无可否认，不论是半导体技术还是其产业本身，都已经成为所有市场中最大的产业之一。全球媒体、企业和政府也纷纷把目光投向了半导体工厂的下一个建设地。而每一次的技术革新都会进一步增加对智能设备的需求，半导体芯片的重要性也随之变得愈加突显。

然而，人们对半导体的变迁史和崛起却未必同样熟悉。从家用电器到智能手机，半导体是驱动电子设备不可或缺的元件。本期文章就来追溯一下这一核心元件的起源，了解一下它是如何成为我们日常生活的重要组成部分的。

传奇的开始：硅谷的诞生

1833年，被誉为“电学之父”的英国物理学家法拉第，在实验中发现硫化银这种材料的电阻随着温度上升而降低，即高温更有助于导电，这是半导体特性的首次发现。此后的五十年里，光生伏特效应、整流效应、光电导效应也先后被欧洲科学家发现，这就是半导体的四大特性。

直到1947年，半导体上述的四大特性由美国贝尔实验室总结完成；同年，贝尔实验室也研制出一种点接触型的锗晶体管，实验室三名人员肖克利、巴丁、布拉顿因此在1956年同时获得诺贝尔物理学奖，其中，肖克利更被誉为“晶体管之父”。

取得此等成就的肖克利，已经不满足于在贝尔实验室沉寂，且半导体带来的巨大商业变革，他看在眼里，急在心里。

1955年，肖克利回到了自己的家乡圣塔克拉拉谷，创办了属于自己的半导体公司。这条位于旧金山湾区、坐拥地中海温润气候、交通便利的狭长山谷即是后来名声赫赫的“硅谷”。


第一次“背叛”：仙童的创立

肖克利在创办了自己的公司后，依靠自身的威望，很快招到了一批学识渊博、技术过硬的人才。而当时追随肖克利的有非常优秀（且名垂青史）的八名员工，也就是后来的“八大门徒（硅谷八叛将）”：诺伊斯（Robert Noyce）、摩尔（Gordon Moore）、布兰克（Julius Blank）、克莱尔（Eugene Kleiner）、赫尔尼（Jean Hoerni）、拉斯特（Jay Last）、罗伯茨（Sheldon Roberts）、格利尼克（Victor Grinich）。

这八人的年龄都在30岁以下，风华正茂，学有所成，处在创造能力的巅峰。他们之中，有获得过双博士学位者，有来自大公司的工程师，有著名大学的研究员和教授，这是当年美国西部从未有过的英才大集合。

29岁的诺依斯是八人之中的长者，是“投奔”肖克利最坚定的一位。当他飞抵旧金山后所做的第一件事，就是倾囊为自己购下一所住所，决定永久性定居，根本就没有考虑到工作环境、条件和待遇。其他七位青年，来硅谷的经历与诺依斯大抵相似。

可惜，八人投奔的肖克利是天才的科学家，却缺乏经营能力，而且性格上比较偏执，不善于管理企业，上述八人先后离职，在谢尔曼•菲尔柴尔德的投资下他们成立了半导体行业历史上，具有传奇意义的仙童（Fairchild）半导体公司。

有意思的是，投资人谢尔曼•菲尔柴尔德本来是搞摄影器材的。这也为后面发生的事情埋下了伏笔。

在八人的带领下，仙童发展神速，盈利能力大幅展现，仙童的两项发名专利，使其立于世界的半导体之巅，对后世半导体行业产生了非常重要的影响。

其一是平面工艺，一种制造半导体电路的工艺方法，现在平面工艺已经是制造各种半导体器件与集成电路的基本工艺技术，发明人为霍尔尼（上文八人之一）。

另一个发明专利便是集成电路。顾名思义，集成电路就是用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上。

1958-1959年，诺伊斯（上文八人之一）发明了硅集成电路。事实上，在早些时候，来自德州仪器（TI）的杰克•基尔比（Jack Kilby）发明了锗集成电路。由于两人在同一年独立且不知情的情况下分别发明了集成电路，所以两人共享集成电路发明者的荣誉。

现在，在我们眼里看来，把多个电路集成到一起而减少面积是个自然而然的事情，然而这个简单的想法，却改变了我们的世界。这就好像福特流水线模式的诞生，以及很多伟大的发明，往往源自一个很简单的想法。也许，即使没有这两位，依然有人会想到这个点子，但是历史只会记住最先吃螃蟹的人。历史的车轮滚滚向前，到底是时势造英雄，还是英雄造时势？谁也说不清。


