比像Commodore 64這樣的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的1到2 MHz的時(shí)鐘速度快得多。與Commodore的價(jià)格戰(zhàn)導(dǎo)致TI-99 / 4A獲得了顯著的市場(chǎng)份額， 但這是以犧牲利潤(rùn)為代價(jià)的。 它本可存活下來(lái)，如果不是TMS9900的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題縈繞不去，且 TI對(duì)第三方軟件開發(fā)人員的態(tài)度能客氣一點(diǎn)的話。

后來(lái)又出現(xiàn)了一些后續(xù)芯片，如TMS995——它被認(rèn)為是嵌入式控制器，但這一系列從沒(méi)能從最初的失敗中恢復(fù)過(guò)來(lái)：當(dāng)進(jìn)入PC市場(chǎng)時(shí)，TI最終使用的是英特爾的處理器。

TMS9900 處理器具有遠(yuǎn)見卓識(shí)的目的，但是其復(fù)制小型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的嘗試是失敗的。 照片：Konstantin Lanzet

Transmeta Corp. Crusoe處理器（2000）

Transmeta Corp. Crusoe處理器

這個(gè)芯片預(yù)示了移動(dòng)時(shí)代的到來(lái)，能耗，而非處理能力，成為了最重要的規(guī)格參數(shù)。

• 制造商：Transmeta Corp.
• 類別： 處理器
• 年代： 2000

功率越大，散熱器越大，電池壽命越短，耗電越瘋狂。因此，Transmeta的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一款羞辱英特爾和AMD的低功耗處理器。該計(jì)劃是：軟件可以將x86指令轉(zhuǎn)換成Crusoe自己的機(jī)器代碼，其更高的并行度將節(jié)省時(shí)間和力量。它被稱為切片硅片以來(lái)最偉大的事情。

Transmeta 的共同創(chuàng)始人，現(xiàn)在Esperanto Technologies 的 David Ditzel表示，Crusoe及其繼任者Efficeon證明了動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯在商業(yè)上是可行的。不幸的是，他補(bǔ)充說(shuō)，這些芯片在低功耗計(jì)算機(jī)市場(chǎng)起飛幾年前就起飛了，最終只出現(xiàn)在了幾個(gè)產(chǎn)品中。最后，雖然Transmeta沒(méi)有實(shí)現(xiàn)其商業(yè)承諾，但它確實(shí)指向了處理器的功耗與其處理性能一樣重要的世界，而一些Transmeta的技術(shù)也已經(jīng)進(jìn)入到英特爾、AMD和Nvidia芯片中。

Zilog Z80 微處理器（1976）

Zilog Z80 Microprocessor

來(lái)自8位時(shí)代的另一個(gè)傳奇，這款處理器驅(qū)動(dòng)了第一臺(tái)便攜式計(jì)算機(jī)以及受歡迎的“Trash-80”

• 制造商：Zilog
• 類別： 處理器
• 年代： 1976

Federico Faggin 知道銷售微處理器需要多少和人手。 而在英特爾，他曾為 4004和8080 這兩個(gè)開創(chuàng)性設(shè)計(jì)作出了貢獻(xiàn)。 所以當(dāng)Faggin與前英特爾同事Ralph Ungermann建立Zilog時(shí)，他們決定從一個(gè)更簡(jiǎn)單的方面開始：一個(gè)單片微控制器。

但是工程師很快意識(shí)到，微控制器市場(chǎng)已經(jīng)有很多很好的芯片了。 即使他們比別人更好，他們也只不過(guò)能夠追求薄利多銷。 Zilog必須瞄準(zhǔn)更高的食物鏈，于是Z80微處理器項(xiàng)目誕生了。

目標(biāo)是超過(guò)8080，同時(shí)提供與8080軟件的完全兼容性，吸引客戶遠(yuǎn)離英特爾。 幾個(gè)月之前， Faggin、Ungermann和另外一名前英特爾工程師Masatoshi Shima在80多個(gè)星期的時(shí)間里守在桌子邊，畫著Z80的電路。 Faggin很快就知道，當(dāng)涉及到微芯片時(shí)，越小越美麗，就是對(duì)眼睛不太好。

他說(shuō)：“最后我得戴眼鏡，我變得近視了。”

