設(shè)想一下，如果沒有了智能手機(jī)、電腦或互聯(lián)網(wǎng)，世界會(huì)變成怎樣？顯而易見，缺失這些必需品的生活是無法想象的。然而，如果沒有半導(dǎo)體作為推動(dòng)眾多科技發(fā)展的引擎，世界無疑便會(huì)陷入無法想象的境地。盡管半導(dǎo)體芯片在生活中很常見，但它們的起源、用途、意義等仍然鮮為人知。通過六篇文章，“半導(dǎo)體綜述系列”將采用六何分析法（5W1H分析法）對(duì)半導(dǎo)體相關(guān)知識(shí)展開講解，旨在介紹這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。

諾貝爾獎(jiǎng)得主、硅谷建筑師、領(lǐng)軍企業(yè)，以及數(shù)不勝數(shù)的創(chuàng)新型工程師團(tuán)隊(duì)，這些關(guān)鍵人物和參與者對(duì)半導(dǎo)體的發(fā)展歷程起到了重要作用?！鞍雽?dǎo)體綜述系列”的首篇文章介紹了半導(dǎo)體世界的“關(guān)鍵參與者”，涵蓋了從首個(gè)半導(dǎo)體器件的發(fā)明者到如今半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主要客戶在內(nèi)的方方面面。

首個(gè)半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)品的

發(fā)明者分別是誰？

首個(gè)半導(dǎo)體器件

盡管關(guān)于首個(gè)半導(dǎo)體器件的發(fā)明者是誰存在不同的說法，但人們普遍認(rèn)為是德國物理學(xué)家卡爾·費(fèi)迪南德·布勞恩（Karl Ferdinand Braun）于1874年發(fā)明了首個(gè)半導(dǎo)體二極管1。當(dāng)布勞恩用一根細(xì)金屬絲探測硫化鉛晶體時(shí)，觀察到電流只在一個(gè)方向上自由流動(dòng)。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他揭示了金屬和某些晶體材料接觸點(diǎn)的整流2效應(yīng)。然而，直到20世紀(jì)初無線電技術(shù)的出現(xiàn)，該器件才首次得以實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)楫?dāng)時(shí)它被用作基礎(chǔ)無線電設(shè)備中的信號(hào)檢測器。

1半導(dǎo)體二極管：一種簡易并可實(shí)現(xiàn)在單一方向上導(dǎo)電的電子元件。

2整流：從交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

首個(gè)晶體管

約70年后， 美國工業(yè)研究機(jī)構(gòu)貝爾實(shí)驗(yàn)室在半導(dǎo)體歷史上取得了里程碑式的突破。在威廉·布拉德福德·肖克利（William Bradford Shockley）的指導(dǎo)下，科學(xué)家約翰·巴丁（John Bardeen）和沃爾特·豪澤·布拉頓（Walter Houser Brattain）于1947年共同發(fā)明了世界上首個(gè)晶體管3，即點(diǎn)接觸晶體管（Point-Contact Transistor）。他們憑借這一偉大發(fā)明獲得了1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，開創(chuàng)了電子學(xué)的新紀(jì)元。

3晶體管：一種可以調(diào)節(jié)電流或電壓，并作為電子信號(hào)開關(guān)或邏輯門的半導(dǎo)體裝置。

首個(gè)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)品

20世紀(jì)中期，首批半導(dǎo)體存儲(chǔ)器原型問世，使計(jì)算機(jī)得以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。1963年，美國工程師羅伯特·諾曼（Robert H. Norman）發(fā)明了集成雙極型靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM，Static Random Access Memory）4。三年后，IBM的羅伯特·海思·丹納德（Robert Heath Dennard）發(fā)明了世界上第一個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM， Dynamic Random Access Memory）5，這項(xiàng)技術(shù)使英特爾受到啟發(fā)，并于1970年研發(fā)出1千比特（125字節(jié)）的DRAM芯片。

4靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM，Static Random Access Memory）：一種只要通電就能永久保存數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)器。與DRAM不同，它不需要定期刷新以維持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)。

5動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM, Dynamic Random Access Memory）：一種需要定期刷新以維持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的易失性存儲(chǔ)器。與SRAM一樣，當(dāng)電源斷開時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。