再一次“背叛”：仙童倒下，行业繁荣开始

此时的仙童半导体公司风光无限，而半导体行业在那时宛若一个巨大的金矿，任凭仙童肆意挖掘。而仙童的股权大部分都在投资人谢尔曼的手里，此时公司管理层做了一个错误的决定，仙童半导体公司的利润被不断转移到东海岸，去支持仙童的摄影器材公司（上文提及的伏笔）。

八人带领的仙童半导体愤愤不平：我们辛苦赚来的钱，你用来搞摄影？

……散了散了~

此时仙童的员工开始坐不住了，开始了新一轮的离职创业潮。

1968年，硅谷八叛将之首的诺依斯和“摩尔定律”的提出者摩尔离开仙童，创办了更为风光、如今鼎鼎大名的英特尔。对后世半导体影响深远的摩尔定律，就是这个摩尔提出的：“集成电路芯片上所集成的晶体管数目，每隔18个月就翻一倍。并在今后数十年内保持着这种增长趋势。”

该定律虽然为摩尔的经验总结，但被后世称为计算机第一定律，摩尔所预言的定律和后来的行业发展惊人的一致，可谓“神之预言”。直到今天，英特尔、AMD、英伟达这三家国际芯片巨头，也基本是1年至1年半的时间出一款新品，只不过技术突破越来越小，被戏称为“挤牙膏”。

而八人的其他几人，也分别创业，许多现在著名的半导体科技公司，追根溯源，都能追到当时仙童的离职潮，比如如今跟英特尔在全球领域两强争霸的另一家芯片巨头AMD（超微半导体），就是仙童半导体前销售部主管桑德斯单飞创办。

还有许多我们所熟知的公司，比如美国国家半导体（现已被德州仪器TI收购），Altera（现已被英特尔收购）等的创始人都出自仙童半导体公司。

正如江湖流传的苹果公司创始人乔布斯形象比喻的那样：“仙童半导体公司就像个成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”

所以仙童后来也成为众多半导体巨头诞生的“黄埔军校”。

有一个非常戏剧性的事件是，1969年硅谷的一次半导体峰会上，400多名参会者只有24名不是仙童的前雇员，简直惊呆了！大家齐聚一堂，其乐融融，无一不感谢老东家仙童为硅谷带来一片繁荣。

而在仙童之后，英特尔与AMD的时代来临了。这是我们这一代人更为熟知的年代。


老二的视角：AMD为啥“仇恨”英特尔？

国内80后90后对于英特尔的初识，也许是上世纪末、本世纪初期“奔腾”时代（Pentium，英特尔奔腾处理器）的魔性广告背景音乐“灯！等灯等灯~”（至少笔者是那时认识的英特尔）。20世纪末本世纪初，国内英特尔的广告铺天盖地，作为芯片巨头之一，当时国内很少有人知道AMD这家公司。即使后来知道了，国内的“玩家”也不太看好AMD的产品。

然而这几年AMD在CEO苏姿丰女士（苏妈）的带领下已逐渐超越了英特尔，逐渐摆脱了“陪太子读书”的老二尴尬地位。

笔者这次以AMD的视角，来看看这家与英特尔相爱相杀几十年的公司是如何成长的。AMD的发展过程，同样是一个传奇。

先来说英特尔。1968年，英特尔公司创立，罗伯特•诺伊斯任首席执行官（CEO），戈登•摩尔任首席运营官（COO），安迪•格鲁夫随后加入（见上文众人从仙童离职创业）。1971年，英特尔推出世界上第一款商用计算机微处理器4004。1981年，英特尔8088处理器成就了世界上第一台个人计算设备。2001年，英特尔首次针对数据中心推出至强处理器品牌，为数字世界奠定坚实基础。2003年，英特尔推出迅驰，开创无线移动计算时代（迅驰是划时代的，直到2009年酷睿架构推出后，迅驰才逐渐退出了历史舞台）。

从以上介绍就可以看到，在当今的半导体行业中，英特尔不断的开创了划时代的产品和理念，行业巨头地位无可置疑。英特尔于今年10月21日发布了2021财年第三季度财报，更多信息请阅读笔者文章《净利增6成，股价竟下跌！总“挤牙膏”的英特尔，被投资者抛弃了？》。

而作为英特尔的老对手，AMD的“资历”其实是和英特尔差不多的，而且AMD和英特尔同出一源。后来二者的相爱相杀，让笔者想起一句特斯拉创始人马斯克前不久在社交媒体上引用的中国古诗“本是同根生，相煎何太急”。