該團(tuán)隊(duì)的研發(fā)從1975年延續(xù)到1976年。那年3月，他們終于有了一個(gè)原型芯片，Z80 是MOS Technology’s 6502的當(dāng)代翻版，它不僅設(shè)計(jì)優(yōu)雅，而且還便宜（約25美元）。

Z80最終進(jìn)入了成千上萬(wàn)的產(chǎn)品，包括Osborne I（第一個(gè)便攜式或“可移動(dòng)”）計(jì)算機(jī)，KayPro II，Radio Shack TRS-80和MSX家用電腦，以及打印機(jī)，傳真機(jī)， 復(fù)印機(jī)，調(diào)制解調(diào)器和衛(wèi)星。 Zilog仍然在某些嵌入式系統(tǒng)中使用著 Z80。

早期的陶瓷封裝中的Z80芯片。 批量生產(chǎn)版使用塑料包裝。圖文：CPU-World

Intel 4004微處理器（1971）

Intel 4004

世界上第一款SoC

• 制造商：Intel
• 類別： 處理器
• 年代： 1971

英特爾4004是世界上第一個(gè)微處理器——一個(gè)完全通用的單片CPU。4004于1971年3月發(fā)布，采用了最先進(jìn)的硅柵技術(shù)，標(biāo)志著英特爾在處理器行業(yè)崛起并成為全球霸主。

當(dāng)時(shí)英特爾還是一家羽翼未豐的公司，它的全部資源都投入到了這個(gè)開創(chuàng)性的項(xiàng)目中。但事實(shí)上，4004只是一個(gè)人手不足的輔助項(xiàng)目，一項(xiàng)幾近崩潰的緊急任務(wù)，它只是為了在英特爾開發(fā)其真正的產(chǎn)品線(內(nèi)存芯片)時(shí)籌集一些現(xiàn)金。

正如Ken Shirrif在2016年7月IEEE Spectrum的一篇文章中所描述的那樣，20世紀(jì)60年代晶體管數(shù)量的增加和集成電路的復(fù)雜性意味著多個(gè)組織都在向微處理器進(jìn)軍。

其中一些公司，例如Texas Instruments，擁有比英特爾更多的資源。那么，為什么成立僅幾年的英特爾在1968年率先沖過(guò)終點(diǎn)線呢?這在很大程度上要?dú)w功于四位工程師，其中一位甚至沒(méi)有為公司工作。

第一位是Masatoshi Shima，他在日本辦公計(jì)算器公司Busicom工作，該公司想要開發(fā)一種新的計(jì)算機(jī)計(jì)算器。

1969年4月，Busicom和Intel簽署了一份臨時(shí)協(xié)議，讓英特爾為計(jì)算器開發(fā)一套定制的芯片。因此，1969年6月，Shima和其他一些人前往英特爾，對(duì)計(jì)劃進(jìn)行了更詳細(xì)的討論。

Shima提出了一個(gè)八芯片系統(tǒng)：三個(gè)芯片與外圍設(shè)備(如鍵盤和打印機(jī))連接，一個(gè)芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，一個(gè)芯片存儲(chǔ)程序代碼，以及兩個(gè)芯片一起構(gòu)成CPU。

計(jì)算機(jī)歷史博物館2009年獎(jiǎng)上的學(xué)者M(jìn)asatoshi Shima；Busicom計(jì)算器是世界上第一個(gè)微處理器的目標(biāo)應(yīng)用。

第二位工程師是Ted Hoff，他是英特爾應(yīng)用部門的主管，當(dāng)時(shí)正在和Busicom談判。

Hoff擔(dān)心英特爾將難以生產(chǎn)這么多芯片，尤其是因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要每個(gè)芯片上有很多pin才能相互連接，這將會(huì)突破英特爾使用的陶瓷封裝技術(shù)的極限。

他提議將芯片數(shù)量減半：一個(gè)256字節(jié)的程序存儲(chǔ)芯片，稱為4001；一個(gè)40字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片，稱為4002；一個(gè)外圍接口芯片，稱為4003；被稱為mcs -4的整個(gè)系統(tǒng)將是4位的，大大減少了芯片互連所需的pin數(shù)量。Hoff請(qǐng)來(lái)了第三位工程師，英特爾的Stanley Mazor。Hoff和Mazor一起為每個(gè)芯片制定了一套規(guī)格和一個(gè)擬議的生產(chǎn)計(jì)劃。

