回顧美日DRAM芯片之爭

　　1973年石油危機(jī)爆發(fā)后，歐美經(jīng)濟(jì)停滯，電腦需求放緩，影響了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。而英特爾在DRAM存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域的份額也快速下降。因?yàn)樗麄円齺砹烁偁帉?duì)手，主要有德州儀器(TI)、莫斯泰克(Mostek)和日本NEC。而日本電子企業(yè)、汽車企業(yè)的兇猛攻勢，最終引爆了美日兩國的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)爭。

　　1931年，美國IBM公司生產(chǎn)的KeyPunch 031型打孔卡數(shù)據(jù)記錄裝置。打孔卡(霍列瑞斯式卡)利用卡紙上打孔來記錄信息。1928年，IBM推出新版打孔卡，這種卡采用長方孔，共有80列。1932年IBM發(fā)明了磁鼓存儲(chǔ)。但是直到1950年代，打孔卡機(jī)銷量巨大，依然占據(jù)IBM公司凈利潤的30%。1952年IBM推出磁帶式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，后來發(fā)展出磁盤式機(jī)械硬盤。1956年IBM購買王安的磁芯存儲(chǔ)器專利，1966年開發(fā)出晶體管DRAM內(nèi)存技術(shù)。照片拍攝自IBM博物館。

　　美國電子產(chǎn)業(yè)孵化期

　　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)械的起源，最早可追溯至1830年代，英國人巴貝奇研制的機(jī)械式數(shù)據(jù)分析機(jī)。該機(jī)采用在硬紙卡片上打孔的方式輸入數(shù)據(jù)，相當(dāng)于只讀存儲(chǔ)器，容量只有可憐的675個(gè)字節(jié)(1K=1024字節(jié))，也就是記錄差不多六百多個(gè)字母的數(shù)據(jù)符號(hào)。穿孔卡片在19世紀(jì)后期用于政府人口統(tǒng)計(jì)等領(lǐng)域。美國IBM公司最早就是靠生產(chǎn)打孔卡數(shù)據(jù)機(jī)起家。到1930年代，IBM公司希望用新技術(shù)來取代打孔卡，便投資研制磁性數(shù)據(jù)記錄裝置。

　　1932年，美國IBM公司的奧地利裔工程師古斯塔夫·陶斯切克(Gustav Tauschek)，發(fā)明了第一種被廣泛使用的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，稱為“磁鼓存儲(chǔ)器”，采用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。磁鼓非常笨重，像個(gè)兩三米長的巨型滾筒，內(nèi)部安裝磁性介質(zhì)的高速旋轉(zhuǎn)圓筒(每分鐘1萬轉(zhuǎn))，和一排固定讀/寫磁頭，用來讀取、寫出數(shù)據(jù)。雖然塊頭挺大，但磁鼓的存儲(chǔ)容量也只有幾K而已，售價(jià)卻極其昂貴。

　　到第二次世界大戰(zhàn)期間，美國陸軍為了提高火炮彈道計(jì)算速度，出資研制電子計(jì)算機(jī)。1946年2月，世界第一臺(tái)大型電子計(jì)算機(jī)ENIAC，在賓夕法尼亞大學(xué)誕生。這臺(tái)重達(dá)30噸的計(jì)算機(jī)，最初采用?？颂?J.P.Eckert)設(shè)計(jì)的水銀延遲線存儲(chǔ)器，容量約17K。但是該機(jī)并不具備存儲(chǔ)程序的能力，程序要通過外接電路板輸入。對(duì)于每種類型的題目，都要設(shè)計(jì)相應(yīng)的外接插板，要改變程序必須切換相應(yīng)的電路板，因此操作起來非常麻煩。直到1954年在該機(jī)加裝了磁鼓存儲(chǔ)器。

　　美國早期電子工業(yè)發(fā)展，主要依靠軍事工業(yè)項(xiàng)目投資。而且為了爭奪軍費(fèi)預(yù)算，三大軍種相互攀比。1947年，剛剛成立的美國空軍，便花費(fèi)巨資，以每年100萬美元的巨額預(yù)算(ENIAC的總經(jīng)費(fèi)才10萬美元)，資助麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室，研制旋風(fēng)(Whirlwind)計(jì)算機(jī)，用于飛行模擬器訓(xùn)練。由于處理飛機(jī)穩(wěn)定性需要運(yùn)算2000條以上指令，而傳統(tǒng)的串行計(jì)算機(jī)，只能對(duì)指令逐一執(zhí)行，速度很慢。麻省研究人員因此改用并行運(yùn)算結(jié)構(gòu)。1951年4月問世的旋風(fēng)計(jì)算機(jī)，也因此成為世界第一臺(tái)具備程序存儲(chǔ)功能的并行計(jì)算機(jī)。旋風(fēng)采用新發(fā)明的陰極射線管磁芯存儲(chǔ)器作為內(nèi)存，速度提高2倍。

　　1949年，麻省理工學(xué)院主持研制旋風(fēng)計(jì)算機(jī)的福里斯特教授(Jay Forrester)，提出磁芯存儲(chǔ)器設(shè)想。但是，磁芯存儲(chǔ)器的專利擁有者，卻是個(gè)中國人。當(dāng)時(shí)，在哈佛大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室工作的王安博士(上海人，公派留學(xué)生)，研制出了磁芯存儲(chǔ)器，并于1949年10月申請專利。

