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，這項發(fā)明涉及科學(xué)和技術(shù)、團(tuán)體和社會之間的微妙關(guān)系。一起來回顧改變了計算乃至數(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)的誕生和信息時代正式開啟。

點(diǎn)接觸式晶體管：把間距為50 μm的兩個金電極壓在鍺半導(dǎo)體上，微小的電信號由一個金電極 (發(fā)射極) 進(jìn)入鍺半導(dǎo)體 (基極) 并被顯著放大，然后通過另一個金電極 (集電極) 輸出，這個器件在1kHz的增益為4.5。

在晶體管誕生之前，放大電信號主要是通過電子管(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)器件來替換它。

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

在經(jīng)過多次失敗之后，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。

巴丁 (左)、布拉頓 (右) 和肖克利因為晶體管的發(fā)明，共同獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎。

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。

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，肖克利在推動晶體管商業(yè)化的同時，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)體和社會之間的微妙關(guān)系。

現(xiàn)如今，從播放音樂、合成語音、存儲數(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，影響了整個計算世界。

就在晶體管誕生71周年的今天，讓我們一起來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)容來自IEEE Spectrum2018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)計者使用它們來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)計了第一個單塊集成運(yùn)算放大器電路，即 μA702。當(dāng)時它的售價是300美元。Widlar 隨后對設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計出 μA709，并獲得了巨大的商業(yè)成功。據(jù)說，Widlar 因此要求加薪，但沒有得到滿足，于是離開了仙童半導(dǎo)體。美國國家半導(dǎo)體公司（現(xiàn)在是德州儀器的一部分）如獲至寶，迅速挖來了 Widlar。Widlar 后來幫助國家半導(dǎo)體建立了模擬IC設(shè)計部門。1967年，Widlar 為國家半導(dǎo)體公司研發(fā)出一個更好的運(yùn)算放大器，即 LM101，其中一個版本（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 Widlar 突然發(fā)起的競爭感到焦頭爛額，但在仙童的研發(fā)實(shí)驗室，新加入的 David Fullagar 對 LM101 進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)這款芯片的設(shè)計雖然非常巧妙，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，即所謂的前段，對噪聲過于敏感。

Fullagar 于是開始了自己的設(shè)計。前端問題的解決方案非常簡單，F(xiàn)ullagar 為芯片增加了一對額外的晶體管。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)計交給公司的商業(yè)部門。這枚新的芯片被命名為 μA741，后來成為運(yùn)算放大器的標(biāo)準(zhǔn)。這個 IC，以及后來仙童半導(dǎo)體的競爭對手所創(chuàng)造的各種翻版型號，已經(jīng)賣出數(shù)百萬個。

當(dāng)時初版的μA702價格是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

一個好的基本波形——隨時間變化的電壓——是構(gòu)建更復(fù)雜行為的原材料。Intersil的ICL8038 集成電路的設(shè)計是為了方便地獲得精確的波形，能夠同時產(chǎn)生正弦波、矩形波和鋸齒波等周期信號，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)，這個芯片有點(diǎn)不可靠。但共生是們很快學(xué)會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)百萬個，并被用在無數(shù)應(yīng)用程序中——包括“電話飛克”（phreaker）們在20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，但愛好者們至今仍在收集 ICL8038，用來自制函數(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

這個芯片開啟了數(shù)字音樂革命

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，不過這一熱潮很快就消減了。不過，這個播放器有一件事很重要，就是它支持 MAS3507 MP3解碼芯片——一個基于RISC的數(shù)字信號處理器，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。對于今天的標(biāo)準(zhǔn)來說可能有點(diǎn)可笑，但在當(dāng)時相比便攜式CD播放器已經(jīng)足夠有競爭力了。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 Micronas 的設(shè)計文件所顯示的，MAS3507是只為做好一件事設(shè)計的，即只能很好地解碼 MPEG Audio Layer III（即MP3）數(shù)據(jù)。

