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读半导体简史11应用时代

news 2026/7/30 7:03:27

1. 设计

1.1. 冯·诺依曼体系抽象出的功能单元与数据通路这些思想，放之数字领域而皆准

1.1.1. 天下数字控制逻辑亦可归于图灵状态机模型

1.2. 集成电路分为数字电路与模拟电路两大类，其中模拟电路的产值远小于数字电路

1.2.1. 半导体的三大应用领域中，计算与存储属于数字集成电路，而通信领域的核心在于模拟电路
1.2.2. 在三大领域之外，具有一定产值的电源和传感器也与模拟相关

1.3. 计算机辅助半导体设计，可追溯至遥远的大型机时代

1.4. 数字集成电路的生产由设计与制造两部分组成

1.4.1. 集成电路出现后相当长的一段时间里，不存在设计行业

1.5. 1967年，Koford加入仙童半导体，在集成电路领域引入计算机辅助设计

1.5.1. 仙童陆续开发了FAIRSIM仿真器、测试程序生成器、布局布线等一系列CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）工具

1.6. SPICE

1.6.1. SPICE的软件奠定了电路仿真程序的基石
1.6.2. CANCER
1.6.2.1. “Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation”这一长串英文的简称
1.6.2.2. Nagel将“CANCER”项目改名为SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)，并将“CANCER”项目不利于开源的代码全部移除
1.6.3. 1972年5月，SPICE1正式发布，并成为一款开源软件
1.6.4. 1975年，Nagel以SPICE2版本为主线，完成了他在加州大学伯克利分校的博士毕业论文

1.7. 1978年，加州理工学院的米德教授与IBM的Lynn Conway合作发表了一篇名为“Introduction to VLSI systems”的文章，系统阐述了超大规模集成电路的设计与计算机技术相结合的方法，指明其发展趋势，并将集成电路中使用的计算机辅助工具，明确为电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)

1.8. OASIS格式

1.9. 伴随EDA软件的兴起，Verilog和VHDL这两种硬件描述语言随之而来

1.9.1. 两种语言出现在程序设计中鼎鼎大名的C语言之后，借用了一些C语言的语法结构，因此与C语言程序较为相近
1.9.2. 硬件行为级描述语言Verilog与程序设计语言C，最本质的区别源于所描述底层对象间的差异
1.9.3. 硬件描述语言的出现填平了软件与硬件之间的鸿沟，使电子信息产业几乎所有从业人员都被同化为“码农”
1.9.4. Verilog类语言与EDA工具的出现，完成了半导体设计最重要的一块拼图，提高了程序员的设计效率，使得集成电路设计可以追随摩尔定律的脚步，将非常复杂的数字逻辑、上亿颗甚至百亿颗晶体管，放置在一个集成电路的芯片版图中

1.10. SoC芯片

1.10.1. SoC芯片指集成了多个组成模块，用于实现不同功能的集成电路芯片，其中至少包含一种处理器微架构，是今天数字集成电路的最大分类
1.10.2. 手机、玩具车、汽车使用的微控制器都属于SoC芯片
1.10.3. SoC芯片中使用的微架构，无论是最为流行的ARM，还是风头正劲的RISC-V，均基于冯·诺依曼体系，由中央处理器、内存单元、输入/输出接口组成
1.10.4. 外部设备发展到今天，也具备了极强的处理能力
1.10.5. 由基于冯·诺依曼体系的微架构与各个组成模块搭建而成SoC芯片，自然也遵循这一体系的设计思想，从更高的层次看，依然由可以统筹全局的中央处理架构、存储层次结构与输入/输出系统组成
1.10.6. 一个SoC无论多么复杂，也仅需要掌握冯·诺依曼体系与图灵状态机即可整体驾驭
1.10.7. 集成电路设计领域的合理分工，降低了设计SoC芯片的入门门槛，无形中却提升了SoC芯片的出门高度

1.11. 集成电路对低功耗与高性能无止境的追求，使电源网络的设计陷入两难

1.11.1. 高性能以高主频为基础，要求更高的供电电压
1.11.2. 低功耗要求更低的供电电压
1.11.3. EDA软件会辅助完成时钟与电源网络的布局与分配

1.12. 在数字集成电路中，还有一个关键所在，即与外部引脚相关的电路，包括PCIe总线与以太网接口使用的Serdes(Serializer/Deserializer)模块、DDR接口的高速差分信号等