1969年，与英特尔成立仅仅相隔1年时间，同为仙童出身的桑德斯创办了AMD（见上文众人从仙童离职创业），公司的主营业务为提供生产计算机、通讯设备和电子产品的精密构成模块，由于在技术上薄弱，也或许是当时的IBM太强大，桑德斯只希望AMD能够成为这个行业的第二供应商。不知道是不是由于创始人一开始“心不太大”，只想当老二，AMD在此后几十年一直跟随着英特尔的脚步。

作为第二供应商，优先要求当然就不是技术领先和创新能力，而是学习和模仿以及生产制造的能力。公司成立之初，包括桑德斯仅仅只有8人，人员实在紧张，桑德斯一人就身兼总裁和普通推销员的重任，为了说服投资人，他付出了巨大的努力。

尽管创业的初期困难重重，但是桑德斯和他的小伙伴们一开始就表现出了强烈的开拓精神以及极高的工作效率，所以很快，AMD的第一款自主研发的产品——AM2501逻辑计数器诞生了。当英特尔推出了8080处理器的时候，取得了市场的热烈反响，AMD在这个时候也看到了微电子处理器市场的巨大潜力，于是决定投入研究微电子处理器并取得了成功，也成为了这个市场的第二供应商。

AMD迅速崛起让英特尔十分警觉，当英特尔推出8086处理器的时候，英特尔直接撕毁了当时和AMD的合作协议，让AMD一时间陷入了被动，好在后来IBM的出手相助，才让AMD渡过难关。（小知识：英特尔的8086处理器是世界上首款16位处理器，是当今芯片x86架构处理器的奠基）。

顺带提一句，IBM帮助AMD的企图也许并不“伟光正”，也许只是为了让英特尔多一个竞争对手，让英特尔的产品报价低些而已。因为IBM是英特尔与AMD竞争的直接获益者。从后续产品路线看，英特尔的下一代处理器8088是由8086衍生而出的，而IBM的PC电脑选择了8088。这次事件是划时代的，8088在PC领域的成功商业化，让英特尔奠定了在PC电脑上的芯片龙头位置，而这个行业格局一直维持了几十年。

1984年，AMD的全年收入达到了11亿美元，不过在商业战场里，从来都没有所谓的规矩可言。1987年，英特尔再次单方面撕毁了AMD此前签订的5年技术交流协定。英特尔的出尔反尔算是彻底惹怒了桑德斯，并拿起了法律的武器捍卫自己的利益，官司足足打了五年，AMD最终获得胜利，不过AMD也十分可惜的错过了PC行业发展的黄金时期。而同时期（上世纪80年代末90年代初），软件界的微软和苹果在操作系统领域开始崭露头角，这是题外话。

半导体技术的未来发展

1信息技术的革命

信息传输。信息量的爆炸式的增加，对信息通道的容量要求越来越大。在网上传递的不仅是文字、而且还有音乐、图像、电视信号等；不仅是有线，还需要无线；不仅是洲际、国际、城际，而且需要局域网。为此需要发展新的通信系统，如综合业务数字网络（ISDN）以及多媒体技术等。

信息处理，包括文本处理、知识处理、图像处理以及语言识别、图像识别、智能化处理等。人工智能就是通过计算机实现了某些人的智能。例如：理解和发出语言、识别图像、作数学证明、下棋、音乐作曲、进行专业鉴定、医学诊断等。计算机将把人们从一部分日常的脑力劳动中解放出来，并且通过应用“思维工具”把人们的智慧扩大到以前不可想象的程度。


2更高的集成度

世界集成电路主流工艺将经过：2007年的65纳米（集成电路线宽）、2010年的45纳米、2013年的33纳米、以及2016年的22纳米工业化生产的4个发展阶段。为此，就必须解决一系列的关键技术和专用设备，如：新型器件的研发（非传统CMOS器件、新型存储器、逻辑器件等），IC设计、封装、和测试技术，新型光刻机、刻蚀机等配套设备等。

半导体器件的尺寸不能无限制地减小，如果器件尺寸小到电子的德波罗依波长（10纳米），量子效应将会更加明显，这时需要设计建立在量子力学原理基础上的新型半导体器件。


3半导体光电器件

半导体光电器件向更长和更短波长、更大功率、更高工作频率的方向发展

大功率激光器列阵分准连续(QCW)器件与连续(CW)器件，它们除了作固体激光器的泵浦源外，还可直接用作材料加工、医疗、仪器、敏感技术、印刷制版等，进入传统中由非半导体激光器主宰的市场，代替气体、固体激光器。AlGaN/GaN异质结双极晶体管具有线性好、电流容量大、阈值电流均匀等优点，主要应用在线性度要求高、工作环境苛刻的大功率微波系统中，如军用雷达、通信等；还可应用于在苛刻环境下工作的智能机器人等系统中。


