Halbleiterwissen und Geschichte der Chipentwicklung

Halbleiterwissen und Geschichte der Chipentwicklung

1、Überblick über die rasante Entwicklung von Halbleitern über ein halbes Jahrhundert

Was ist ein Halbleiter?

Ein Halbleiter ist eine Art Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit, die zwischen der von Leitern und Isolatoren liegt.Im Vergleich zu Leitern und Isolatoren wurden Halbleitermaterialien erst relativ spät entdeckt.Erst in den 1930er Jahren wurde die Existenz von Halbleitern durch Verbesserungen bei den Materialreinigungstechniken von der akademischen Gemeinschaft wirklich anerkannt.

Halbleiter bestehen hauptsächlich aus vier Komponenten: integrierte Schaltkreise, optoelektronische Geräte, diskrete Geräte und Sensoren.Da integrierte Schaltkreise mehr als 80 % der Halbleiterbauelemente ausmachen, werden Halbleiter häufig mit integrierten Schaltkreisen gleichgesetzt.

Integrierte Schaltkreise werden weiter in vier Haupttypen eingeteilt: Mikroprozessoren, Speicher, Logikgeräte und analoge Geräte.Sie werden allgemein als Chips bezeichnet.Wenn Menschen von Chips sprechen, meinen sie oft ein schwarzes, kastenartiges Objekt, das aus Transistoren besteht.

Was ist ein Transistor?

Streng genommen bezieht sich ein Transistor im weitesten Sinne auf jedes einzelne Element, das auf Halbleitermaterialien basiert, einschließlich verschiedener Geräte wie Dioden, Trioden, Feldeffekttransistoren und Thyristoren aus Halbleitermaterialien.Der Begriff „Transistor“ bezieht sich manchmal speziell auf Bipolartransistoren.

Daher können wir verstehen, dass Transistoren aus Halbleitermaterialien hergestellt werden und diese Transistoren Chips bilden.

2、Geburt des Transistors

Die Erfindung des Transistors lässt sich bis ins Jahr 1929 zurückverfolgen, als der Ingenieur Lilienfeld ein Patent für einen Transistortyp erhielt.Aufgrund der damaligen technologischen Einschränkungen erreichten die Materialien zur Herstellung von Transistoren jedoch nicht die erforderliche Reinheit, was ihre Herstellung unmöglich machte.

Im Dezember 1947 entwickelte ein Forschungsteam der Bell Labs, bestehend aus Shockley, Bardeen und Brattain, einen Punktkontakt-Germaniumtransistor.

1956 erhielten Shockley, Bardeen und Brattain für ihre Erfindung des Transistors gemeinsam den Nobelpreis für Physik.Shockley wird auch als Vater des Transistors gefeiert.

Warum sind Transistoren angesichts der Leistungsfähigkeit von Chips geeignet?

Für digitale Schaltkreise ist die Logik das Wesentliche, und alle Funktionen laufen letztendlich auf logische Funktionen hinaus.Die Grundbausteine ​​der Logik sind logisch 0 und logisch 1.

Transistoren erfüllen genau diese Funktion – sie steuern ihr eigenes Öffnen und Schließen durch elektrische Signale, um 0 und 1 durch den Zustand des Schalters darzustellen, der offen oder geschlossen ist.

3、Klatsch in der Geschichte

Natürlich wäre es langweilig, nur über Prinzipien oder Geschichte zu diskutieren.Lassen Sie uns einige Gerüchte über die Entwicklung von Halbleitern untersuchen.

Wie bereits erwähnt, wurde Shockley, der als „Vater des Transistors“ gefeiert wird, in London geboren und zog im Alter von drei Jahren mit seinen Eltern nach Kalifornien.Beeinflusst durch das wissenschaftliche Denken seiner Eltern, trat er in das MIT ein und erlangte später einen Ph.D.in Festkörperphysik, blieb als Lehrer tätig.