1.13. 多数通用模块，包括GPU与DSP这些较为复杂的模块，可以通过购买IP获得

1.13.1. 最复杂的微架构被ARM提前准备好，RISC-V甚至将微架构开源

1.14. IP模块的积累，不完全为了节省费用

1.14.1. 苹果不断积累IP模块，并以此为基石自研手机处理器的重要原因
1.14.2. 苹果选择了一条最艰难的路线制作iPhone系列智能手机，是因为在SoC芯片制作更加容易的今天，数字芯片的价值愈发低微
1.14.3. 根据应用场景对SoC芯片进行差异化与定制化，搭建SoC芯片背后的生态环境愈发重要

2. 应用时代

2.1. Marc Andreessen

2.1.1. 1993年，Marc Andreessen编写了一款图形浏览器Mosaic，将互联网上的数据以图形的方式展现
2.1.1.1. 这一发明也许永远无法与人类历史上，任何一次在自然科学领域的重大进步相提并论，却因为互联网世界的力量而光华万丈
2.1.2. Andreessen成立网景公司，将Mosaic升级为Navigator浏览器
2.1.3. 网景公司首次公开募股，在开盘的当日，这个公司获得了27亿美元的市值
2.1.4. 继甘地之后，Andreessen成为光着脚登上时代杂志封面的第二人

2.2. 半导体领域的领军企业Intel的股价从2000年的60美元高点，至2002年年底下滑到10美元左右，在此之后的20年时间里，这个公司的股价也没有回到过60美元

2.3. 摩托罗拉宣布分拆半导体事业部，后来将其改名为飞思卡尔半导体

2.3.1. 摩托罗拉没有因为分拆半导体事业部而旗风重振
2.3.2. 这个拥有世界上第一部商用对讲机、便携手机、车用免提电话、蜂窝折叠手机与GSM数字手机，曾几何时无限辉煌的公司，至今仅剩下一个制作对讲机的部门继承其衣钵
2.3.3. 2015年3月2日，恩智浦与飞思卡尔这对难兄难弟宣布合并，合并后公司名仍为恩智浦
2.3.3.1. 在历经漫长的岁月之后，恩智浦以这种方式重回半导体排名的TOP10

2.4. 搜索引擎作为网站之中的网站，提高了信息检索效率，连接了信息孤岛，更重要的是确立了基于电子广告的商业模式

2.5. 互联网产业进入搜索引擎时代之后，半导体产业逐步复苏

2.6. 在大型机时代，IBM通吃从硬件到软件的每一个角落；在PC时代，微软与Intel双寡头垄断

2.7. 在手机处理器领域，高通与MTK兴起；在操作系统领域，苹果的iOS与谷歌的Android并立；在应用领域，出现了涉及人类衣食住行的一系列移动互联网公司

2.8. 从美国、中国到整个世界，移动互联无处不在，如黑洞般席卷着全天下的财力、物力与人力

2.8.1. 移动互联网集中了世间一切资源，将虚拟世界中的信息与真实世界高效结合，搭建了人类有史以来最好的商业模式，一个赢者通吃的商业模式
2.8.2. 移动互联网清除了图书馆、书店与报刊亭
2.8.3. 人类的衣食住行因为移动互联网而天翻地覆

2.9. 以台积电为代表的，仅从事集成电路的制作，并不销售集成电路产品的独立的晶圆代工厂强势崛起，彻底打破了半导体设计与制造间的紧耦合

2.10. 以ARM为首的IP模块提供商，为半导体设计领域准备了足够多的积木

2.11. EDA工具日趋稳定，也更加便于使用

2.12. 传统半导体设计厂商面临着产业新入者的威胁，这些新入者不是别人，正是他们之前的客户

2.12.1. 这些客户更加贴近应用场景，只要这个场景蕴含的能量足够强大，就可以自行设计芯片，不必购买半导体厂商提供的通用产品
2.12.2. 他们需要的仅是晶圆代工厂，他们将成为半导体设计领域的中流砥柱
2.12.3. 半导体设计的主角正在转换，这个产业将再次成为大型公司的一个部门

2.13. 2008年5月，苹果收购PA Semi半导体公司，并以此为核心组建半导体部门

2.13.1. 两年后，苹果自行研发的Apple A4处理器问世，这是苹果开发的第一代用于手持式设备的SoC芯片，基于ARM的Cortex微架构，用于iPhone 4手机
2.13.2. 如今，苹果的手机处理器芯片已发展到Apple A14，成为苹果手机的核心竞争力，至今尚未有任何处理器与手机的组合能够超越Apple Ax处理器与iPhone的组合

2.14. 半导体设计的主角正在转换，这个产业将再次成为大型公司的一个部门

2.15. 在通信领域，香农极限近在咫尺

2.16. 在存储领域，摩尔定律率先不再适用

2.17. 在这个应用时代中，半导体产业依然是基础，但清洁而有效的数据发挥着越来越重要的作用

2.18. 英伟达的GPU与x86和ARM处理器，并无本质区别