芯片的发展历史（一）

芯片的发展历史（一）

第一，本人不是从事芯片产业工作的，只是理工科毕业，知道一些，但是对于芯片及技术方面的，大部分是不懂的。

第二，文中会提到很多上市公司，只是作为一个分析，不做买卖参考。如果有人要去 *** 作，一定自己研究一下基本面，我尽量保证引用的资料正确，但是买卖 *** 作还是要自己负责。

近期在研究半导体产业链，所以想写一些文章，尤其是希望能够分享自己研究的心得，希望大家能够多多支持。

本文主要是讲讲芯片技术的发展。

半导体产业中，集成电路（IC）占比超过80%，所以集成电路基本上等同于半导体产业。所以经常说到的芯片，集成电路，IC，半导体产业都是同一个意思，都是是指将一定数量的元器件及其连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路，可细分为逻辑电路、存储器、微处理器、模拟电路。

半导体技术从19世纪开始诞生，发展至今扮演着越来越重要的角色，我们日常所熟知的手机（移动终端）、宽带（网络通信）、摄像头（安防监控）等都跟IC有关，就连美国硅谷的诞生也跟IC有关。

1、半导体技术发展的基础

半导体导电能力随着温度、光照条件、输入电压（电流）和掺入杂质的不同而发生很大变化，这四大特性的发现顺序分别如下：

1833年：法拉第发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现；

1839年：法国贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压,这就是半导体的第二个特性：光生伏特效应；

1873年：英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体的第三种特性；

1874年：德国布劳恩观察到某些硫化物的导电有方向性，也就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第四种特性。

半导体的这四个特性，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。

直到1947年12月，人类 历史 上的第一个半导体点接触式晶体管才诞生于美国贝尔实验室，从此开创了人类的硅文明时代。

半导体的这四个特性，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。

直到1947年12月，人类 历史 上的第一个半导体点接触式晶体管才诞生于美国贝尔实验室，从此开创了人类的硅文明时代。

2、半导体技术发展历程

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。世界上最早的电子产品是由电子真空管组成的，具有体积大、易碎、密封性差等一系列 缺点，以硅晶圆材料为衬底制作的晶体管具有固态、体积小、质量轻、耗电低且寿命长的优点，被人们发现成为替代真空管的最佳材料，得到广泛应用。

从晶体管到集成电路再到高度集成。晶体管的出现开启了半导体工业的 篇章，接着将分立器件集成化、缩小结构尺寸、提升数量、降低功耗， 成为技术发展的迫切需求，集成电路应运而生。所谓集成电路，是指在 单个半导体晶片上，将晶体管、电阻、电容及连接线等有机结合的电路 结构，其本质上是晶体管制造工艺的延续。集成电路、分立器件、被动 元件以及各类模组器件通过 PCB 板连接，又构成了智能手机、PC 等各 类电子产品的核心部件。集成电路的出现，在一定程度上预示着半导体 工业走向规模产业化和技术上的成熟，也预示着半导体技术向微电子技 术方向上的演变。随着工艺水平和封装技术的提升，集成电路又逐步由 小规模（SSI）、中规模（MSI），逐步发展至大规模（LSI）、特大规模 （VLSI）乃至巨大规模（GSI）。当前，半导体产业经过半个多世纪的发 展，不仅带来了世界经济与技术的飞速发展，也带来了整个 社会 的深刻 变革，从日常使用的电子产品到航空航天，处处都有半导体的身影。可 以毫不夸张的说，半导体技术是现代电子信息技术发展的原动力和重要基础。

三、硅谷的诞生及仙童半导体的传奇

业内都说“先有仙童后有硅谷”要了解美国硅谷的发展史，那就绕不过早期的仙童半导体公司。

1955年，“本世纪最伟大发明”的“晶体管之父”的肖克利（W.Shockley）博士离开贝尔实验室， 肖克利回到了自己的家乡圣克拉拉（Santa Clara）谷，并创建“肖克利半导体实验室”。

世界英才慕名而来，最后肖克利在各领域的天才与精英中，确定了公司创立之初的八位成员，而这八位初创成员也是后来对硅谷乃至世界范围产生深远影响的“八叛将”（The Traitorous Eight）：罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）、戈登·摩尔（Gordon Moore）、谢尔顿·罗伯茨（Sheldon Roberts）、朱利亚斯·布兰克（Julius Blank）、尤金·克莱纳（Eugene Kleiner）、金·赫尔尼（Jean Hoerni）、杰·拉斯特（Jay Lsat）、维克多·格里尼克（Victor Grinnich）。

1960s“八叛徒”离开肖克利成立了仙童半导体公司。到了1969年，“八叛将”的叛变精神再次燃烧，随着布兰克的出走，当初创立仙童的 “八叛将”也尽数离开了仙童半导体公司。一时间，仙童迎来了大量的离职潮，也由此孕育了更多的半导体公司的诞生。

