回顾美日DRAM芯片之争

　　平面制造工艺

　　现代芯片制造，主要采用光刻法和蚀刻法工艺。光刻法最早的构想，源自印刷行业的照相曝光制版工艺，美国贝尔实验室在1954年开始采用光刻法工艺。

　　1970年代后，光刻法发展为重复步进曝光，电子束掩模等新工艺，制造精度大为提高。仙童公司在光刻法应用初期，进行了大量技术改进。

　　1958年仙童向IBM供货后，便出现了问题。民兵洲际导弹发射时，巨大的震动会导致一些金属粉尘颗粒脱离，可能会使硅晶体管暴露的接头处出现短路。仙童公司需要对此改进工艺。

　　1959年1月，仙童公司为了向IBM稳定供货，对硅晶体管工艺进行攻关。主要成员包括罗伯特·诺伊斯博士、杰·拉斯特博士，吉恩·赫尔尼博士、戈登·摩尔博士。其中，拉斯特和诺伊斯主要开发使用16毫米电影镜头的光刻掩模技术，对掩模板、光致抗蚀剂(光刻胶)进行改进。

　　他们首先把具有半导体性质的杂质，扩散到高纯度硅片上，然后在掩模板上绘好晶体管结构，用照相制版的方法缩小，将晶体管结构显影在硅片表面氧化层，再用光刻法去掉不需要的部分。扩散、掩模、照相、光刻，显影，整个过程叫做平面处理技术。

　　1959年1月23日，诺伊斯在日记中提出一个技术设想：既然能用光刻法制造单个晶体管，那为什么不能用光刻法来批量制造晶体管呢?他们首先面对的是密集电路的短路问题。赫尔尼提出在硅片表面形成二氧化硅绝缘层，解决短路问题。

　　1959年8月，仙童公司组建由拉斯特博士领导的晶体管集成电路研制团队。

　　1960年9月，成功开发出世界第一代晶体管集成电路。然而由于集成电路项目耗费巨大，仙童副总裁Tom Bay建议结束研发项目，专注于二极型晶体管生产。在此情况下，拉斯特博士选择辞职离开仙童公司。

　　Lionel Kattner接管了研发团队，最终在摩尔的全力支持下，仙童决定将晶体管集成电路投入批量生产。1961年，Lionel Kattner也辞职离开了仙童公司，创办了西格尼蒂克(Signetics)半导体公司(1975年被荷兰飞利浦收购)。仙童公司如同蒲公英一般，将人才散布到硅谷的每个地方，推动硅谷集成电路产业迅速兴起。

　　1962年，仙童公司在缅因州南波特兰，创建了世界第一家晶体管生产、测试及封装工厂。并以收取技术授权费的方式，向其他企业传播平面制造工艺。嗅觉敏感的日本企业，迅速通过仙童公司，掌握了这一核心技术。同一年，美国开发出MOSFET——金属-氧化物半导体场效应晶体管，成为世界电子产业发展史上的重要里程碑。为半导体存储器的问世，奠定了技术基础。

　　1966年，美国IBM公司托马斯·沃森研究中心的罗伯特·登纳德(Robert H. Dennard)博士，发明DRAM原理。老头在IBM公司工作了半个世纪，现在八十多岁了。2009年获得IEEE荣誉勋章。这是电子电气领域的最高荣誉。

DRAM内存之父

　　1960年代早期，美国电子产业，主要由IBM、摩托罗拉、德州仪器、美国无线电公司(RCA)等老牌企业控制。他们依靠二战时期，美国政府的巨额军工订单，发展成为产业巨无霸。二战后主要生产电视机、收音机等新兴的家用电器，并为美军武器提供电子装备。

　　电子计算机也是新的产业热点，IBM具有领先优势。

　　IBM公司在1956年，花费巨资从王安手里，购买磁芯存储器专利，主要是为了解决大型计算机存储数据问题。磁芯存储器并不完美，不但磁芯容易损坏，而且价格昂贵，运行速度也慢。然而，磁芯存储器比磁鼓有个重要优点：电脑断电后，磁芯保存的数据不会消失。为解决磁芯存储器存在的不足，IBM进行了长达十几年的研究。

　　1961年，IBM在纽约州成立了以半导体为方向的托马斯·沃森研究中心。仙童当时是IBM的半导体器件供应商，并且发展非常迅速。1965年，仙童公司的戈登·摩尔，在《电子学》杂志发表文章预言：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数量，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这个预言后来被称为“摩尔定律”。

　　1966年，IBM托马斯·沃森研究中心，34岁的罗伯特·登纳德(Robert H. Dennard)博士，提出了用金属氧化物半导体(MOS)晶体管，来制作存储器芯片的设想。原理是利用电容内，存储电荷的多寡，来代表一个二进制比特(bit)是1还是0。每一个bit只需要一个晶体管加一个电容(1T/1C结构)。1968年6月，IBM注册了晶体管DRAM专利(3387286号专利)。但是由于IBM正在遭受美国司法部的反垄断调查，拖延了DRAM项目商业化进度，这给其他公司带来了机会。