德州儀器TMC0281語音合成器（1978）

Texas Instruments TMC0281 Speech Synthesizer

這是世界上第一款語音合成芯片

制造商： 德州儀器

類別： 放大器 & 音頻

年代： 1978

如果沒有TMC0281，E.T.可能永遠(yuǎn)沒辦法“打電話回家”。因為 TMC0281 是世界上第一款單芯片語音合成器，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，搭建了一個星際通訊設(shè)備。

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

外星人E.T.抱著一臺Speak＆Spell玩具

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

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

Tripath Technology 的 TA2020 音頻放大器（1998）

Tripath Technology TA2020 Audio Amplifier

這是一個固態(tài)、大功率的放大器，為便宜的設(shè)備帶來大音量

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而且充滿活力時，引起了很大的反響。

這個放大器是由硅谷的一家公司Tripath Technology設(shè)計的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，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。所得到的信號被轉(zhuǎn)換成具有較高振幅的模擬信號。

Tripath的訣竅是使用一個50兆赫茲的采樣系統(tǒng)來驅(qū)動放大器。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》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瓦型號的TA2020售價為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——最強(qiáng)大的擁有1000W的輸出。

后來，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，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。但對于許多消費(fèi)者來說，DSL是高速互聯(lián)網(wǎng)所能做的第一個嘗試，尤其是作為音樂和電影的分發(fā)系統(tǒng)。這是一個偉大的過渡技術(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。

這個寬帶革命的中心是從斯坦福大學(xué)出來的創(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像數(shù)百個子信道，并使用反向羅賓漢策略改進(jìn)傳輸?shù)姆绞健?/p>

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：“比特被從最貧乏的信道搶走，然后被給到最富有的信道。” DMT打敗了它的競爭對手，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（一個模擬，兩個數(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年收購了Amati。

西部數(shù)據(jù)的 WD1402A UART（1971）

Western Digital WD1402A UART

將處理器從低級的通訊任務(wù)中解放出來

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系列小型計算機(jī)而聞名。這迎來了網(wǎng)絡(luò)和交互式計算機(jī)的時代，在20世紀(jì)70年代隨著個人電腦的出現(xiàn)而達(dá)到全盛。雖然小型計算機(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），簡稱UART。

UART用于讓兩個數(shù)字設(shè)備通過串行接口一次發(fā)送一個比特進(jìn)行通信，而不會使設(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，例如無處不在的USB標(biāo)準(zhǔn)。但很長一段時間以來，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電傳打印機(jī)（Teletype）連接到一個PDP-1，需要將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號。貝爾于是設(shè)計了一個使用大約50個獨(dú)立部件的電路。這個想法被證明是受歡迎的。當(dāng)時西部數(shù)據(jù)公司（Western Digital）是一家制造計算機(jī)芯片的小公司，它設(shè)計了單芯片版的UART。

西部數(shù)據(jù)的創(chuàng)始人 Al Phillips 仍記得當(dāng)時公司的工程副總裁向他展示準(zhǔn)備制作的 Rubylith 的設(shè)計圖時的場景。他說：“我看了一會兒，發(fā)現(xiàn)一個斷開的電路，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國際象棋芯片（1997）

IBM Deep Blue 2 Chess Chip

深藍(lán)的邏輯芯片為AI對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的國際象棋計算機(jī)“深藍(lán)”（Deep Blue）擊敗世界冠軍 Garry Kasparov 時，人類終于在計算機(jī)面前敗下陣來。深藍(lán)的每個芯片包含150萬個晶體管，這些晶體管集成在專門的塊中，例如一個走子生成器（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研究院，他回憶說，這些走子“給對手施加了非常大的心理壓力”。

自深藍(lán)勝利以來，人工智能在越來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

這款默默無名的芯片成為無數(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)計師Hans Camenzind當(dāng)時是硅谷半導(dǎo)體公司西格尼蒂克（Signetics）的顧問。當(dāng)時經(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定時器是一款易于使用的集成電路芯片，常被用于定時器和振蕩電路。由于其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，這款芯片時至今日仍被廣泛應(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)計中。