4集成光学和集成光电子学

由集成在半导体薄膜上的激光器、调制器、波导、光栅、棱镜和其它无源光学元件构成的系统叫做集成光学系统。集成光学系统用光互连代替电互连，在计算机和通信系统中具有通带宽、信息量大、损耗小、速度快、能并行处理、抗电磁干扰等优点。硅材料的成本低廉、工艺成熟，在微电子器件中得到广泛应用。但是由于它是间接带隙材料，不能作发光器件。目前科学家们正在解决光源的问题，以便在硅材料上做到光电集成。


5半导体超晶格和量子线、量子点器件

半导体超晶格、量子线、量子点是低维结构，它们具有一些特殊的物理性质，如量子限制效应和电子运动的二维或一维特性，可以制成一些性能优异的器件，如：激光器、高电子迁移率器件、光双稳器件、共振隧穿器件等。当器件的尺寸、维度进一步减小，使得电子运动的平均自由程大于器件的尺寸时，电子在运动过程中将不受杂质、晶格振动等的散射，而作一种相干波运动。

利用这些特点预计可制造出超高速、超低电能的电子器件。例如量子点单电子晶体管将使动态随机存储器（DRAM）的功耗大大降低。


6半导体量子信息器件

目前的工艺已经能在半导体量子点上产生和探测单个光子，使得半导体量子点成为实现量子信息处理（量子计算、量子通信）最有希望的固体器件。量子信息科学技术的迅速发展，为精密测量、量子计算和保密通讯等领域都提供了全新的革命性的理论和实验方法。量子信息最关键的是利用光子的相干性。

光子作为量子理论中最基本的量子化实体，能够很容易地实现收集、传递、复制、存储和处理信息的全过程，具有作为量子通讯、量子计算载体的独特的先天优势。因此基于光子过程的量子信息处理器件是各种量子信息工程的基础，它的基本原理研究和制备必将为计算科学和通讯能力带来飞越式的发展。


7自旋电子器件

目前微电子器件是应用载流子电荷携带信息。如果一种材料能同时利用载流子的电荷和自旋属性作为信息的载体，将可以制造出具有非挥发、低功耗、高速和高集成度的优点的器件，甚至有可能引起电子信息科学重大的变革。掺磁性离子的稀磁半导体及自旋电子学（Spintronics）即应此要求而生。

实验发现，半导体中自旋相干时间已经达到ns量级，远远超过电荷的相干时间，预示着自旋电子学在未来量子计算和量子通信中的重要应用前景。实现自旋为基的量子计算机的主要困难是精确控制和保持自旋相干，因此如何产生自旋相干电子态，以及减小自旋退相干有许多物理问题需要研究和解决。


站在巨人的肩膀上

自硅谷创立后，半导体芯片的时代大幕已然拉开，而仙童的兴起与衰落是半导体行业不得不说的标志性事件。天下大势，合久必分，分久必合。在仙童奠定了后世半导体行业的基础时，这家公司的发展也从顶峰走向衰落。从仙童出走的大佬们，先后成立了英特尔、AMD等后来的芯片巨头，而这些公司对芯片行业的贡献与影响力有目共睹。伴随着无数传奇的湮灭与诞生，半导体行业走过了快速发展的几十年。

站在当下，我们已然走过PC时代、移动时代，随着新能源、5G的快速兴起，逐渐来到了“万物互联”的物联网时代。近日IDC发布《2021年V2全球物联网支出指南》显示，2021年全球物联网支出将达到7542.8亿美元，并有望在2025年达到1.2万亿美元，五年(2021-2025)复合增长率(CAGR)11.4%。其中，中国市场规模将在2025年超过3000亿美元，全球占比约26.1%。

5G的加速发展让网速不在是制约，而大数据、云计算的发展也如火如荼，无论是从本季亚马逊的财报，还是微软或是谷歌的财报，笔者都看到了科技巨头们在云计算上的押注。而11月30日，国内也出台了大数据的相关规划。元宇宙概念的提出，自动驾驶的前景，都让本世纪的人们提前看到了科技造就的美好未来。