（1）1961年，赫尔尼、拉斯特和罗伯特出走，三人创办了Amelco，就是后来的Teledyne（泰瑞达），从事半导体测试业务。

（2）1962年，克莱纳离开，创办了Edex以及后来知名的风险投资公司凯鹏华盈（KPCB）。

（3）鲍勃.韦勒，1966年离开仙童加入美国国家半导体公司。查尔斯·斯波克，1967年离开仙童加入美国国家半导体公司，任CEO。

（4）到了1968年，诺伊斯带着戈登·摩尔与工艺开发专家安迪·格鲁夫（Andrew S·Grove）离开了仙童半导体公司，而由他们三人所创立的公司就是由仙童衍生出来的公司中最为人所熟知的IT业巨头——英特尔（Intel）。

（5）仙童销售部门主任杰里·桑德斯（Jerry Sanders）带着几名员工创立了AMD半导体公司，成为英特尔的主要竞争对手。

（6）美国国家半导体（现已被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。

得到仙童半导体八位联合创始人支持的公司数量超过2000家，其中包括Instagram，Palantir，Pixar，Nest，Whatsapp，Yammer，以及苹果（乔布斯的创业得到过仙童半导体创始人的潜心指导，在此就不赘述了）。

乔布斯对仙童的评价：“仙童半导体公司就像棵成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了”

到2013年为止，由仙童公司直接或间接衍生出来的公司共达到了92家，而其中上市的30家公司的市值更是超过了2.1万亿美元，产值甚至超过了当年的一些发展中国家GDP。

可以说是仙童给旧金山湾区带来了半导体产业，因为半导体的材料是硅，所以加州这个原本拗口的“圣塔克拉拉谷”，在上世纪70年代开始被更多的人称之为——硅谷（Silicon Valley）。

总之，以上就是芯片的发展历程，包括技术上的发展及硅谷的诞生。后面从产业链的转移角度，回顾芯片的发展。

事实上，碳基半导体晶体管最先是由美国与荷兰科学家在1998年制造出来的，截止到2006年之前，我国在碳纳米管晶体管上并没有明显的建树。可以说，我国对碳纳米管晶体管的研究开始于2000年，7年之后才制备出了性能超越硅晶体管的N型碳纳米管晶体管。由此可知，国外的碳纳米管晶体管的研究要比我们早的多，但是到了今天我们与国外的差距远没有硅晶体管那么大，甚至有超越国外的趋势。

总体而言，国外对碳纳米管晶体管的研究，还是比我们要领先的。在2013年，MIT研究团队发表了由178个晶体管组成的只能执行简单指令的碳纳米管计算机。在2019年，MIT团队已能制造完整的由14000个碳纳米管晶体管组成的处理器了。而国内于2017年制造了基于2500个碳纳米管晶体管的处理器，整体性能相当于因特尔4004的水平。至于在2019年国内是否研发出了集成更多碳纳米管晶体管的处理器，目前尚未有报道。

由于碳纳米管较容易聚合在一起，所以MIT团队利用了一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起，以防晶体管无法正常工作。要知道MIT团队制造的CPU主频只有1Mhz，早期的80386处理器的频率还有16Mhz，也不是说2019年碳纳米管制造的计算机性能，仅相当于1985年制造的硅晶体管处理器的性能，这差距就太大了。离实用化，还有较长的一段路要走。因为碳纳米管晶体管之间的沟道和碳纳米管晶体管的体积过大，导致碳纳米管晶体管可以容纳的电流较小，容纳得电荷较少。MIT制造的由14000个碳纳米管晶体管组成的处理器中的沟道宽度为1.5微米，与现在纳米级相距较远。也只有缩小碳纳米管晶体管的体积和减小沟道的距离，才可以提升整体性能。

但是国内于2017年，就研制出了栅长为5纳米的碳纳米管晶体管，近日又研发出了栅长3纳米的碳纳米管晶体管。可以说，国内在碳纳米管晶体管的小型化上走的比较远。在2007年左右，国内以碳纳米管晶体管制造的处理器主频就高达5Ghz，要比国外2019年制造等我处理器主频高的多。从国外的相关产品来看，其碳纳米管栅长究竟达到了何种地步，也说不准。只不过，由此可知，在碳纳米管的研发上，国内技术最起码不会差国外技术太多，很有可能是同步发展的。

【碳基半导体芯片真的能够助力我国芯片突破西方禁锢？从此不依赖ASML吗？】

我们应该看到了近期的新闻，2020年5月26日，北京元芯碳基集成电路研究院宣布，解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈！ 该消息一出，瞬间引起了我们的关注，于是我们扎堆的认为， 碳基半导体芯片一定能够助力我国芯片的突破，打破西方禁锢？从此不依赖ASML。

了解现状——西方国家垄断的是硅基材料，而这些硅基材料在我国，我们的优势非常的低；一些关键性的材料还是倍国家技术给垄断的。而此时，我们想要打破束缚，就必须要寻找新的思路，于是出现了我们期待的：碳基半导体能否替代未来的硅基材料呢？