　　此时，晶体管集成电路已经成为产业热潮，大批美国公司投入这一领域。1969年，加州桑尼维尔的Advanced Memory system公司，最早生产出1K容量的DRAM，并出售给计算机厂商霍尼韦尔。但是由于存在DRAM工艺上的缺陷，霍尼韦尔后来向新成立的英特尔公司寻求帮助。

　　1972年前后，英特尔公司为美国Prime电脑公司，生产的微型电脑主板上，焊接了128颗1K存储容量的C1103 DRAM内存，组成128K容量的内存，以便运行类似DOS的操作系统。1GB=1048576KB，如今一根最普通的4G内存，容量等于这块老古董的3.2万倍。最大的单根内存容量达到128G，是这家伙的100万倍。

　　英特尔DRAM内存商业化大获成功

　　1967年，仙童半导体成立十年时，公司营业额已接近2亿美元(作为对比1967年中国外汇储备为2.15亿美元)。但是随着德州仪器、摩托罗拉、国家半导体在晶体管市场的崛起，仙童的利润迅速下滑，加之巨额研发投入，企业内部矛盾严重。仙童的行业第一地位，迅速被德州仪器取代。

　　1968年8月，仙童总经理鲍勃·诺伊斯，拉着研发部门负责人戈登·摩尔辞职。从风险投资家阿瑟·洛克那里拉来250万美元投资，正式成立了英特尔(Intel)公司，洛克出任董事长。Intel在英文中含有智慧和集成电路的意思，商标是花1.5万美元，从一家酒店手里买的。当时公司只有诺伊斯和摩尔两个员工，他们招兵买马时，又从仙童公司挖来了工艺开发专家安迪·格鲁夫，担任运营总监。

　　英特尔成立之初，继承了仙童的技术能力。公司制定的发展方向是研制晶体管存储器芯片，这是一个全新的市场。当时的半导体工艺主要有双极型晶体管，和场效应(MOS)晶体管。这两项工艺都是仙童的长项。但是哪一种工艺用来生产的芯片更好，他们并不清楚。于是公司成立了两个研发小组。1969年4月，双极型小组推出了64bit容量的静态随机存储器(SRAM)芯片C3101，只能存储8个英文字母。这是英特尔的第一个产品，客户是霍尼韦尔。

　　此时在美国电脑市场上，IBM已经成为无可争议的霸主，被称为蓝色巨人，其他电脑厂商在重压下苦不堪言。霍尼韦尔公司为了提高其计算机性能，正在寻找SRAM存储器，这为英特尔带来了市场机会。与此同时，仙童公司的市场主管杰里·桑德斯，又拉走了一批人，成立了AMD公司。由于融资困难，桑德斯找到了英特尔公司的诺伊斯寻求帮助，最后拉来了155万美元投资。此后的半个世纪里，英特尔和AMD成为一对难分难解的竞争对手。

　　1969年7月，场效应管小组推出了256bit容量的静态随机存储器芯片C1101。这是世界第一个大容量SRAM存储器。霍尼韦尔很快下达了订单。随后，英特尔研究小组不断解决生产工艺中的缺陷，于1970年10月，推出了第一个动态随机存储器(DRAM)芯片C1103，有18个针脚。容量有1Kbit，售价仅有10美元，它标志着DRAM内存时代的到来。

　　当时的大中型计算机上，还在使用笨重昂贵的磁芯存储器。为了向客户宣传DRAM的性能优势，英特尔开展全国范围的营销活动，向计算机用户宣传DRAM比磁芯更便宜(1比特仅需1美分)的概念。由于企业客户出于安全考虑，不会购买独家供货的产品，必须要有可替代的第二供货源。

　　于是英特尔选择了加拿大的一家小公司，微系统国际公司(MIL)合作，授权他们用1英寸晶圆生产线进行生产，每年收取100万美元的授权费用。C1103的用户主要包括惠普电脑的HP9800系列，和DEC公司的PDP-11计算机，产量有几十万颗。

　　1972年，凭借1K DRAM取得的巨大成功，英特尔已经成为一家拥有1000名员工，年收入超过2300万美元的产业新贵。C1103也被业界称为磁芯存储器杀手，成为全球最畅销的半导体芯片。同年IBM在新推出的S370/158大型计算机上，也开始使用DRAM内存。到1974年，英特尔占据了全球82.9%的DRAM市场份额。

　　东京国立博物馆藏品，照片左边是1976年日本NEC研制的TK-80系统，采用仿制英特尔8080的兼容处理器(型号μPD8080A)，当年售价88500日元，卖了1.7万台。中间是英特尔为日本厂商开发的MCS-4系统，采用4004处理器，右侧是日本Busicom电子计算器。多数人不知道，美国英特尔最早开发CPU，是为了日本人。