帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
回顧英特爾半世紀的經典創新
半導體問世一甲子

【作者: 籃貫銘】   2018年06月26日 星期二

瀏覽人次:【1567】
  


1958年8月,任職於美國德州儀器(Texas Instruments)的Jack St. Clair Kilby率先做出了世界第一顆積體電路,正式迎來了IC商業市場的發展,同時也開啟了半導體的時代。十年後,1968年7月18日,英特爾(Intel)成立,幾乎主宰了接下來近50年的半導體市場。



圖1 : 英特爾8080處理晶片被稱為二十一世紀最重要的產品,它實現了個人電腦市場。(source:英特爾)
圖1 : 英特爾8080處理晶片被稱為二十一世紀最重要的產品,它實現了個人電腦市場。(source:英特爾)

而作為當今IC市場的龍頭,英特爾在半導體技術上的創新可說是至今無人項背,包含創新了微處理器的設計,定義了行動處理器的架構,3D記憶體架構的研發,儘管目前的聲勢不若以往,但其在技術上的領導地位,依舊坐得穩穩的。


英特爾是由羅伯特諾伊斯(Robert Norton Noyce)、高登摩爾(Gordon Earle Moore)和安迪葛洛夫(Andrew Stephen Grove)所共同創立,當時的公司名字是「整合電子(INTegrated Electronics)」,主要生產SRAM晶片。後來因為商標專利的問題,改名為Intel。


世界首款單晶片微處理器

以記憶體製造起家的英特爾,對於半導體一直有著更大的夢想,儘管記憶體事業成功,但絲毫沒有停止過在先進技術上的追求。


1971年,英特爾在知名的物理學家Federico Faggin的帶領下,製造出世界第一顆商用的微處理器-4004。4004是一款4位元的處理器,尺寸為3mm×4mm,有16隻針腳,內有2,300個電晶體,使用10微米製程。但五個月不到,英特爾就迅速推出了下一代產品-8008,世界第一款8位元的處理器。



圖2 : 奔騰(Pentium)處理器問世,開創了「Intel inside」的時代。(source:英特爾)
圖2 : 奔騰(Pentium)處理器問世,開創了「Intel inside」的時代。(source:英特爾)

根據英特爾的說法,對於微處理器,Faggin一直有著更大的想像,也就是希望研發出真正的「單晶片(Single chip)」處理器。之前的4004和8008其實都只是元件等級(四個晶片的組合),不是真正的單晶片設計。因此他與團隊都不停的鑽研單晶片架構的可能性。


1974年,一顆扭轉英特爾與電腦世界的處理器晶片正式問世-英特爾8080。這顆被稱為二十一世紀最重要的產品,具備了8位元的處理能力,它整合了6000個電晶體,每秒能進行29萬次運算。史上第一台成功的商業電腦Altair 8800就是基於8080所開發,而這部電腦後來成為微軟成功的基礎。


Federico Faggin說:「8080真正創造出了個人電腦市場。」「4004和8008暗示了這個時代將來臨,但8080實現了它。」


而8080問世後,也為了英特爾帶來了空前的獲利,不僅一舉弭平了先前投入開發的投資,甚至超過了其記憶體銷售業務,更讓英特爾擁有了開發新市場的能力,朝著成為一家足以撼動全球半導體市場的龍頭企業前進。


揭幕行動運算時代

8080成功量產後,後續英特爾的產品研發可說是一帆風順,不停在處理器技術上突破,除了運算性能持續倍增,晶片的整合度也不斷提高。其中包含16位元的8086處理器,32位元的80386(x86架構,開始使用快取記憶體),以及後來「Intel inside」時代的奔騰(Pentium,1992年)處理器。


到了奔騰時代,英特爾可以說是已經主宰了個人電腦市場,其處理器晶片組在運算能力與整合能力上,遙遙領先其他的競爭對手,幾乎成為桌上型電腦處理器的代名詞。


而在同樣的時間點,IBM發表了第一部以「ThinkPad」為名的筆記型電腦ThinkPad700C。這個產品線的誕生不僅開創出一個新的個人電腦市場,同時也為處理器的發展帶來第二條路。


在此之前,英特爾的處理器架構主要是針對桌上型電腦所設計,其核心的技術理念就是高效率與高性能,對於電耗與晶片體積並沒有太多的著墨。但隨著筆記型電腦的推出,英特爾也開始注意到其獨特的使用需求,尤其是在低功耗的考量,因此也著手發展專門提供行動電腦使用的處理器。


另一方面,筆記型電腦的問世也加速了無線網路技術的發展,尤其是Wi-Fi技術的演進。1997年,802.11規範正式提出,緊接著在1999年,產業界便成立了Wi-Fi聯盟,以解決802.11標準產品的生產和相容性問題。接著802.11a和802.11b各自在1999年裡被提出,而無線網路的應用也開始雨後春筍。


2003年1月8日,英特爾發表了一個專門針對筆記型電腦所設計的全新處理器架構-迅馳平台(Centrino),該構架包括了代號為Banias的Pentium-M行動處理器、Intel855晶元組,以及一個具備802.11b/a連線的WLAN網路接收器。



圖3 : 英特爾的迅馳平台(Centrino)為筆記型電腦代帶來了全新的使用體驗(source:英特爾)
圖3 : 英特爾的迅馳平台(Centrino)為筆記型電腦代帶來了全新的使用體驗(source:英特爾)

