要想了解电脑芯片史，这4个方面不可不知！
其实很早就想写一个专门介绍芯片发展历史的专栏，尤其是电脑芯片，现在终于抽出时间，专门静下心来，好好的为各位我最亲爱的读者，将电脑芯片发展近两百年的混乱篇章进行梳理、规整，以一个让大家阅读起来，更容易接受的，循序渐进的，接近于编年体的形式展现出来。
芯片，其实是一个统称，毕竟芯片现在有很多的种类，那么为什么我们要在芯片简史这个系列中，先去介绍电脑芯片呢？
主要的原因就在于，电脑芯片的发展较早，或者说，是电脑芯片引领了芯片行业的发展。
在标题中，我们提到需要先对4个方面做到有一定的认知，因为如果这四个方面我们都不了解，那么在熟悉电脑芯片发展历史上，这算是一个巨大的空白，而且即便我们了解了电脑芯片发展的历程，但对电脑芯片的认识，可能还是模糊的。
这4个方面，分别是半导体材料、计算机、晶体管和集成电路。
现在我们常说的芯片，其实专业的名词就叫做集成电路，而后来芯片的发展，其实也就是集成电路的发展，因此在集成电路出现之前的事情，如果无法做到足够的了解，就不利于我们理解后来芯片的发展。
想必大家也都知道，现在制造出来的芯片，主要是利用硅这种半导体原材料制造出来的，那么首先，我们就要对半导体原材料的发展进行了解。
在芯片出现之前，人们根本不知道可以利用半导体材料来进行芯片的制作，而且在芯片出现之前的一百多年前，人们对半导体的了解可以说一知半解，或者说，根本不知道有半导体材料的存在。
事实上，半导体这个名词是在1911年被提出的，但是在此之前的近一百年，人们已经开始对这种材料进行研究，半导体材料首次进入人类的视野，是在1833年，英国科学家法拉第第一个发现了半导体材料的四大特性之一：电阻率的负温度特性。
此刻我们不得不佩服人类的智慧，半导体被发现之后，在随后的40多年里，其另外的三大特性也先后被逐一发现，正是因为这些前人的努力，才为半导体材料在后来芯片中的利用打下了坚持的理论基础。
下一个我们要说的，就是计算机，需要指出的是，并非是先有了芯片才有的计算机，也不是芯片和计算机是同时出现的，确切的说，计算机比芯片出现的时间要早。
现在我们将计算机也称之为电脑，但当时的计算机就是计算机，没错，它的主要作用就是进行数学计算。
事实上，即便是我们现在称呼的电脑，其芯片的功能，核心也依然是进行数学计算，例如现在在评价一款芯片的性能时，我们仍然可以看到关于其整数计算能力、浮点计算能力等的评测。
只不过现在的数学计算是为了实现某些功能，完成某些任务，而当时的计算就是单纯的数字计算。
因此我们可以将最初的计算机想象成现在的计算器。
最初的计算机的诞生，与两个方面有关，其一是收音机的发展，也就是广播通信；其二就是二战的影响。
收音机得益于采用了真空管技术，但很快人们便想到，真空管或许可以被应用于制造电子计算机，以实现效率更高和准确率更高的数学计算，而二战的到来加速了真空管电子计算机的发展。
这种计算机的研究，从20世纪20年代便在很多国家开始发展，在计算机被发明之前，1933年，美国人布莱克发明了负反馈放大器，并利用该原理实现了利用电信号进行数学计算，这直接被用于二战中的火炮控制等场景，因此直接加速了后来电子计算机的诞生。
然而真正意义上的第一台真空管电子计算机，却并非出现在美国，而是德国。
1941年，德国人朱斯发明了第一台电子计算机Z-3，但这台计算机的计算能力并不高，例如进行一次乘法运算，最多需要5秒钟，现在想来是不是有点不可思议。
但很快，在3年后的1944年，蓝色巨人开始登场，它就是IBM。
在1944年，电子计算机MARK-1被研制出来，但技术却并非来自IBM，而是出自哈佛大学，IBM提供了资金支持。
该计算机已经可以解微分方程，成为当时计算机的最高水平。
但后来出现的埃尼阿克，才是一个标志性的事件。
在MARK-1出现两年后的1946年，美国宾夕法尼亚大学研制出了埃尼阿克，它达到了当时真空管计算机的最高水平，让人们看到了计算机的强大算力，例如在埃尼阿克之前速度最快的计算机，在计算40点弹道计算时需要用时120分钟，也就是7200秒，但埃尼阿克只需要3秒，速度提升了2400倍，这无法不让人们感到疯狂。