“它險些沒能面世。”幾年前 Camenzind 在接受 IEEE Spectrum 訪問時回憶道。Camenzind于2012年去世。

萌發(fā)555的點(diǎn)子時，Camenzind正在設(shè)計被稱為“鎖相環(huán)路”（ phase-locked loop）的電路。只要對做一些修改，這個電路就能變成一個簡單的定時器：觸發(fā)它后它能運(yùn)行特定的一段時間。這聽起來很簡單，當(dāng)時還沒有類似這樣的東西。

最初，Signetics的工程部門反對這個想法。當(dāng)時公司已經(jīng)有可以組裝成定時器的組件銷售。555的命運(yùn)險些就這樣結(jié)束了。但Camenzind堅持他的idea。他去找Signetics的市場經(jīng)理 Art Fury。幸運(yùn)的是，F(xiàn)ury很喜歡這個idea。

Camenzind花了將近一年的時間測試模擬板原型，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)計有23個晶體管，16個電阻器和2個二極管。

555定時器在1971年投入市場，引起了轟動。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

事實(shí)已經(jīng)證明，可編程芯片擁有巨大的價值

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)計者們一直試圖充分利用電路中的每一個晶體管的功效。后來Ross Freeman提出一個相當(dāng)激進(jìn)的想法。他設(shè)計了一個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)果是有時候一部分晶體管不會被使用到，但是Freeman認(rèn)為摩爾定律最終會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。他是對的。他把這個芯片命名為“現(xiàn)場可編程門陣列”（FPGA），并且為了推銷這個芯片，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產(chǎn)品XC2064面世時，員工們被賦予一個任務(wù)：使用XC2064的邏輯單元手工繪制一個示例電路，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)時他走近 CEO Bernie Vonderschmitt時，看到他“在繪制時遇到了一點(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

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

制造商：莫斯特克（Mostek）

類別：記憶 & 存儲

年代： 1973

計算機(jī)在運(yùn)行程序時使用隨機(jī)訪問存儲器（random access memory），簡稱RAM，作為其工作空間。現(xiàn)在的RAM芯片有兩種特性：靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM，或簡稱SRAM和DRAM。只要計算機(jī)開啟后，SRAM就保持內(nèi)容不變，但DRAM必須不斷更新。DRAM相對SRAM的優(yōu)點(diǎn)是每個存儲單元都很簡單，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)計算機(jī)都使用DRAM作為主存儲器。

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)送行和列尋址信號實(shí)現(xiàn)的。因此，芯片不需要太多的引腳，同時由于內(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)時剛被雇用的 Fred K Beckhusen 被安排對4096進(jìn)行測試。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。

Beckhusen說：“他們當(dāng)時大膽地預(yù)測，只需6個月，就不會有人關(guān)心22針腳的DRAM了。”他們是對的。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

閃存時代由此開啟

制造商： 東芝（Toshiba）

類別： 記憶 & 存儲

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，閃存（flash memory）的發(fā)明傳奇也就此拉開了序幕。不過我們過會兒再講閃存。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)計固態(tài)的替代方案，但是當(dāng)時可以得到的選擇，例如EPROM（可擦可編程只讀存儲器，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大量數(shù)據(jù)。

進(jìn)入東芝后，舛岡在1980年聘請了四名工程師共同進(jìn)行一個半秘密的項目，目的是研發(fā)一個可以存儲大量數(shù)據(jù)，而且成本低廉的內(nèi)存芯片。他們的策略很簡單。“我們知道只要晶體管的尺寸縮小，芯片的成本就會持續(xù)下降。” 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)隊設(shè)計了EEPROM的一種變體，它的特征是一個存儲單元只包含單個晶體管。當(dāng)時，傳統(tǒng)的EEPROM每個存儲單元需要兩個晶體管。這是一個看似很小的改動，但大大地降低了芯片的成本。