儘管無線網路的傳輸速度並非頂尖,但其行動處理器優異的電耗控制,以及精巧的晶片組體積,完完全全符合筆記型電腦的使用需求,不僅延長了筆電的使用時間,也讓製造商可以設計更輕薄的筆電,幾乎可以說是為行動運算時代帶來了最佳的解決方案。而此後,筆記型電腦也成為了英特爾的天下。


探索量子電腦的商業可能

在摩爾定律的推動下,英特爾的處理器技術不斷在性能上精進,一代比一代強大,即便是微縮製程受到挑戰而轉往多核心技術發展,英特爾也沒有減弱其在處理器性能上的推動。然而,處理器性能的快速提升,最終導致了性能過剩的局面,個人電腦市場的高成長時代,也隨之進入尾聲。


另一方面,而隨著半導體製程的持續演進,讓晶片的尺寸越來越小,性能也越來越強大,再加上無線網路技術的不斷發展,網路幾乎可說是無所不在,而這些技術的整合,迎來了智慧型手機的時代,這也成為英特爾的最大挑戰。


雖然在個人電腦市場上取得成功,但面臨需要超低功耗的智慧手機市場,英特爾卻始終無法跨入,也因此公司的成長遭遇了史無前例的挑戰。為此,英特爾被迫進行了大規模的裁員,並將事業重心從原來的PC轉往其他的領域,如:人工智慧、物聯網、5G和汽車等。



圖4 : 今年的CES展上,英特爾發表了49超導體量子位元(qubit)的測試晶片。(source:英特爾)
圖4 : 今年的CES展上,英特爾發表了49超導體量子位元(qubit)的測試晶片。(source:英特爾)

然而,物聯網和5G應用產生了龐大的數據與資料,而人工智慧也對運算性能的需求有更高一層次的需要,這兩者相加促使了市場對於超級電腦的需求逐漸加溫,於是量子電腦開始揭開了它的面紗。


不同於傳統電腦,量子電腦的運算架構採用量子位元(quantum bits; qubits),它允許在同一個時間下存在不同的狀態,因此可以有同時處理非常大量且複雜運算的潛力,因此被視為人工智慧最佳的處理器解決方案。


然而,量子電腦要商業化仍有許多挑戰,其中一個是物理條件,它必須要在零下460度才能運行;另一方面,由於量子晶片並不包含電晶體,必須要透過RF訊號來運行,因此在生產製程上完全不同於目前的半導體,因此目前的成本也難以估計。


但看好量子電腦的發展潛能,英特爾在2015年就著手投入量子電腦的研發,雖然比IBM晚起步,但在商業化的進展卻十分快速。在今年的CES展上,英特爾就發表了一款代號為Tangle Lake的49超導體量子位元(qubit)的測試晶片,效能已逼近它的競爭對手。



圖5 : 英特爾採傳統晶片製程,正在進行目前業界最小的自旋量子晶片的測試。(source:英特爾)
圖5 : 英特爾採傳統晶片製程,正在進行目前業界最小的自旋量子晶片的測試。(source:英特爾)

除了超導體量子晶片外,英特爾近期也表示,正在進行目前業界最小的自旋量子晶片的測試。英特爾特別指出,該晶片是在美國奧勒岡州採傳統晶片製程所生產,但仍需要在超低溫下運行。


一代半導體巨人的轉身

去年,台積電的市值一度超越了英特爾,讓這位坐了25年龍頭寶座的半導體巨人首度位居第二。雖然英特爾後來又回升第一,但龍頭的位置已是備受挑戰。


而從目前的發展局勢來看,英特爾被超越已是必然的結果,而且恐怕也會在這兩年內就發生。因為光靠目前的晶片銷售業務,恐怕難以支撐它龐大的身軀,進行改變和調整也是必然的事。


只是從目前的策略和成果來看,尚不足以得知而這位半導體巨人未來將要朝什麼方向和事業發展,但作為這半世紀的半導體傳奇,它的轉身肯定會是人們關注的焦點。


相關文章
如何透過Simulink進行ISO 26262專案
關於那些Micro LED新創公司
GPU運算加速實現AI新時代!
英特爾FPGA助力微軟智慧搜索應用
新型開放原始碼計畫加速電信邊緣雲部署
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
Arduino
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Raspberry Pi
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Pad(MID) SiP Turnkey Solution
原廠/品牌:鉅景
供應商:鉅景
產品類別:RF
  相關新聞
» 產官攜手領軍台灣醫材業者挺進MEDICA 2018
» 大聯大世平集團與Intel合作打造AIoT物聯網生態體系
» 台積電南京廠舉行量產典禮 將帶動中國在地IC設計水準
» 產學大聯盟創多項專利 奠定前瞻科技基礎
» 提升邊緣裝置深度學習與AI技術 Intel推出視覺加速器解決方案
  相關產品
» ANSYS獲台積電開放創新平台生態系統論壇三大獎項
» 萊鎂iNAP負壓呼吸器具有閉口睡眠舒適感
» Littelfuse推出1700V、10hm碳化矽MOSFET
» Vicor推出10kW PowerTablet AC-DC轉換器
» Molex 全新天線解決方案網站登場
  相關資源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2018 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw