221. 波澜壮阔的集成电路与芯片的故事(2)--仙童公司

这一期还是讲晶体管和芯片的故事,这里要讲个十几期吧,因为我个人对这里非常的感兴趣,也对晶体管十分的熟悉。我说的熟悉并不是吹牛,我自己收集了常用的30多种晶体管,有PNP的,也有NPN的,每种类型有几十个,上百个,当然了,因为比较便宜,太贵了,我也买不起。像2N3904,2N3906,2N2222这种的,可能有几千个,一大袋子。

在以前的时候,我很喜欢用晶体管做一些东西,以前电台里讲的德州仪器,我在讲那几期的时候,有人在留言里给我改正说德州仪器不是我们山东的,是美国的,这就有点搞笑了,本来就是我们山东德州的。这个德州仪器出了一批74系列逻辑芯片,都是一些逻辑门,当然现在很多公司都有,比如东芝什么的。我当年有个爱好是看着这些逻辑门的电路图,然后用晶体管在面包板上插一个出来,我上大学的时候,手机不能上网,宿舍也不能上网,要上网只能去网吧,所以有大量的时间,要么看小说,要么下象棋,下四国军棋。我还有个同学特别的无聊,他玩实况足球,然后用实况足球里的人复刻现实中球员的进球,大部分都搞得比较神似。我当年的爱好就是在面包板上实现74逻辑芯片,这个爱好很杀时间,一搞一下午。我相信和我同时代读大学的人,都应该有某种爱好来杀时间,可以想一下,没有网,一天上完四节课后,总不能坐着发呆吧。现在不用了,因为现在大家都有手机,玩手机就能杀时间了。所以,我玩这种东西,也不是爱好学习,只是当年又穷又无聊,这是一个不用花钱的爱好。

上一期讲到仙童半导体成立了,这一期还是接着说这个公司。

仙童成立以后,很快公司就扩张的很大,成了仅次于德州仪器第二大的公司,还有个第三大的公司是摩托罗拉公司。这三家公司被当时称之为半导体界的三架马车,摩托罗拉的公司是在美国亚利桑那洲成立的,领导者的来头也很大,是哈佛大学的教授,名字叫莱斯特•霍根。这个莱斯特•霍根是个非常重要的人物,以后他还要出现,在这里先不讲了,现在先知道他是硅谷第一位拿到年薪100万美元外加股票的人。除此之外,还有大量做半导体的公司,比如从休斯顿飞机制造公司出来的工程人员组建的林姆半导体分公司,这个飞机制造公司也比较历害,除了这个,还有另外一个叫太平洋半导体公司的,也是该公司出来的。还有通用半导体公司,后来这个公司闹矛盾,又分成了两家公司,一家叫工业晶体管公司,另一家叫硅晶体管公司。还有一大堆公司,看来美国也是这样,只要有钱,一窝蜂的上马晶体管。对强者来说,竞争者越多,更有创新的土壤,因为大家都要创新才能在这个市场里站稳脚跟。也正是因为这些公司都在创新,当年的晶体管进化的特别快。

当然了,还是那三架马车是最历害的。上一期讲了,新成立的仙童半导体的投资人是IBM的最大的股东,名字叫费尔柴尔德。当时IBM在给美国空军设计计算机,但是计算机太大了,不能装在飞机上,德州仪器的晶体管也被IBM淘汰了,这时候,就看出关系的重要性来了。IBM的大股东,对当时的CEO小沃森说,我在仙童投资了100万美元,希望你能给这些年轻人一个机会。话都说到这份上了,IBM就给了仙童一个机会,采购100个晶体管。这100个晶体管都是NPN型的(说句题外话,在计算机中,用的NPN型的晶体管要多于PNP型的,如果大家有兴趣购买的话,可以按照9:1或者9.5:0.5的比例买,用到PNP型的晶体管相对比较少。)当时一个晶体管的价格是150美元,这100个是他们第一笔订单。

有了订单以后,这八个哥们就开始分工明确了,有人做这个,有人做那个。其中的摩尔是负责建造熔炉的,他在采访中说过,要建一个把硅提纯出来的炉子,不简单。这八个人,用了半年时间,把整个流程跑通了,造出了100个晶体管,交到了IBM手里。这是他们开张的第一单。诺伊斯终生都保留着当年IBM开给他的支票的存根,因为这对他来说意义太重大了。后来,IBM并没有再给仙童订单,IBM也尝到了晶体管的甜头,本着有钱不赚王八蛋的想法,IBM成立了自己的分公司,专门生产晶体管。因为当时电子管只能用80个小时,晶体管和玻璃一样,用十年都没什么大问题。