Später warb Kelly, der Vizedirektor der Bell Labs in New Jersey, Shockley aus Massachusetts ab.Auch nach der erfolgreichen Erfindung des Transistors war Shockley nicht zufrieden.Er experimentierte weiter mit dem Ziel, bessere Transistoren zu erfinden und zu kommerzialisieren.

Gleichzeitig war die industrielle Raffinationstechnologie für hochreines Silizium ausgereift und Transistoren aus Siliziumwafern tauchten in Radios auf.Shockley, der bei Bell Labs arbeitete, wurde unruhig.Er sah die zukünftige Geschäftsmöglichkeit, konnte aber nur zusehen, wie Bell Labs von seiner Erfindung profitierte.Darüber hinaus schadete die Instabilität der Transistorleistung seinem persönlichen Ruf.

Schließlich brach der Konflikt aus, vor allem aus Interessengründen.

4、Geburt des Silicon Valley

1955 kehrte Shockley mit Unterstützung von Beckman in seine Heimatstadt Santa Clara Valley zurück und gründete sein eigenes Unternehmen.

Santa Clara liegt im südlichen Teil der San Francisco Bay Area und verfügt über eine strategische Lage, eine wunderschöne Umgebung und bequeme Transportmöglichkeiten.Von da an erlangte dieses enge Tal Weltruhm.

Nach der Gründung seines Unternehmens rekrutierte Shockley schnell eine Gruppe sachkundiger und technisch versierter Talente und schuf so scheinbar einen Giganten der Halbleiterbranche, der bereit war, an der Weltspitze zu stehen.Es ereigneten sich jedoch unerwartete Ereignisse.

Die acht Verräter des Silicon Valley.

Obwohl Shockley ein brillantes Genie war, war er kein guter Manager.Er kontrollierte fast im Alleingang die Entwicklungsrichtung des Unternehmens und handelte dabei willkürlich und diktatorisch.Er war sich seiner eigenen Mängel nicht bewusst und akzeptierte die vernünftigen Vorschläge seiner Kollegen nicht, was letztendlich dazu führte, dass das Unternehmen lange Zeit keine Produkte produzierte.

In Bezug auf zwischenmenschliche Beziehungen übersah er die beiden wichtigsten Aspekte – Respekt und Vertrauen.Auf verschiedene Weise hielt Shockley die technologischen Patente fest im Griff, ein eigennütziger Managementansatz, der schließlich zum Niedergang des Unternehmens führte.

Am 18. September 1957 traten acht junge Leute unter der Führung von Noyce wütend zurück.Als Shockley davon erfuhr, nannte er sie wütend die „Verräterischen Acht“. Zu den Verrätern des Silicon Valley Acht gehörten N. Noyce, R. Moore, J. Blank, E. Kliner, J. Hoerni, J. Last und S. Boberts , und V. Grinich.

5、Die Legende von Fairchild

Bald darauf sicherten sich diese acht Personen beträchtliches Risikokapital.Der Investor war der Visionär Sherman Fairchild, was zur Gründung von Fairchild Semiconductor führte, benannt nach dem Investor.

Sherman Fairchild hielt die Mehrheitsbeteiligung, mit Noyce als Manager.Unter diesem neuen Managementmodell entwickelte sich Fairchild Semiconductor schnell und wurde in weniger als einem halben Jahr profitabel.

Gleichzeitig brachten Fairchilds zwei bahnbrechende Patente, eines für die planare Verarbeitung – ein von Jean Hoerni erfundenes Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschaltkreisen – und das andere für integrierte Schaltkreise, Fairchild an die Spitze der globalen Halbleiterindustrie.

In den Jahren 1958–1959 erfand Robert Noyce von Fairchild den integrierten Siliziumschaltkreis.Tatsächlich hatte Jack Kilby von Texas Instruments zuvor den integrierten Germaniumschaltkreis erfunden.Da beide unabhängig voneinander im selben Jahr integrierte Schaltkreise erfanden, ohne die Arbeit des anderen zu kennen, teilen sie beide die Ehre, die Erfinder integrierter Schaltkreise zu sein.