　　1951年，王安離開哈佛大學(xué)，以僅有的600美元，創(chuàng)辦了名為王安實(shí)驗(yàn)室的電腦公司，開始出售磁芯存儲(chǔ)器，單價(jià)4美元一個(gè)。王安的生意并不好，但嗅覺敏銳的IBM公司聞風(fēng)而來，邀請他擔(dān)任技術(shù)顧問，并購買磁芯器件。到1956年，王安將磁芯存儲(chǔ)器的專利權(quán)，以50萬美元賣給IBM公司。王安電腦公司由此擴(kuò)張為美國電腦巨頭之一，直至1992年破產(chǎn)。

　　磁芯存儲(chǔ)器是繼磁鼓之后，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展的第二個(gè)里程碑。直至1970年代初，世界90%以上的電腦，還在采用磁芯存儲(chǔ)器，其后被英特爾批量生產(chǎn)的半導(dǎo)體晶體管DRAM內(nèi)存取代。DRAM內(nèi)存能夠問世，主要是基于半導(dǎo)體晶體管和集成電路技術(shù)。

　　1959年2月，美國德州儀器(TI)工程師杰克·基爾比(Jack Kilby)，制成世界第一塊集成電路。在資本力量推動(dòng)下，集成電路產(chǎn)業(yè)迅速改變了人們的生活方式，并形成了以萬億美元計(jì)算的龐大產(chǎn)業(yè)鏈體系。

　　仙童與德州儀器的戰(zhàn)爭

　　1947年12月，美國新澤西州貝爾實(shí)驗(yàn)室，研制出世界第一個(gè)鍺晶體管。到1955年，高純硅的工業(yè)提煉技術(shù)已成熟，可以用來替代昂貴的鍺材料。1956年，為了實(shí)現(xiàn)晶體管商用化，威廉·肖克利博士(生于英國)離開貝爾實(shí)驗(yàn)室，回到家鄉(xiāng)——加州圣克拉拉，創(chuàng)建半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室。

　　恐怕連他自己也想不到，半個(gè)世紀(jì)后，他那個(gè)兒時(shí)的家鄉(xiāng)，會(huì)成為名震世界的“加州硅谷”，并從他的實(shí)驗(yàn)室里，走出了仙童、英特爾、AMD、國家半導(dǎo)體(NS)，等一大批美國電子巨頭，燒起了硅谷戰(zhàn)火。而在當(dāng)時(shí)，硅谷只有一家名叫惠普的小公司。

　　1956年，肖克利因參與發(fā)明晶體管，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而到了1957年，因?yàn)殡y以忍受肖克利的粗暴脾氣，諾伊斯、摩爾等八名技術(shù)精英，離開了肖克利實(shí)驗(yàn)室;在仙童照相器材公司老板的投資下，獲得3600美元?jiǎng)?chuàng)業(yè)基金，租了一間小屋，創(chuàng)建了仙童半導(dǎo)體(Fairchild)公司。

　　仙童創(chuàng)業(yè)初期主要研制臺(tái)面型雙擴(kuò)散晶體管，用硅來取代成本昂貴的鍺材料。1958年1月，IBM公司給仙童下了第一張訂單，以150美元訂購100個(gè)新研制的硅晶體管。憑借硅晶體管的成本性能優(yōu)勢，到1958年底，仙童公司已經(jīng)擁有50萬美元銷售額和100名員工。

　　IBM向仙童訂購硅晶體管，主要是由于北美人航空公司中標(biāo)的XB-70戰(zhàn)略轟炸機(jī)，IBM為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)采購高壓硅晶體管。IBM希望與仙童簽訂1-3年的長期軍事供貨合同。除此之外，仙童的硅晶體管，還可用于民兵(Minuteman)洲際彈道導(dǎo)彈的導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)。巨額軍工訂單，是美國電子巨頭發(fā)展的重要資金來源。

　　1959年2月，美國老牌電子巨頭德州儀器(TI)，開發(fā)出集成電路。工程師杰克·基爾比(Jack Kilby)，為了解決將大量孤立的電子器件，整合成電路的困難，于是構(gòu)思出集成電路。他在一塊半個(gè)回形針大小的，銀色半導(dǎo)體鍺襯底上，用幾根零亂的黃金膜導(dǎo)線，將1只晶體管、4只電阻、3只電容等分立元件焊接在一起，制成世界上第一片集成電路。

　　但是，這種焊接方法難以投入工業(yè)批量生產(chǎn)。仙童公司聞?dòng)嵑?，?chuàng)始人諾依斯提出：可以用蒸發(fā)沉積金屬的方法，取代焊接導(dǎo)線，用于批量制造集成電路。1959年7月仙童申請了集成電路專利。而為了爭奪集成電路發(fā)明權(quán)，德州儀器與仙童開始了曠日持久的爭執(zhí)。雙方在集成電路產(chǎn)品上，也是競爭對(duì)手。(2000年基爾比拿到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))

　　1960年，美國仙童公司半導(dǎo)體工廠的擴(kuò)散區(qū)。