在半導(dǎo)體行業(yè)歷史中，

誰是最有影響力的人物？

雖然為半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)的人物不勝枚舉，但戈登·摩爾（Gordon Moore）毫無疑問是最引人注目的一位。作為硅芯片和晶體管領(lǐng)域的先驅(qū)，摩爾在1975年預(yù)測，微芯片上的晶體管數(shù)量每兩年便會(huì)翻一倍，這一預(yù)測被稱為摩爾定律。時(shí)至今日，摩爾定律仍對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起到指導(dǎo)作用，因?yàn)殡S著制造商們不斷創(chuàng)新技術(shù)，越來越小型化的芯片上正在集成更多的微型化晶體管。此外，摩爾還因共同創(chuàng)立仙童半導(dǎo)體公司（Fairchild Semiconductors）和英特爾（Intel）而聞名，為世界科技中心硅谷的崛起奠定了基礎(chǔ)。

另一位對(duì)半導(dǎo)體歷史進(jìn)程產(chǎn)生關(guān)鍵影響的人物是美國電氣工程師杰克·基爾比（Jack Kilby）。1958年，基爾比發(fā)明了集成電路（IC, Integrated Circuit），這一創(chuàng)舉證實(shí)了多個(gè)晶體管、電阻器和電容器可以組合于同一塊半導(dǎo)體板上。就職于半導(dǎo)體公司德州儀器（Texas Instruments）時(shí)，他的這一革命性發(fā)明已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備的基礎(chǔ)組件。為了表彰他在發(fā)明集成電路方面的貢獻(xiàn)，基爾比獲得了2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

此外，韓裔美籍發(fā)明家姜大元（Dawon Kahng）發(fā)明了首個(gè)實(shí)用場效應(yīng)晶體管（Field-Effect Transistor），該設(shè)備可以控制電子信號(hào)。盡管他的發(fā)明在1960年問世時(shí)并未立即受到關(guān)注，但如今已成為使用最廣泛的集成電路之一，并以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）6而聞名。

6金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor):一種通過在兩個(gè)電極間區(qū)域表面上的一個(gè)絕緣電極處施加電壓，以在該區(qū)域制造導(dǎo)電通道的有源半導(dǎo)體器件。

都是誰在半導(dǎo)體公司就職？

半導(dǎo)體測量單位僅為納米（十億分之一米），被應(yīng)用于最先進(jìn)的電子系統(tǒng)中。那么，是誰有能力制造這些高度復(fù)雜和精密度的設(shè)備呢？或許并不意外，大多數(shù)從事半導(dǎo)體公司的員工，都是負(fù)責(zé)各個(gè)生產(chǎn)階段的工程師。接下來，我們以SK海力士為例進(jìn)行介紹。

設(shè)計(jì)及研發(fā)

設(shè)計(jì)工程師負(fù)責(zé)半導(dǎo)體的模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)，包括微芯片電路設(shè)計(jì)和數(shù)字知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)的開發(fā)。而與之對(duì)應(yīng)的研發(fā)工藝工程師顧名思義，致力于研究并開發(fā)制造半導(dǎo)體所需的材料與諸多復(fù)雜工藝。

生產(chǎn)、封裝及測試

封裝和測試工程師負(fù)責(zé)優(yōu)化封裝工藝，并測試產(chǎn)品缺陷。也有部分工程師專門負(fù)責(zé)產(chǎn)品的量產(chǎn)和質(zhì)保，確保順利進(jìn)行產(chǎn)品制造。此外，應(yīng)用工程師通過對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用于如計(jì)算機(jī)、手機(jī)及顯卡等客戶系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行評(píng)估，以提高產(chǎn)品水準(zhǔn)。

非工程師類崗位

除工程師外，半導(dǎo)體公司仍有許多其他職位，涵蓋銷售及營銷、可持續(xù)發(fā)展、技術(shù)認(rèn)證、財(cái)務(wù)及安全等方面。

半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的主要公司有哪些？

目前，有幾家半導(dǎo)體公司分別負(fù)責(zé)芯片開發(fā)過程的不同領(lǐng)域。在晶圓代工廠（Foundry）7方面，臺(tái)積電（TSMC）作為全球邏輯晶圓代工廠的佼佼者，經(jīng)營著大型晶圓生產(chǎn)工廠，每年能夠生產(chǎn)數(shù)百萬片晶圓。

7晶圓代工廠（Foundry）：這類公司提供半導(dǎo)體產(chǎn)品制造服務(wù)，但不與芯片設(shè)計(jì)公司一樣進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。