Heutzutage erscheint es selbstverständlich, mehrere Schaltkreise zu integrieren, um Platz zu sparen.Diese einfache Idee hat jedoch unsere Welt verändert.Viele großartige Erfindungen basieren oft auf einer einfachen Idee.Selbst wenn diese beiden Personen nicht zuerst daran gedacht hätten, hätte es wahrscheinlich jemand anderes getan, aber die Geschichte erinnert sich an diejenigen, die den ersten Schritt wagten.

Zu diesem Zeitpunkt florierte Fairchild Semiconductor und die Halbleiterindustrie glich einer riesigen Goldmine, die darauf wartete, dass Fairchild sie nach Belieben ausbeutete.Der Großteil des Eigenkapitals von Fairchild befand sich jedoch in den Händen des Investors Sherman Fairchild.Gleichzeitig wurden die Gewinne von Fairchild Semiconductor kontinuierlich an die Ostküste transferiert, um die Fairchild Camera and Instrument Corporation zu unterstützen.Angesichts dieser Situation begannen die Mitarbeiter von Fairchild Semiconductor eine neue Welle von Kündigungen und unternehmerischen Aktivitäten.

6、Überall blühend

1968 gründeten Noyce und Moore, nachdem sie Fairchild verlassen hatten, Intel, und Moore wurde als Begründer des Mooreschen Gesetzes bekannt.Das Mooresche Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der auf einem Chip integrierten Transistoren etwa alle 18 Monate verdoppelt.

1969 gründete Jerry Sanders, damals Vertriebsleiter bei Fairchild, AMD mit sieben weiteren Fairchild-Mitarbeitern.

Viele bekannte Unternehmen wie National Semiconductor (jetzt von TI übernommen), Altera (jetzt von Intel übernommen) und andere hatten Gründer von Fairchild Semiconductor.

Wie das Sprichwort besagt, dass Apple nicht weit vom Stamm fiel, brachten Intel und AMD, gegründet von ehemaligen Fairchild-Mitarbeitern, auch zahlreiche brillante Talente hervor, die später ihre eigenen Unternehmen gründeten.Insbesondere Intel kann auf eine bemerkenswerte Geschichte zurückblicken.Andy Grove, ein ungarischer Einwanderer, kam als dritter Mitarbeiter zu Intel.Damals war das Unternehmen nur eine kleine Werkstatt, zu deren Eingang ein unbefestigter Weg führte.

Später wurde er CEO von Intel und führte Intel auch in den 1990er Jahren weiter.Während seiner Amtszeit entwickelte sich Intel von einer kleinen Werkstatt zu einem großen Konzern.Dieses Beispiel von jemandem, der ganz unten angefangen und an die Spitze aufgestiegen ist, verkörpert den Geist des Silicon Valley.

7、Die Wunder des Silicon Valley

Von den 1960er bis 1970er Jahren bestand das Silicon Valley hauptsächlich aus mehreren Straßen in Santa Clara.Es war ein Ort, an dem Ingenieure die Freiheit genossen, unabhängig zu arbeiten, Unternehmer zusammenkamen und Risikokapitalgeber kommunizierten.Das Silicon Valley wurde zu einem Zufluchtsort für solche Talente.

Intel und AMD haben im Halbleiterbereich neue Höhen erreicht.In den 1980er Jahren brachte das Wachstum des PC-Marktes beiden immensen Reichtum.

In dieser Zeit war Intel wie ein Vater, während AMD dem erfolgreichen Sohn ähnelte.AMD war in seinen Anfangsjahren vollständig von Intels Technologien abhängig.Es war, als würde ein Sohn vom Ruhm seines Vaters leben, und seine Handlungen beschränkten sich auf das, was der Vater erlaubte.Es scheint jedoch, dass der Sohn unzufrieden war.Er wollte den Zwängen des Vaters entfliehen, frei sein und eigene Technologien entwickeln.