因此埃尼阿克被誉为第三次工业革命的开端。
也正是因为埃尼阿克的出现，让很多科学家开始关注电子计算机的发展，一个最有里程碑的事件，就是数学家冯诺依曼改进了计算机的结构设计，也就是计算机包括的五大组成部分：输入部分、输出部分、存储部分、运算器和控制器，这个模型一直应用到现在。
好，关于计算机的介绍，我们先告一段落，因为这时，我们就不得不该让晶体管登场了。
前面我们提到，当时的计算机，采用的是真空管技术来制造的，但真空管制造计算机有很大的弊病，例如体积庞大、耗电量惊人、工作不够稳定等等，这些问题在埃尼阿克身上都能得到体现，例如其重量达到3万公斤，占地170平米。
然而这些弊病的出现，与真空管有着直接的关系，因此研究替代真空管的替代品就显得很有必要，这时我们真正的主角就开始陆续登场，首先是肖克利。
你可能对这个人没有任何了解，但他是晶体管的发明人。
肖克利的童年，在现代父母的眼中，可能会觉得他是一个问题少年，不仅脾气暴躁，而且性格孤僻，少有朋友，尽管我们不知道肖克利的智商如何，但通过了解肖克利的父母，也可以知道其智商起码不低。
肖克利的父亲毕业于麻省理工，精通八国语言，母亲是斯坦福大学第一批女毕业生之一。
但我们肯定了解，环境是会影响一个人的，孟母三迁的故事大家应该非常熟悉，而肖克利之所以后来在科技上做出这样的成绩，也与他的邻居有很大的关系。
他的邻居是斯坦福大学教授罗斯。
这直接激发了肖克利对科技的兴趣。
好，我们对肖克利的介绍暂且告一段落，下面该第二个真正的主角登场，它就是大名鼎鼎的贝尔实验室。
其实肖克利很早就加入了贝尔实验室，但由于二战的原因（美国第一个核反应堆模型就是肖克利参与制作的），肖克利一直服役于美国军方，当然是以平民参战人员的资格，在二战结束后，肖克利于1946年获得了美国颁发的肖克利特殊贡献勋章。
二战后，肖克利终于又一次回到贝尔实验室，这时重点来了，贝尔实验室决定要成立专门小组，目标就是研发真空管的替代品：晶体管。
在1950年，在肖克利的带领下，历史上第一个结型晶体管诞生了，令我们惊奇的是，肖克利就曾经说过：我认为晶体管可以应用到电脑上。
在晶体管被发明之后，很显然，首先被得到应用的，依然是收音机，毕竟这是真空管的代表作，之后也被应用于计算机，但晶体管依然还没有形成芯片。
事实上，晶体管虽然已经出现，但要形成芯片，还面临着两个问题，也就是硅的利用和集成电路的出现。
根据前文我们提到的，现在的芯片主要是利用硅作为原材料，但当时的晶体管主要是用锗，也就是锗晶体管，而且也没有集成电路的概念。
因此晶体管被发明后，主要就是在当时一些已经存在的电子产品中，去替代真空管，以实现小型化和低耗电的特性，例如当时用晶体管取代真空管后造出的第一台收音机，尽管售价达到近50 美元，但销售了10万台。
这不难理解，新技术的出现，最先实现商业化收回研发成本是情理之中的事情。
科技的发展总要循序渐进，在贝尔实验室发明了锗晶体管后，RCA公司继续改进晶体管的性能，发明了硅管，这距离集成电路的出现更近了一步。
世界上第一个被量产的硅管，来自于德州仪器，此时时间推进到了1954年。又是一个里程碑事件，距离肖克利发明晶体管已经又过去了四年，这也让德州仪器一举走向世界巨头的行列。
不过，德州仪器尽管可以率先生产硅管，但是质量并不稳定，所以肖克利开始辞职创业，他意识到，晶体管势必要终结真空管，而且他还要选择在真空管的诞生地圣克拉拉研发硅管，硅谷之名也是因此而来。
然而遗憾的是，擅长技术的肖克利却并不擅长管理，他的公司失败了，但并不是说肖克利的公司没有任何价值，因为这直接缔造了后来我们所熟知的“仙童八叛逆”。
没错，仙童八叛逆缔造了仙童半导体公司，他们八个人均来自肖克利的公司，虽然肖克利不擅长管理，但不得不说，这八个人均从肖克利身上得到了硅管技术的洗礼，而从现在来看，仙童半导体几乎是后来全球半导体产业发展的火种来源（并非专指技术）。