在给IBM生产那100个晶体管的过程中,仙童发展出了自己的技术,当时只有德州仪器有自己的硅管,诺伊斯觉得他们不仅能造出硅管,还能造出比德州仪器更好的硅管。实际上,可能造的比德州仪器好吧,只是德州仪器不这么认为。当时,德州仪器使用的技术叫台式方案,用这种方法,半导体是按照正-负-正的方式一层一层的融到一块绝缘的芯片上。每层材料都涂了一层感光的化学物,然后再怎么处理我也没看懂,反正这种方法是德州仪器在使用。诺伊斯的仙童用的方案是平面加工法,先将硅晶块切割成片,然后打磨,再通过扩散,照相,蚀刻等工艺,在一块硅片上造出成百上千的硅管。最后再让一些眼神很好,心灵手巧的女工,在显微镜前,用镊子连接导线,最后封装成独立的单元。

因为咱也不会造晶体管,可能是后者的工艺比较先进吧,因为仙童的晶体管比德州仪器的小,晶体管是越小越好,所以,仙童靠体积小外加质量好,得到了美国军方的青睐,买了一批晶体管放在导弹上。在加工的时候,德州仪器的一名叫杰克•基尔比的员工和仙童的诺伊斯,分别同时发明了一种叫集成电路的东西。之所以叫同时发明,是因为这两家公司为了这个专利打了好久的官司,最后法官也无奈了,把集成电路这个专利分成了两部分,一部分给了基尔比,一部分给了诺伊斯,所以,这两个家伙经常同时出现领奖,但是他们并不是同事,而是竞争对手,一个在仙童,一个在德州仪器。有了这个大杀器专利,这两家公司在专利上赚了不少钱,毕竟芯片技术是比炼金术还要赚钱,河里有的是沙子,有沙子就能赚钱。同样是沙子,一车沙子在农村可能没多少钱,但是拉到仙童,做成芯片那就能卖很多钱,当然了,我觉得没有拉到守宙中心盖个房子赚钱,这样说起来,房地产才是当代的炼金术,芯片是炼银术。

杰克•基尔比也是个特别重要的人,虽然他不是仙童的,我还是讲讲这个人吧。这个家伙也是个牛人,他在来德州仪器的之前,已经在另一家美国军队的供应商里工作了很久,一边工作,一边自己研究,以每年两项专利的速度搞了十几项专利。他来德州仪器的时间不太多,德州仪器有个规定,工作满3个月,每年能带薪休假一个月。可能德州仪器真不是山东的,我们山东不可能有让你带薪休假一个月的公司,不996就已经是很好的公司了。他刚来,人家已经去休假了,结果那一个月,德州仪器里只有他自己一个人,也没什么事做,他就从一个实验室到另一个实验室的晃悠,结果他在散步的时候,他想到了一个主意:能不能把所有的元件,包括晶体管,二极管,电阻,电容都用硅来做,这样的话,在芯片里就能完成整个电路了。他在那一个月里,就不停的修改自己的方案,等到其它人休假一回来,他马上找他的主管,说了这件事。可惜的是,他的主管对此并不感兴趣,他的主管告诉他,现在一个晶体管100来美元,你用硅来制造电阻,电容,那玩意1美分能造一个,这不划算啊。

后来的故事当然是杰克•基尔比没有放弃,要是放弃了,以后就得不到诺贝尔物理奖了。这个人的英文名叫Jack Kilby,学计算机的肯定都知道触发器,有种触发器叫JK触发器,JK Flip-flop,就是以他的名字来命名的。除了电台,我还做了一个视频,我打算从晶体管开始实现出一台电脑出来,里面有个内容是用晶体管做出JK触发器来,这是一个巨大的工程,我打算像做电台一样把这件事情做下去。不过这一次,我觉得比做电台要简单一点。我做电台的时候,包括现在,总是有人嫌我口音太难听了,我已经习惯了。我录了三期视频了,有人建议我不要出镜,长的太丑了。其实我录电台也好,录视频也好,最重要的是在多年以后,让我自己或者我的后代能听到我,看到我现在的样子。这是最重要的,虽然我也会迁就听众或者观众,但是总体上,我是不可能用变声器或者美颜相机的。这些视频我都上传到YouTube上,国内的话上传到bilibili网站上,名字叫《忽软忽硬》,因为我一会儿讲软件,一会儿讲硬件,并没有其它的意思。我觉得用晶体管现实所有的逻辑门,然后再构建一台可以运行的电脑,还是比较有意义的。我觉得现在的电脑已经层层叠叠的,很难让人真正理解它了,如果能从最基础的地方一点点构建起来,也许对自己,对别人有意义。

大家都应该知道摩尔定律,他预测一块芯片中的芯片每24个月就能翻一番,但是后来发现这个预测有点保守,他修改成了18个月。

集成电路被发明以后,只用了5年时间就超越了单个晶体管市场。大家都喜欢用集成电路来代替晶体管,主要还是便宜。大家又从一窝蜂的造单个晶体管开始造集成电路,在高峰时期,1965年的时候,美国光造集成电路的公司就有1000多家,于是,市场饱和,价格就开始崩盘,200个晶体管的价格从一年前的44美元,下降到12美元,一年降了70%。这说明这一行有钱赚,大量的资金开始进来,冲击这一行。仙童公司也不能免俗,创建仙童的这些人,开始慢慢的离开公司,下一期再讲一期仙童,看看这个盛极一时的公司是如何分裂,以致消亡的。

刘延栋 wechat
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