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(lèi)別：邏輯

　　年代：1971

　　那是在1970年的夏天。芯片設計師Hans Camenzind當時(shí)是硅谷半導體公司西格尼蒂克(Signetics)的顧問(wèn)。當時(shí)經(jīng)濟下滑，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(mài)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)至今日仍被廣泛應用于廚房電器、玩具、宇宙飛船等數千種電子電路的設計中。

　　“它險些沒(méi)能面世?！睅啄昵?nbsp;Camenzind 在接受 IEEE Spectrum 訪(fǎng)問(wèn)時(shí)回憶道。Camenzind于2012年去世。

　　萌發(fā)555的點(diǎn)子時(shí)，Camenzind正在設計被稱(chēng)為“鎖相環(huán)路”( phase-locked loop)的電路。只要對做一些修改，這個(gè)電路就能變成一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器：觸發(fā)它后它能運行特定的一段時(shí)間。這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，當時(shí)還沒(méi)有類(lèi)似這樣的東西。

　　最初，Signetics的工程部門(mén)反對這個(gè)想法。當時(shí)公司已經(jīng)有可以組裝成定時(shí)器的組件銷(xiāo)售。555的命運險些就這樣結束了。但Camenzind堅持他的idea。他去找Signetics的市場(chǎng)經(jīng)理 Art Fury。幸運的是，Fury很喜歡這個(gè)idea。

　　Camenzind花了將近一年的時(shí)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(shuō)：“這一切都是手工完成的，沒(méi)有使用電腦?！弊罱K的設計有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被飛利浦半導體公司(現在的恩智浦半導體)收購，據該公司說(shuō)，555的銷(xiāo)量已經(jīng)達到數十億枚。今天的工程師們仍然使用555設計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”的戰車(chē)前燈。

　　賽靈思 XC2064 FPGA(1985)

　　Xilinx XC2064 FPGA

　　制造商：賽靈思(Xilinx)

　　類(lèi)別： Logic

　　年代： 1985

　　早在20世紀80年代初，芯片設計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)相當激進(jìn)的想法。他設計了一個(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。其結果是有時(shí)候一部分晶體管不會(huì )被使用到，但是Freeman認為摩爾定律最終會(huì )讓晶體管成本變得低廉，不再有人關(guān)心晶體管浪費的問(wèn)題。他是對的。他把這個(gè)芯片命名為“現場(chǎng)可編程門(mén)陣列”(FPGA)，并且為了推銷(xiāo)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(hù)要做的那樣。賽靈思前首席技術(shù)官Bill Carter回憶起當時(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(xiàn)電，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，數據中心路由器等等都有FPGA的應用。

　　莫斯特克MK4096 4-Kilobit DRAM(1973)

　　Mostek MK4096 4-Kilobit DRAM

　　制造商：莫斯特克(Mostek)

　　類(lèi)別：記憶 & 存儲

　　年代： 1973

　　計算機在運行程序時(shí)使用隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器(random access memory)，簡(jiǎn)稱(chēng)RAM，作為其工作空間?，F在的RAM芯片有兩種特性：靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM，或簡(jiǎn)稱(chēng)SRAM和DRAM。只要計算機開(kāi)啟后，SRAM就保持內容不變，但DRAM必須不斷更新。DRAM相對SRAM的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)存儲單元都很簡(jiǎn)單，這意味著(zhù)可以將更多的數據打包到給定的空間中。今天大多數計算機都使用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(lái)了一個(gè)關(guān)鍵的創(chuàng )新，一種被稱(chēng)為地址復用(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(fǎng)問(wèn)內存的行和列。這是通過(guò)依次發(fā)送行和列尋址信號實(shí)現的。因此，芯片不需要太多的引腳，同時(shí)由于內存密度增加，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存則有22針腳。

　　Mostek將未來(lái)壓在了這款芯片上。高管們開(kāi)始到處向客戶(hù)、合作伙伴、新聞媒體甚至自己的員工進(jìn)行宣傳。當時(shí)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(lái)到他的夜班崗位進(jìn)行了一次研討會(huì )。Beckhusen說(shuō)：“他們當時(shí)大膽地預測，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Φ?。4096和它的后續者成為了主流的DRAM，地址復用技術(shù)也成為了處理更大的內存的標準方式。

　　東芝NAND閃存(1989)

　　Toshiba NAND Flash Memory

　　制造商： 東芝(Toshiba)

　　類(lèi)別： 記憶 & 存儲

　　年代： 1989

　　當東芝的一名工廠(chǎng)經(jīng)理舛岡富士雄(Fujio Masuoka)決定重新開(kāi)發(fā)半導體內存時(shí)，閃存(flash memory)的發(fā)明傳奇也就此拉開(kāi)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。

　　在閃存出現之前，存儲大量數據的唯一方式是使用磁帶，軟盤(pán)或硬盤(pán)。許多公司都在努力設計固態(tài)的替代方案，但是當時(shí)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(xiàn)照射來(lái)擦除數據)和EEPROM(多出的E代表“電”，不需要紫外線(xiàn)擦除)都無(wú)法低成本地存儲大量數據。

　　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(gè)半秘密的項目，目的是研發(fā)一個(gè)可以存儲大量數據，而且成本低廉的內存芯片。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 )持續下降?！?nbsp;舛岡說(shuō)道，他現在是Unisantis電子公司的首席技術(shù)官。

　　舛岡的團隊設計了EEPROM的一種變體，它的特征是一個(gè)存儲單元只包含單個(gè)晶體管。當時(shí)，傳統的EEPROM每個(gè)存儲單元需要兩個(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，他們根據芯片的超快速擦除功能而取名“閃”(flash)。你也許會(huì )認為東芝很快就將這個(gè)發(fā)明投入生產(chǎn)，并且看著(zhù)它帶來(lái)滾滾財富。錯了。你們對這家龐大的公司如何利用它內部的創(chuàng )新不夠了解。實(shí)際情況是，舛岡的老板對他說(shuō)，好了，忘掉這個(gè)發(fā)明吧。

　　當然了，舛岡怎么可能忘記他的發(fā)明。在1984年，舛岡在舊金山的IEEE國際電子設備大會(huì )展示了他的閃存的設計圖紙。這促使英特爾公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于“或非”(NOR)邏輯門(mén)類(lèi)型的閃存。1988年，英特爾發(fā)布了一款256KB的芯片，用于汽車(chē)、計算機以及其他大眾市場(chǎng)設備，為英特爾帶來(lái)了不俗的新業(yè)績(jì)。

　　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。而且正如舛岡所預測的那樣，價(jià)格不斷下降。

　　20世紀90年代末，數碼攝影開(kāi)始采用閃存，使得閃存出現了爆發(fā)，東芝成為這個(gè)數十億美元市場(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(kāi)了東芝。(后來(lái)舛岡以知識產(chǎn)權糾紛起訴東芝公司，并獲得了8700萬(wàn)日元的賠償。)

　　今天，NAND閃存已經(jīng)成為手機、照相機、音樂(lè )播放器等各種小設備，甚至航天探測器的關(guān)鍵部分，并且開(kāi)始取代硬盤(pán)成為筆記本和臺式電腦的首選存儲介質(zhì)。