这距离芯片的诞生已经非常接近了，因为芯片与仙童有着直接的联系。
当然，这里面其实有一个小插曲，就是谁是第一个芯片发明人的问题。
从专利的角度来看，来自德州仪器的基尔比是第一个申请芯片发明专利的人，而来自仙童的诺伊斯在同时期也提出了芯片的设计，只不过在专利申请上要迟后了，不过在对芯片的设计上，诺伊斯的平面工艺，才使得芯片中器件的连接成为了可能。
所以在芯片的历史意义上，德州仪器更具有象征意义，而仙童则更有实际意义，后来基尔比在获得诺贝奖后也曾经表示，如果诺伊斯还活着，肯定可以和他分享诺贝尔奖。但基尔比一直坚持自己是芯片第一人。
所以我们要谈到后来芯片的发展，还是要继续说仙童。
或许也正是因此，那么芯片第一人就是基尔比吧，但是诺伊斯却被认为是芯片产业之父。
这里我们要加入是一个时间补充，也就是诺伊斯实现自己的芯片构想时，是在1959年。
而芯片概念的诞生，其实很简单，就是把统一利用硅材料而制造成的各种电子元件，利用导线集成到一起，这些电子元件组成了基本的电子器件晶体管，并最终形成各种电路，集成电路就此出现。
我们可以这样来理解，当人类最初制造电路时，采用的是利用最基本的电子元件，也就是电容、电阻、电感等，人们开始利用这些基本的电子元件生产电器；之后经过改良，这些分立的电子元件，可以进行组合形成一个基本的电子器件，也就是晶体管，这让电器的尺寸更小、性能更高、成本更低、工作也更稳定了；科技在继续发展，既然电子元件可以集成为晶体管，那么晶体管也可以继续集成，所以便出现了芯片。
因此现在我们看到，在谈到一款芯片时，我们往往会看到这样的介绍：某款芯片集成了多少个晶体管，例如现在采用最先进5纳米工艺的芯片，集成的晶体管已经超过了100亿个。
好了，我们再回到仙童，也就是回到诺伊斯，正是诺伊斯的芯片技术，才为现代计算机的发展扫清了障碍。
在1959年，诺伊斯在日记中写到：把多种器件放在单一硅片上，同时利用平面工艺把他们连接起来，就可以大幅度的降低电路尺寸、功耗还有成本。然而，这其实就是芯片。
诺伊斯记录这个想法的时间是1959年1月23日，所以后来诺伊斯还跟基尔比因为谁是芯片第一人打了十年官司，可见要称诺伊斯是芯片第一人并不为过，还是那句话，诺伊斯申请专利晚了。
仙童很快就推出了第一块商用芯片，只有4个晶体管。当时的芯片研发组组长是拉斯特，他希望加大对芯片研发的经费投入，但掌管经费的是摩尔（英特尔创始人之一）等人，他们的计划是，研发经费不增，反而大幅减少。
诺伊斯支持拉斯特的建议，但需要与摩尔等人商议，可悲的是，当时的诺伊斯或许没有意识到此事的严重性，因为其他事情，诺伊斯并没有对此事引起足够的重视，与拉斯特关于研发经费的事情被推迟。
但是对拉斯特来说，无疑打击了他对芯片研发的热情。
从拉斯特开始，仙童的离职潮开始出现，也为仙童走向没落埋下伏笔，1967年成为关键一年，仙童的利润下降了95%，在大量员工出走以及八叛逆也有很多成员出走后，诺伊斯也开始为自己谋求出路，这个出路，就是与同是八叛逆的摩尔，于1968年建立了英特尔，第二年，仙童销售主任桑德斯离职，创办了超威，也就是AMD。
好，我们用了近五千字，以半导体材料的研究、计算机的应用、晶体管的出现、硅材料的利用和集成电路的形成为脉络，将电脑芯片诞生之前的庞杂历史进行了一个整体的梳理，希望各位看官看得过瘾。
后面我们将利用7到10个章节，对电脑芯片走上历史舞台的约50年发展史，再进行一个整体的梳理。
其实细想起来，50年似乎是一个比较奇特的数字，19世纪，半导体材料的几大特性被发现，差不多也是用了50年；从真空管到晶体管再到芯片，也差不多经历了50年；然而电脑芯片发展的这50年，可以说要跨度更大，也更精彩。
但同时我们也意识到，这将是一个比较繁重的工程，因为虽然只计划用7到10个章节来完成，但显然可以接近一个中篇小说的规模。
好，至此我们的芯片简史之电脑芯片发展史的第一章结束，第二章我们将继续用一章的篇幅，来继续说仙童，因为它太重要了，看完之后，你可能会大吃一惊。
举报/反馈