為了尋找一個吸引人的名字，他們根據(jù)芯片的超快速擦除功能而取名“閃”（flash）。你也許會認(rèn)為東芝很快就將這個發(fā)明投入生產(chǎn)，并且看著它帶來滾滾財富。錯了。你們對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，舛岡的老板對他說，好了，忘掉這個發(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國際電子設(shè)備大會展示了他的閃存的設(shè)計圖紙。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、計算機(jī)以及其他大眾市場設(shè)備，為英特爾帶來了不俗的新業(yè)績。

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，并取得了成功。而且正如舛岡所預(yù)測的那樣，價格不斷下降。

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)，東芝成為這個數(shù)十億美元市場中最大的玩家之一。但與此同時，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，甚至航天探測器的關(guān)鍵部分，并且開始取代硬盤成為筆記本和臺式電腦的首選存儲介質(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)驗室?guī)肷畹男酒?/p>

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)，包含一個令人印象深刻的硬件：一枚拇指大小的芯片，能夠以130萬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)計師Eric Stevens說：“在當(dāng)時，100萬的像素已經(jīng)是夢幻一般了。”

這個芯片是一個真正的兩相電荷耦合器件，是未來的CCD傳感器的基礎(chǔ)，啟動了數(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說道，“我們把傳感器指向了實(shí)驗室的墻。”

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。他們在加州伯班克的一家電影院觀看了電影《星球大戰(zhàn)I：魅影危機(jī)》。Hornbeck并不是絕地的粉絲。他們?nèi)ツ抢锸且驗槟羌译娪霸河幸慌_真正的放映機(jī)。

這臺放映機(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)萬個鉸鏈?zhǔn)轿㈢R將光線引導(dǎo)通過放映機(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。為了獎勵他的發(fā)明，Hornbeck于2015年被授予奧斯卡獎。

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)驗室 (JPL) 工作。JPL負(fù)責(zé)NASA一些最雄心勃勃的太空探測器的建造和運(yùn)行，那一年美國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，那么這兩個問題都將消失。

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)時的妻子同時也是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提供動力的芯片。

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

根據(jù)市場研究公司IC Insights，如今無處不在的手機(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)在英國的劍橋，通過BBC的全國計算機(jī)認(rèn)知計劃（Computer Literacy Project），已經(jīng)售出超過150萬臺8位BBC Micro臺式計算機(jī)。現(xiàn)在是它設(shè)計新計算機(jī)的時候了。艾康的工程師們對市場上可用的處理器不滿意，決定自己設(shè)計32位微處理器。

他們?yōu)檫@個微處理器取名 Acorn RISC Machine，簡稱ARM。RISC 是“reduced-instruction-set computer”（ 精簡指令集計算機(jī)）的縮寫，這是設(shè)計處理器的一種方法，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)期有一半的概率會遇到無法解決的障礙，最終導(dǎo)致廢除整個項目。曼徹斯特大學(xué)計算機(jī)工程系教授 Steve Furber 說，“這支團(tuán)隊人太少了，每個設(shè)計的決策都不得不選擇簡化的方案，否則我們永遠(yuǎn)都無法完成。”最終，簡單性大獲成功。ARM體積小巧，功耗低，易于編程。設(shè)計指令集的Sophie Wilson仍然記得當(dāng)他們首次測試芯片時，“我們在提示下做了‘PRINT PI’的命令，它給出了正確的答案，”她說，“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100億個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、強(qiáng)大而且易于使用的電路板已經(jīng)進(jìn)入無數(shù)項目。

ATmega8來自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器和RAM，而不是依賴外部芯片來存儲這些資源：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)時他們對市場上的微控制器不滿意。他們決定設(shè)計一個基于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)計得易于編程而且相對強(qiáng)大。

AVR微控制器與大多數(shù)人日常使用的計算機(jī)有顯著的差異。普通計算機(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)”，其中程序存儲器和工作RAM是分開的。在Bogen和Wollan設(shè)計的原型中，程序以ROM的形式存儲，一旦寫入就無法重新編程。但是，他們在Atmel公司的AVR設(shè)計中找到了一個解決方案。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