還有一些芯片設(shè)計(jì)（Fabless）公司，如英偉達(dá)和高通，它們不生產(chǎn)物理芯片，而是專注于芯片設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，并將制造業(yè)務(wù)外包給專業(yè)晶圓代工廠。還有一些公司則承擔(dān)供應(yīng)鏈中更小的部分，專門從事為半導(dǎo)體制造商提供第三方封裝和測試服務(wù)的外包半導(dǎo)體組裝和測試（OSAT，Outsourced Semiconductor Assembly and Test）公司，例如日月光半導(dǎo)體和安靠科技等，均是著名的OSAT公司。

楷登電子和新思科技是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA，Electronic Design Automation）公司，為設(shè)計(jì)集成電路和印刷電路板等關(guān)鍵部件提供軟件工具，技術(shù)和方法。最后，像應(yīng)用材料、泛林集團(tuán)、東京電子和阿斯麥這類的半導(dǎo)體設(shè)備制造商，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售半導(dǎo)體制造和測試所需要的裝置及工具。

而SK海力士則是一家集成設(shè)備制造商（IDM， Integrated Device Manufacturer），具備在內(nèi)部設(shè)施處理芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力。這種綜合能力在該公司成為先進(jìn)DRAM解決方案（如HBM8和NAND閃存9等適用于AI的存儲(chǔ)器解決方案）市場主導(dǎo)供應(yīng)商地位的過程中，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

8高帶寬存儲(chǔ)器（HBM, High Bandwidth Memory）：一種高附加值、高性能存儲(chǔ)器，通過硅通孔技術(shù)（TSV）垂直互聯(lián)多個(gè)DRAM芯片，以提升數(shù)據(jù)處理速度。

9NAND閃存：一種不需要電源就可以保存數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。

半導(dǎo)體（存儲(chǔ)器）的主要客戶是誰？

縱觀全球主要的半導(dǎo)體買家，可以看出，雖然蘋果、戴爾、索尼和聯(lián)想等全球科技公司位列前茅，但也有大量重要的PC和智能手機(jī)原始設(shè)備制造商（OEM, Original Equipment Manufacturer）。這些OEM需要微處理器、存儲(chǔ)芯片和各種其他類型的半導(dǎo)體來滿足其設(shè)備巨大的存儲(chǔ)和處理需求。

此外，電信公司在各種設(shè)備和器械中使用半導(dǎo)體芯片，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、加密、傳輸?shù)炔僮?。汽車行業(yè)也越來越多地將下一代芯片用于自動(dòng)駕駛車輛中先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS, Advanced Driver Assistance System），從而實(shí)現(xiàn)防撞、停車輔助和其他駕駛輔助功能。而且，家電制造商如冰箱和空調(diào)制造商等，會(huì)采用不同芯片進(jìn)行溫控、定時(shí)、和自動(dòng)化功能等。

最后，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)品是諸如ChatGPT、谷歌Gemini及微軟Copilot等人工智能應(yīng)用的關(guān)鍵組件，幫助存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集并實(shí)現(xiàn)快速檢索，從而使人工智能系統(tǒng)高效地處理數(shù)據(jù)。此外，由于SK海力士的高性能存儲(chǔ)器解決方案矩陣可以迅速訪問和處理數(shù)據(jù)，進(jìn)而非常適合人工智能訓(xùn)練和推理（Inference）10。提供人工智能應(yīng)用和服務(wù)的公司還管理著包含數(shù)千臺(tái)配置了CPU11和GPU12的服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，因此需要DRAM存儲(chǔ)芯片和固態(tài)硬盤（SSD, Solid-State Drive）13來處理如此龐大的數(shù)據(jù)。

10AI推理：在預(yù)訓(xùn)練AI模型上運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行預(yù)測或者解決任務(wù)的過程。

11CPU（Central Processing Unit）：一種硬件組件，是服務(wù)器中的核心計(jì)算單元。

12GPU（Graphics Processing Unit）：一種通過執(zhí)行數(shù)學(xué)計(jì)算來渲染計(jì)算機(jī)圖形和圖像的計(jì)算機(jī)芯片。

13固態(tài)硬盤（SSD， Solid-State Drive）：在計(jì)算機(jī)內(nèi)，一種使用固態(tài)閃存來永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器。

在了解了半導(dǎo)體行業(yè)中“誰”扮演了重要角色之后，下一篇文章我們將探討是“什么”在半導(dǎo)體世界中起到了重要作用。