在1969年10月的一次后續(xù)會(huì)議上，英特爾提出了反對(duì)意見。Busicom對(duì)此很感興趣，Shima回到日本為新的計(jì)算器設(shè)計(jì)了原型軟件，以確保MCS-4架構(gòu)能夠支持Busicom的需求。雙方于1970年2月達(dá)成協(xié)議，Busicom計(jì)劃在Hoff和Mazor的時(shí)間表基礎(chǔ)上推出計(jì)算器。他們決定讓Shima在1970年4月回到加利福尼亞檢查進(jìn)展情況。從1970年7月到10月，這些芯片以錯(cuò)開的時(shí)間表投入生產(chǎn)，從4001開始，到4004結(jié)束。

然而，Shima和Busicom不知道的是，4004項(xiàng)目在1970年初在英特爾內(nèi)部停止了。

問(wèn)題是Hoff和Mazor并不是芯片設(shè)計(jì)者——他們可以采用規(guī)格并創(chuàng)建詳細(xì)的邏輯門圖。這些圖表反過(guò)來(lái)又被用來(lái)精確地計(jì)算晶體管和其他元件在物理芯片上的模式和位置。

事實(shí)上，當(dāng)時(shí)英特爾公司沒(méi)有人能勝任這項(xiàng)工作，因?yàn)楫?dāng)時(shí)該公司正專注于開發(fā)內(nèi)存芯片。

最后，第四位工程師登場(chǎng)——Frederico Faggin，這位年輕的工程師特別適合這份工作。

在他職業(yè)生涯的初期，F(xiàn)aggin曾為意大利的奧利維蒂(Olivetti)從頭開始設(shè)計(jì)和制造一臺(tái)電腦。然后在20世紀(jì)60年代末，他加入了硅谷的Fairchild Semiconductor，在那里，他為英特爾芯片依賴的先進(jìn)金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)技術(shù)做出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)。Faggin希望在一個(gè)比Fairchild更具創(chuàng)業(yè)精神的環(huán)境中工作，因此在1970年4月接受了英特爾的邀請(qǐng)。

在Faggin上任的第一天，Mazor向他簡(jiǎn)單介紹了Busicom的項(xiàng)目。 正如Faggin在2009年冬季期刊“IEEE固態(tài)電路”雜志上發(fā)表的關(guān)于4004開發(fā)的個(gè)人報(bào)道中所寫，當(dāng)他看到時(shí)間表時(shí)：“我快驚呆了！不到六個(gè)月要設(shè)計(jì)4個(gè)芯片？！”

從左至右，F(xiàn)ederico Faggin, Ted Hoff和Stanley Mazor在1996年的國(guó)家發(fā)明家名人堂上手持英特爾4004處理器。

最初的進(jìn)度表是基于適用于設(shè)計(jì)內(nèi)存芯片(使用許多重復(fù)元素)的估計(jì)值，而不是使用復(fù)雜多樣邏輯電路的處理器芯片。此外，F(xiàn)aggin沒(méi)有支持人員，也沒(méi)有其他公司用來(lái)幫助創(chuàng)建和測(cè)試數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的工具和基礎(chǔ)設(shè)施。

在Faggin開始幾天后，Shima登陸美國(guó)進(jìn)行進(jìn)度檢查。

Mazor和Faggin從機(jī)場(chǎng)接他并將他帶回英特爾。 “當(dāng)Shima發(fā)現(xiàn)在五個(gè)月內(nèi)沒(méi)有任何進(jìn)展時(shí)非常生氣”，F(xiàn)aggin寫道。

意法半導(dǎo)體 STA2056 GPS 接收器（2004）

STA2056 GPS Receiver

廉價(jià)又小巧，這個(gè) GPS 接收器助推了移動(dòng)設(shè)備中的集成導(dǎo)航技術(shù)

• 制造商：STMicroelectronics
• 類別： 處理器
• 年代： 2004

在芯片制造領(lǐng)域，一個(gè)小高潮是單芯片殺死雙芯片單芯片的運(yùn)動(dòng)。早在2004年，意法半導(dǎo)體在GPS接收器里這么做了。之前，是一個(gè)芯片容納GPS無(wú)線電前端，拾取從軌道GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號(hào)，另一個(gè)芯片包含一個(gè)微處理器、一些存儲(chǔ)器和一個(gè)信號(hào)器，GPS通過(guò)比較來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)確定每個(gè)接收機(jī)的位置。