Im Jahr 1991 geriet AMD als Zulieferer von Intel-Chips in einen Lieferengpass, der zu einer Absatzkrise führte.Zu diesem Zeitpunkt legte Vertriebsleiter Sanders eine Strategie vor, in der er behauptete, dass AMD sich nicht mehr damit zufrieden gebe, ein zweitklassiger Lieferant für Intel zu sein, und versprach, eigene Chips mit x86-Architektur zu entwickeln.

Damals stellten viele Menschen die Machbarkeit dieses Plans in Frage.Die technischen Schwierigkeiten und Risiken bei der Erstellung einer x86-Architektur waren immens.Das größte Problem war die Notwendigkeit der Kompatibilität mit der Intel-Architektur.Wenn AMD keine vollständige Kompatibilität erreichen könnte, würde es seinen Kundenstamm verlieren.Trotz der Skepsis wagte sich AMD in den Bereich der x86-Architektur, eine Entscheidung, die das Schicksal des Unternehmens veränderte.

8、Die Welt gestalten

In den späten 1990er Jahren erlebte die Computerindustrie einen tiefgreifenden Wandel.Das von Intel und AMD dominierte PC-Zeitalter wich allmählich einem neuen Zeitalter – dem Internet-Zeitalter.

Bis 1997 hatte AMD erfolgreich den K6-Prozessor entwickelt, der Intels Pentium-Prozessor hinsichtlich Leistung und Preis übertraf.Zum ersten Mal verschaffte sich AMD einen Wettbewerbsvorteil.

Etwa zur gleichen Zeit sah sich Intel mit rechtlichen Problemen und kartellrechtlichen Untersuchungen konfrontiert.Sein Ruf litt, und sein Geschäftsmodell, das sich auf Hochleistungsprozessoren konzentrierte, wurde fragwürdig.AMD nutzte diese Gelegenheit, um seinen Marktanteil auszubauen.

Der Erfolg der K6-Serie und der nachfolgenden Athlon-Prozessoren festigte AMDs Position als starker Konkurrent von Intel.Dieser Wettbewerb kam den Verbrauchern zugute, da er zu Innovationen und einer verbesserten Leistung auf dem Prozessormarkt führte.

9、Das Duell der Titanen

Die Rivalität zwischen Intel und AMD verschärfte sich in den 2000er Jahren weiter.Beide Unternehmen brachten eine Reihe innovativer Prozessoren auf den Markt, die die Grenzen von Leistung und Energieeffizienz sprengten.

Die 2006 eingeführte Core-Architektur von Intel markierte einen deutlichen Leistungssprung.Unterdessen stellte AMD 2017 die Ryzen-Serie vor und forderte damit Intels Dominanz auf dem Markt für Hochleistungsprozessoren heraus.

Der Wettbewerb zwischen Intel und AMD war eine treibende Kraft für Innovationen in der Halbleiterindustrie.Jedes Unternehmen hat die Grenzen der Technologie erweitert, um schnellere, effizientere und leistungsfähigere Prozessoren zu liefern.

10、Die moderne Landschaft

Nach meinem letzten Wissensupdate im Januar 2022 sind sowohl Intel als auch AMD wichtige Akteure in der Halbleiterindustrie.Intel ist in verschiedenen Computersegmenten stark vertreten, darunter Desktops, Laptops und Server.AMD hat mit seinen Ryzen- und EPYC-Prozessoren erhebliche Marktanteile gewonnen, insbesondere im Consumer-Desktop- und Servermarkt.

Die Halbleiterindustrie als Ganzes hat sich mit Fortschritten in der Prozesstechnologie, dem Chipdesign und der Integration neuer Technologien wie künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen kontinuierlich weiterentwickelt.