你可能從沒有聽說過這款芯片，但這一處理器的高速架構(gòu)在每一臺現(xiàn)代計算機(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)計師走近一家酒吧。他們是Russell H. Fish III 和 Chuck H. Moore（Forth語言的發(fā)明者），然后這家酒吧叫Sh-Boom。這是真事，不是一個玩笑的開頭。實(shí)際上，這個技術(shù)傳奇充滿了不和和訴訟。

這一切始于1988年，當(dāng)時，F(xiàn)ish和Moore創(chuàng)造了一個名叫Sh-Boom的怪異處理器。這個芯片非常精簡，比驅(qū)動計算機(jī)其余部分的時鐘運(yùn)行得更快。于是兩位設(shè)計師找到了一種讓處理器運(yùn)行自己的超快內(nèi)部時鐘，同時保持與計算機(jī)其余部分同步的方法。Sh-Boom從來沒有獲得商業(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

有沒有哪個芯片是推動英特爾進(jìn)入“財富”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，后來主導(dǎo)了臺式機(jī)市場。

有點(diǎn)兒奇怪的是，這個被稱為x86架構(gòu)的芯片的名字上沒有“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16位CPU。正如英特爾工程師、8086設(shè)計師 Stephen Morse 曾經(jīng)說過的那樣，8088是“8086的簡化版本”。這是因為8088的主要創(chuàng)新從技術(shù)上來說并不算一個進(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)計完成，英特爾一直對8088項目保密。8086項目的首席工程師Peter Stoll說：“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。”

在第一個實(shí)用的8086出來之后，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，同時還為過渡到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PC是IBM的5150型，這是一臺價格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軟件的可編程內(nèi)存，革新了未處理器未來

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，一個并不起眼的競爭者。 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的存儲器，用于電可擦除可編程只讀存儲器。 EEPROM不需要紫外光擦除，其前任 EPROM也是如此。這種只讀存儲器通常用于存儲程序代碼或少量數(shù)據(jù)。

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

16C84用于智能卡、遙控器和無線車鑰匙。這是一系列微控制器的開始，Microchip也成為財富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，無人駕駛飛行器，數(shù)字妊娠測試，芯片控制煙花，LED珠寶和稱為Turd警報的化糞池監(jiān)視器 。

Microchip專利的草案顯示了PIC控制器與其他計算機(jī)的不同之處。 在大多數(shù)計算機(jī)中，例如您的PC，程序和工作數(shù)據(jù)都存儲在同一個內(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在便宜的只讀存儲器中。

MOS Technology 6502微處理器（1975）

MOS Technology 6502 Microprocessor

來自英雄時代的8位CPU，這款處理器驅(qū)動著 Apple II，Commodore 64，BBC Micro等。

制造商：MOS Technology

類別： 處理器

年代： 1975

當(dāng)一個胖臉極客將一個特別的芯片加到一個特別的計算機(jī)電路板并啟動它時，時代改變了。這個極客是 Steve Wozniak，計算機(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 這樣的可怕計算機(jī)的主要大腦，更不用說像任天堂娛樂系統(tǒng)和 Atari 2600 這樣的游戲系統(tǒng)（也稱為Atari VCS）。 6502不僅僅比競爭對手速度更快，而且還比較便宜，售價為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，取得成本下降的突破在于一個最小化的指令集，加上制作流程“比競爭對手高10倍”，6502幾乎單槍匹馬帶動了處理器的價格下降，這推動了個人計算機(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)以及許多愛好者當(dāng)中。

由于價格低廉，8位6502 在 1975年發(fā)布的時候，對市場造成了巨大震動。照片：Dirk Oppelt

摩托羅拉MC68000微處理器（1979）

Motorola MC68000 Microprocessor

該處理器驅(qū)動了最早的蘋果 Macintosh，以及可愛的Amiga 計算機(jī)。

制造商：Motorola

類別： 處理器

年代： 1979

16位的微處理器的派對上，摩托羅拉姍姍來遲，所以它決定高調(diào)亮相。混合16位/ 32位的MC68000封裝在68,000個晶體管中，是英特爾8086的兩倍以上。它內(nèi)部是一個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設(shè)計的最后一個主要處理器。設(shè)計了68000邏輯的Nick Tredennick說：“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。

