具有劃時(shí)代意義的芯片匯總，賽靈思FPGA和東芝NAND閃存在列

　　Signetics NE555(1971)

　　Signetics NE555

　　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。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)些沒能面世?！睅啄昵?nbsp;Camenzind 在接受 IEEE Spectrum 訪問時(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。這聽起來很簡(jiǎn)單，當(dāng)時(shí)還沒有類似這樣的東西。

　　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：“這一切都是手工完成的，沒有使用電腦。”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，據(jù)該公司說，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

　　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：“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

　　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訪問內(nèi)存的行和列。這是通過依次發(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)來到他的夜班崗位進(jìn)行了一次研討會(huì)。Beckhusen說：“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?！彼麄兪菍?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

　　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。不過我們過會(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?！拔覀冎乐灰w管的尺寸縮小，芯片的成本就會(huì)持續(xù)下降?！?nbsp;舛岡說道，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，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。(后來舛岡以知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛起訴東芝公司，并獲得了8700萬日元的賠償。)

　　今天，NAND閃存已經(jīng)成為手機(jī)、照相機(jī)、音樂播放器等各種小設(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)。