隨著STA2056 的出現(xiàn)，這兩個(gè)芯片整合在了一起。雖然手持式GPS系統(tǒng)已經(jīng)上市，但STA2056設(shè)定了尺寸和功耗的新標(biāo)準(zhǔn)，而8美元的價(jià)格推動(dòng)了GPS設(shè)備的成本下降，并為他們開辟了一個(gè)大眾市場(chǎng)。

菲亞特在幾個(gè)阿爾法羅密歐車型中使用了該芯片，而GPS供應(yīng)商Becker將其放在了手機(jī)中。這也推動(dòng)GPS的概念成為了可以集成到設(shè)備中的東西，而不僅僅是用作獨(dú)立的產(chǎn)品或模塊。今天幾乎每一個(gè)手機(jī)，還有不少手表，都有一個(gè)GPS芯片，通常與其他技術(shù)（如Wi-Fi信標(biāo)映射）一起使用，即使在衛(wèi)星不在視野中也能夠?qū)Ш健６遥?dāng)然，將兩個(gè)芯片合二為一的招數(shù)仍然是各地芯片制造商的最愛(ài)。

NVIDIA NV 20（2004）

NVIDIA NV 20

第一款可配置的圖形處理器，為機(jī)器學(xué)習(xí)革命打開了大門

• 制造商：NVIDIA
• 類別： 處理器
• 年代：2001

現(xiàn)在，許多研究人員選擇性能強(qiáng)大的GPU來(lái)運(yùn)行氣候模型、從事其他科學(xué)項(xiàng)目，許多科技和金融巨頭則使用大量GPU來(lái)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法。這些芯片可以進(jìn)行大量的并行數(shù)字運(yùn)算，對(duì)于游戲發(fā)燒友來(lái)說(shuō)，GPU能夠快速生成豐富的圖形，快速跟上游戲中快節(jié)奏的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)然，游戲玩家不是推動(dòng)圖形技術(shù)發(fā)展的唯一因素。1995年，皮克斯公司推出《玩具總動(dòng)員》動(dòng)畫電影，這是第一部完整的數(shù)字動(dòng)畫電影，展示了高質(zhì)量電腦動(dòng)畫的無(wú)窮潛力。但游戲玩家的需求，將圖形加速技術(shù)推向了一個(gè)非常具體的方向。

自20世紀(jì)70年代主流視頻游戲問(wèn)世以來(lái)，人們對(duì)更快、更優(yōu)質(zhì)的圖形處理技術(shù)的需求一直在增加。到了20世紀(jì)90年代末，面向游戲市場(chǎng)的圖形芯片性能有了很大的提升。2001年以GeForce 3系列發(fā)布的Nvidia NV20是一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并在不經(jīng)意間開辟了科學(xué)計(jì)算和人工智能的新視野。

在1998年，當(dāng)Nvidia團(tuán)隊(duì)開始研究NV20時(shí)，為視頻游戲動(dòng)態(tài)生成豐富的圖像仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。 “我一直對(duì)能夠?qū)崟r(shí)創(chuàng)建超逼真圖像的想法著迷，”NV20系統(tǒng)架構(gòu)師Steven Molnar說(shuō)。當(dāng)時(shí)的圖形處理器無(wú)法實(shí)時(shí)生成復(fù)雜的紋理，逼真的反射表面和陰影。由于采用了新架構(gòu)，NV20可以為游戲開發(fā)商提供所有這些功能。

NV20的首席架構(gòu)師John Montrym說(shuō)，當(dāng)時(shí)GPU的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。制造商必須在提供游戲設(shè)計(jì)師可能最終未使用的新功能（可能代價(jià)昂貴）與現(xiàn)有功能之間取得謹(jǐn)慎的平衡，并確保新的芯片仍能有效地運(yùn)行現(xiàn)有的圖形程序。Nvidia決定用NV20系列冒一次險(xiǎn)，制定一項(xiàng)雄心勃勃且難以制造的設(shè)計(jì)方案，該方案需要對(duì)公司現(xiàn)有的圖形芯片的架構(gòu)進(jìn)行重大變革。