68000 用于所有早期的Macintosh電腦，以及Amiga和Atari ST。大量銷量也來自激光打印機(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失良機(jī)，就如同當(dāng)時 Pete最終失去了他作為甲殼蟲樂隊鼓手的地位。

IBM本想在其PC系列中使用68000，但后來還是用了英特爾的8088，因為當(dāng)時68000還比較少。正如一位觀察家后來所說，如果當(dāng)時用了摩托羅拉的68000，Windows-Intel形成的 Wintel 可能就會是Winola 了。

金蓋下面是一個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

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)師們試圖增加CPU指令的復(fù)雜性，作為在每個計算周期中完成更多任務(wù)的一種方式。 但是，加州大學(xué)伯克利分校的一個小組做出了相反的呼吁：簡化指令集。由 David Patterson 率領(lǐng)的伯克利團(tuán)隊稱之為降低指令集計算的 RISC 方法。

作為一項學(xué)術(shù)研究，RISC 聽起來很棒。 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 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)驗室。 SPARC項目顧問Patterson回憶說，“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。”

如果沒有足夠的壓力，Sun 以外的許多人懷疑公司可能會下馬這一項目。 更糟糕的是，Sun的營銷團(tuán)隊面臨一個可怕的實(shí)現(xiàn)：SPARC 反著拼是... CRAPS！ 團(tuán)隊成員不得不發(fā)誓，他們不會向任何人說出這個詞，甚至在 Sun里面，免得這個秘密讓對手 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：“極簡主義SPARC的第一個版本包括一個”20,000門陣列處理器，甚至沒有整數(shù)乘法/除法“指令。 然而，每秒1000萬條指令，它的運(yùn)行速度是當(dāng)時復(fù)雜指令集計算機(jī)（CISC）處理器的三倍。

Sun將在未來幾年使用SPARC為工作站和服務(wù)器提供支持。 1987年推出的第一個基于SPARC的產(chǎn)品是Sun-4系列工作站，它迅速占據(jù)市場份額，并推動了公司收入超過十億美元的標(biāo)準(zhǔn) - 正如McNealy所預(yù)言的那樣。

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

德州儀器TMS32010數(shù)字信號處理器（1983）

德州儀器TMS32010數(shù)字信號處理器

該芯片宣告了數(shù)字信號處理器的登場

制造商：德州儀器

類別： 處理器

年代： 1983

德克薩斯州給了我們許多偉大的東西，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)字信號處理器（DSP）芯片。復(fù)雜的模擬信號在被轉(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DSP（第一個是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)計團(tuán)隊和IEEE研究員的成員Wanda Gass說：“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。銷售額最終取得了增長。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，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

一個雄心勃勃的失敗，這款處理器驅(qū)動了第一臺16位家用計算機(jī)。

制造商：德州儀器

類別： 處理器

年代： 1976

很少有一個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)意識到，由英特爾4004在1971年開端的微處理器新興市場 - 將迎來對遠(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)資源和營銷力量。

但是，由此產(chǎn)生的16位處理器將會失去作為IBM個人計算機(jī)處理器的大好機(jī)會。“在1976年出現(xiàn)TMS 9900時，有幾個問題，”TI分部經(jīng)理Walden C. Rhines解釋了該芯片的不走運(yùn)，“其中最大的兩個問題：“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)時的8位微處理器相同；另一個是戰(zhàn)略問題，電子設(shè)備行業(yè)的競爭對手不愿意認(rèn)可已經(jīng)擁有大型計算機(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 微型計算機(jī)的核心，在家用計算機(jī)中擁有第一個16位CPU。 CPU的速度也加快了，時鐘速度 3MHz，比像Commodore 64這樣的競爭對手的1到2 MHz的時鐘速度快得多。與Commodore的價格戰(zhàn)導(dǎo)致TI-99 / 4A獲得了顯著的市場份額， 但這是以犧牲利潤為代價的。 它本可存活下來，如果不是TMS9900的系統(tǒng)設(shè)計問題縈繞不去，且 TI對第三方軟件開發(fā)人員的態(tài)度能客氣一點(diǎn)的話。