其实，有专家表示，北由于碳分子结构稳定，很难像硅材料一样通过掺杂其他物质改变性能。因此，碳纳米管要实现产业化，尚有很长一段路要走。不过，如今，北京元芯碳基集成电路研究院的突破确实给了我们很大的希望。

碳基半导体具有成本更低、功耗更小、效率更高。如果能够打破硅基半导体材料的束缚，走出一条全新的碳基半导体路，我们的芯片发展可能更有意义。

其实，以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体，实际上，我们熟知的石墨烯，生物碳以及碳纳米管等等都属于碳基材料。因此，想要碳基材料真正的运用与我们的实际，确实还是有一段路走，可是我们也已经进了一步了。

在芯片处理中， 碳基技术芯片 速度提升，功耗降低，未来更能够运用于多种领域，比如国防，气象，以及我们现在急需要解决的手机芯片，计算机芯片问题。这里我们得知道，相比国外技术， 我国对于碳基技术研究时间早，目前的技术是基于二十年前彭练矛院士提出的无掺杂碳基CMOS技术发展而来。

因此，我们不担心倍国外的技术给限制，因为我们的技术具有前瞻性，确实我们的芯片技术目前还是受限制，特别是ASML的光刻机，因为缺乏技术，在工艺制程方面受到制约。

因此，我们猜测的是，碳基材料未来很有可能打破ASML光刻机的束缚，打破欧美国家芯片的束缚，打造属于我们的芯片技术。

谢谢您的问题。碳基芯片在全球范围内还在朝量产迈进。

碳基芯片目前处于实验室阶段。 IBM和英特尔已经碳基在理论进行了多年的 探索 ，英特尔无果而放弃。IBM与英特尔退而求其次，用的是“掺杂”工艺制备碳纳米管晶体管。在国内，彭练矛和张志勇教授团队在半导体碳碳基半导体材料制备方面取得了研究重大进展，已经领先于全球，但也只是朝产业化进一步迈进。

实验室的成果离现实还很远 。全球碳基芯片真正要实现落地、商品化，除了雄厚的资金，必须要有现有的芯片兼容，直接借用现有半导体产业流程工艺，就可以大大加快碳基芯片产业化进程。

碳基技术需要企业参与 。北京碳基集成电路研究院以前在碳基技术上走在了前列，未来10年发展至少需要20亿元研发投入，这需要企业产研对接，需要企业认识其中的价值。阿里巴巴、腾讯都计划投入数千亿元用于新基建，参与到云服务和芯片全线布局，希望这样的 科技 龙头企业参与“碳基”集成电路，有助于缩短国内碳基技术的商用时间，站在全球视角， 科技 企业及早介入非常重要。

欢迎关注，批评指正。

首先，国外的研究并没有啥进展，因为没有企业投钱，高通的芯片利润这么高，谁会把大把的钱投到一个还不知道成不成功的项目上？

处于 探索 期，技术还远不成熟，距成熟产品路还很远。

半导体分立器件制造行业主要上市公司:目前国内半导体分立器件制造行业上市公司主要有华润微(688396)、士兰威(600460)、科技(300373)、华微电子(600360)、信捷能(605111)、苏州固锝(002079)。

本文核心数据:半导体分立器件出货量、市场规模、区域分布。

1.英飞凌推动全球分立器件性能提升。

全球分立半导体器件诞生于上世纪中叶。20世纪50年代，功率二极管和功率三极管问世，并应用于工业和电力系统。六七十年代，晶闸管等分立器件发展迅速；20世纪70年代末，开发了平面功率MOSFET。80年代后期，沟槽功率MOSFET和IGBT逐渐出现，分立器件正式进入电子应用时代。90年代，超结MOSFET逐渐出现，打破了传统的“硅极限”，满足了大功率、高频的应用要求。2008年，英飞凌率先推出屏蔽栅功率MOSFET，分立器件性能进一步提升。

2.分立器件的全球供需明显受疫情影响。

-由于疫情，全球供应疲软。

新冠肺炎疫情对全球经济产生了巨大影响，包括半导体分立器件在内的许多行业都受到了负面影响。根据Statista的预测数据，2020年全球分立半导体器件出货量将达到4630亿。

随着病毒在全球传播，全球供应链中断，隔离期仍不确定。为了遏制新冠肺炎的蔓延，全球许多制造工厂都采取了停工控制措施。例如，由于马来西亚、中国和菲律宾的政府订单，安美半导体的大部分制造设施被关闭，影响了其向客户供应产品的能力。https://iknow-pic.cdn.bcebos.com/1e30e924b899a901545b9da60f950a7b0208f530?x-bce-process=image%2Fresize%2Cm_lfit%2Cw_600%2Ch_800%2Climit_1%2Fquality%2Cq_85%2Fformat%2Cf_auto

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