Montrym和Molnar努力簡(jiǎn)化芯片的操作。他們改變了內(nèi)存的分區(qū)方式，將128位數(shù)據(jù)塊分成4個(gè)32位塊，使得從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程更加高效。他們還搭建了一種名為z-cull的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)3D場(chǎng)景中的哪些像素會(huì)被其他對(duì)象遮擋，然后將不需要的像素?cái)?shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中放出，以節(jié)約處理能力。所有這些改進(jìn)的目的都是為了更快地生成更豐富的圖形，但這樣的芯片制造難度很大。

為了將這些新功能加入到NV20當(dāng)中，硬件工程師John Robinson不得不采用當(dāng)時(shí)最新的半導(dǎo)體技術(shù)，150納米制程。Robinson今天回想起當(dāng)時(shí)的選擇，嘆了口氣。他說(shuō)：“當(dāng)時(shí)150納米芯片很難生產(chǎn)。但經(jīng)過(guò)反復(fù)多次試驗(yàn)，糾正了無(wú)數(shù)錯(cuò)誤之后，他最終獲得了成功。

另一個(gè)重大風(fēng)險(xiǎn)是讓開發(fā)人員承受NV20的缺憾和修補(bǔ)。 “當(dāng)時(shí)有一種感覺(jué)，如果你想要得到真正逼真的圖像，需要向開發(fā)人員展示可編程性，”Molnar說(shuō)。 NV20不是完全可編程的，但Nvidia首次推出了一些可供游戲開發(fā)者配置的板載功能。借助NV20，開發(fā)人員可以調(diào)整GPU的像素和頂點(diǎn)著色器。

像素著色器是使計(jì)算機(jī)圖形看起來(lái)逼真的關(guān)鍵部分。一件物體可能具有精致逼真的3D形狀，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，那么看起來(lái)仍然會(huì)很假。頂點(diǎn)著色器有助于將3D對(duì)象變得更加真實(shí)。比如，Molnar解釋說(shuō)，開發(fā)人員可以編寫一個(gè)功能，改變目標(biāo)表面的高度，來(lái)模擬水上的波浪，還可以用動(dòng)畫圖形逼真地顯示出關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。

NV20系列允許游戲開發(fā)人員根據(jù)他們的需求調(diào)整著色器配置，甚至可以從頭開始自己編寫頂點(diǎn)著色器的某些功能，而不用被GPU設(shè)計(jì)師的選擇所束縛，他們可以在不犧牲運(yùn)算速度的情況下，創(chuàng)建更逼真的游戲環(huán)境。

這個(gè)決定打開了將GPU用于圖形以外的其他領(lǐng)域的大門。隨后的GPU提供了越來(lái)越靈活的可編程功能，開發(fā)人員開始為了自己的目的來(lái)配置。這最終導(dǎo)致GPU用于科學(xué)計(jì)算，后來(lái)又被用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，因?yàn)橛螒蛟O(shè)計(jì)者按照自己的偏好，來(lái)處理屏幕上并行的海量像素，其實(shí)就是大規(guī)模并行數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題，比如調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，也屬于這類問(wèn)題。 Montrym說(shuō)，NV20系列是在這條道路上邁出的第一步。

最初的XBox使用了NV20的一個(gè)版本，將微軟推向了游戲也的最前沿。

這些風(fēng)險(xiǎn)在短期內(nèi)就得到了回報(bào)。微軟選擇了該芯片的自定義版本作為其首款Xbox游戲機(jī)的圖形處理器，Xbox成為全球大賣的熱門游戲主機(jī)。具有諷刺意味的是，NV20的主要工程師都沒(méi)有玩視頻游戲的習(xí)慣，他們對(duì)后來(lái)的科學(xué)計(jì)算和人工智能更感興趣。

“我沒(méi)有時(shí)間玩電子游戲，因?yàn)樘α耍?ldquo;蒙特里姆說(shuō)。 “計(jì)算機(jī)游戲的火熱，支持了我們繼續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在，如果你看看誰(shuí)使用我們的芯片，其實(shí)更多的是GPU通用計(jì)算中，更多人在這個(gè)領(lǐng)域獲得了巨大的價(jià)值。”