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

TMS9900 處理器具有遠(yuǎn)見卓識的目的，但是其復(fù)制小型計算機(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

這個芯片預(yù)示了移動時代的到來，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)計一款羞辱英特爾和AMD的低功耗處理器。該計劃是：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)省時間和力量。它被稱為切片硅片以來最偉大的事情。

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，這些芯片在低功耗計算機(jī)市場起飛幾年前就起飛了，最終只出現(xiàn)在了幾個產(chǎn)品中。最后，雖然Transmeta沒有實(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

來自8位時代的另一個傳奇，這款處理器驅(qū)動了第一臺便攜式計算機(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 這兩個開創(chuàng)性設(shè)計作出了貢獻(xiàn)。 所以當(dāng)Faggin與前英特爾同事Ralph Ungermann建立Zilog時，他們決定從一個更簡單的方面開始：一個單片微控制器。

但是工程師很快意識到，微控制器市場已經(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微處理器項目誕生了。

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

他說：“最后我得戴眼鏡，我變得近視了。”

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

Z80最終進(jìn)入了成千上萬的產(chǎn)品，包括Osborne I（第一個便攜式或“可移動”）計算機(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是世界上第一個微處理器——一個完全通用的單片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開創(chuàng)性的項目中。但事實(shí)上，4004只是一個人手不足的輔助項目，一項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，其中一位甚至沒有為公司工作。

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

1969年4月，Busicom和Intel簽署了一份臨時協(xié)議，讓英特爾為計算器開發(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，對計劃進(jìn)行了更詳細(xì)的討論。

Shima提出了一個八芯片系統(tǒng)：三個芯片與外圍設(shè)備(如鍵盤和打印機(jī))連接，一個芯片存儲數(shù)據(jù)，一個芯片存儲程序代碼，以及兩個芯片一起構(gòu)成CPU。

計算機(jī)歷史博物館2009年獎上的學(xué)者M(jìn)asatoshi Shima；Busicom計算器是世界上第一個微處理器的目標(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，尤其是因為該系統(tǒng)需要每個芯片上有很多pin才能相互連接，這將會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256字節(jié)的程序存儲芯片，稱為4001；一個40字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲芯片，稱為4002；一個外圍接口芯片，稱為4003；被稱為mcs -4的整個系統(tǒng)將是4位的，大大減少了芯片互連所需的pin數(shù)量。Hoff請來了第三位工程師，英特爾的Stanley Mazor。Hoff和Mazor一起為每個芯片制定了一套規(guī)格和一個擬議的生產(chǎn)計劃。

在1969年10月的一次后續(xù)會議上，英特爾提出了反對意見。Busicom對此很感興趣，Shima回到日本為新的計算器設(shè)計了原型軟件，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計劃在Hoff和Mazor的時間表基礎(chǔ)上推出計算器。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，這些芯片以錯開的時間表投入生產(chǎn)，從4001開始，到4004結(jié)束。

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

問題是Hoff和Mazor并不是芯片設(shè)計者——他們可以采用規(guī)格并創(chuàng)建詳細(xì)的邏輯門圖。這些圖表反過來又被用來精確地計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)時英特爾公司沒有人能勝任這項工作，因為當(dāng)時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——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)計和制造一臺電腦。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。

在Faggin上任的第一天，Mazor向他簡單介紹了Busicom的項目。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)的個人報道中所寫，當(dāng)他看到時間表時：“我快驚呆了！不到六個月要設(shè)計4個芯片？！”

從左至右，F(xiàn)ederico Faggin, Ted Hoff和Stanley Mazor在1996年的國家發(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)計內(nèi)存芯片(使用許多重復(fù)元素)的估計值，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沒有支持人員，也沒有其他公司用來幫助創(chuàng)建和測試數(shù)字邏輯設(shè)計的工具和基礎(chǔ)設(shè)施。

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

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

意法半導(dǎo)體 STA2056 GPS 接收器（2004）

STA2056 GPS Receiver

廉價又小巧，這個 GPS 接收器助推了移動設(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，一個小高潮是單芯片殺死雙芯片單芯片的運(yùn)動。早在2004年，意法半導(dǎo)體在GPS接收器里這么做了。之前，是一個芯片容納GPS無線電前端，拾取從軌道GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號，另一個芯片包含一個微處理器、一些存儲器和一個信號器，GPS通過比較來自多個衛(wèi)星的信號來確定每個接收機(jī)的位置。

隨著STA2056 的出現(xiàn)，這兩個芯片整合在了一起。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美元的價格推動了GPS設(shè)備的成本下降，并為他們開辟了一個大眾市場。

菲亞特在幾個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。今天幾乎每一個手機(jī)，還有不少手表，都有一個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，將兩個芯片合二為一的招數(shù)仍然是各地芯片制造商的最愛。

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來運(yùn)行氣候模型、從事其他科學(xué)項目，許多科技和金融巨頭則使用大量GPU來訓(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，對于游戲發(fā)燒友來說，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。

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

自20世紀(jì)70年代主流視頻游戲問世以來，人們對更快、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是一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并在不經(jīng)意間開辟了科學(xué)計算和人工智能的新視野。

在1998年，當(dāng)Nvidia團(tuán)隊開始研究NV20時，為視頻游戲動態(tài)生成豐富的圖像仍然是一項巨大的挑戰(zhàn)。 “我一直對能夠?qū)崟r創(chuàng)建超逼真圖像的想法著迷，”NV20系統(tǒng)架構(gòu)師Steven Molnar說。當(dāng)時的圖形處理器無法實(shí)時生成復(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，當(dāng)時GPU的市場競爭非常激烈。制造商必須在提供游戲設(shè)計師可能最終未使用的新功能（可能代價昂貴）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，制定一項雄心勃勃且難以制造的設(shè)計方案，該方案需要對公司現(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32位塊，使得從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)的過程更加高效。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3D場景中的哪些像素會被其他對象遮擋，然后將不需要的像素數(shù)據(jù)從存儲器中放出，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)時最新的半導(dǎo)體技術(shù)，150納米制程。Robinson今天回想起當(dāng)時的選擇，嘆了口氣。他說：“當(dāng)時150納米芯片很難生產(chǎn)。但經(jīng)過反復(fù)多次試驗，糾正了無數(shù)錯誤之后，他最終獲得了成功。

另一個重大風(fēng)險是讓開發(fā)人員承受NV20的缺憾和修補(bǔ)。 “當(dāng)時有一種感覺，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。 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。

像素著色器是使計算機(jī)圖形看起來逼真的關(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，那么看起來仍然會很假。頂點(diǎn)著色器有助于將3D對象變得更加真實(shí)。比如，Molnar解釋說，開發(fā)人員可以編寫一個功能，改變目標(biāo)表面的高度，來模擬水上的波浪，還可以用動畫圖形逼真地顯示出關(guān)節(jié)的運(yùn)動。

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提供了越來越靈活的可編程功能，開發(fā)人員開始為了自己的目的來配置。這最終導(dǎo)致GPU用于科學(xué)計算，后來又被用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，因為游戲設(shè)計者按照自己的偏好，來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)計算問題，比如調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，也屬于這類問題。 Montrym說，NV20系列是在這條道路上邁出的第一步。

最初的XBox使用了NV20的一個版本，將微軟推向了游戲也的最前沿。

這些風(fēng)險在短期內(nèi)就得到了回報。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的主要工程師都沒有玩視頻游戲的習(xí)慣，他們對后來的科學(xué)計算和人工智能更感興趣。

“我沒有時間玩電子游戲，因為太忙了！“蒙特里姆說。 “計算機(jī)游戲的火熱，支持了我們繼續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在，如果你看看誰使用我們的芯片，其實(shí)更多的是GPU通用計算中，更多人在這個領(lǐng)域獲得了巨大的價值。”