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50c2d793308c6eee9be0ad1c11039d22 英特爾的年度盛事 IDF(Intel Developer Forum)又即將在舊金山召開,但是今年有著更為特別的意義,除了六代 Intel Core 之外,今年又恰逢摩爾定律 50 周年,關於摩爾定律將如何繼續的問題,也成為了今年大家常常討論的話題。或者更為深遠的,當初摩爾定律提出的那個年代究竟發生了什麼?

剛好在這個時間點,我們來到了位於矽谷的 Intel 總部,探尋了這家世界最知名的半導體企業。在 Intel 官方高層的引導解答下,這些問題也有了答案。

The Beginning

關於矽谷的奠基史,吳垠的這篇《以史為鑒:是什麼讓矽谷登上神壇?》已經有過較為生動的敘述,其中關於電晶體之父威廉 · 肖克利(William Shockley)與後來創立仙童(Fairchild)半導體的「八叛徒」(Traitorous eight),還有惠普與史丹佛教授 Frederick Terman 鼓勵學生創業的故事,今天讀起來仍讓人心馳神往。

而在這「仙童八叛徒」中,就有 Intel 的奠基人羅伯特 · 諾依斯(Robert Noyce)、戈登 · 摩爾(Gordon Moore)。其中領頭離開 William Shockley 的就是諾伊斯,在仙童半導體不長的歷史中,諾伊斯發明了積體電路的製造方法,即把電晶體同時蝕刻集成在一塊矽晶片上。眾所週知,這是改變半導體科技的歷史發明。但是在仙童的創始的八人中,沒有人擅長管理,這家公司也隨之成為歷史。

諾伊斯名言:不為歷史羈絆,放手創造精彩

1968 年,「八叛徒」中的羅伯特 · 諾依斯和戈登 · 摩爾一起創辦了英特爾公司,在開始的時候,Intel 還不叫 Intel,這家公司起初名為「摩爾-諾伊斯電子公司」,但是英文原文 Moore-Noyce 的發音聽起來有些像 More-Noise,聽起來又吵又是噪音,因此才有了現在的「英特爾」Intel 的名字。

導致仙童「八叛徒」從肖克利半導體辭職的原因,是因為肖克利(Shockley)非常低劣的管理作風,他並不信任員工,甚至還用了測謊器來測試員工是否說謊。與肖克利相反,諾伊斯和摩爾兩個人管理風格相當大度,給予員工非常大的自由度。而後 Intel 的第四號員工,安迪 · 葛洛夫(Andy Grove)加入,使 Intel 的管理更正規也更完善,這也使得這家企業沒有步上之前肖克利半導體與仙童半導體的後塵,成為了矽谷最富盛名的傳奇企業之一。

翌年,也就是 1969 年時,Intel 已經擁有 106 位員工,於是就有了上圖這張頗具歷史感的照片。諾伊斯的管理藝術能夠團結當時的人才,包括後來約伯斯有自己想不通的問題時,也會騎著摩托車來到諾伊斯的家中求指教。而摩爾在技術上則能夠給公司以明確方向,加上安迪 · 葛洛夫的強硬執行力,使得 Intel 開始揚帆。

剛開始就開外掛

一開始的時候 Intel 並不是靠處理器起家,而是透過記憶體打開市場。這也是摩爾給 Intel 的第一個方向,因為在此之前,業界使用的磁圈記憶體雖然原理簡單,但工藝非常複雜,機器難以生產、需要手工製作,而且成品品質不太好,體積更是相當巨大。

當時摩爾就想著用三極管的原理來製造記憶體,Intel 當時生產的記憶體比原有的磁圈記憶體存儲量更大,但體積小非常多,製造成本也更低。在全面的記憶體技術優勢之下,市場選擇可想而知,Intel 也隨之一戰成名。

令現在許多創新企業欽羨的是,1968 年成立的 Intel 到 1969 年就獲得了盈利,並且在此後長久的歷史中都能保持盈利能力,唯一的一年虧損發生在 1980 年,也和另外一個巨頭有了糾葛,當然這是後話,下文會繼續提到。

1980 年虧損的主要原因,還是因為當時日本科技業與半導體的發展,給美國科技業帶來了不小的衝擊。也正因為這次虧損,使得摩爾和葛洛夫下定決心離開記憶體領域,轉而全力投入晶片產業。這決定就當時的環境來說可說是勇氣十足,其一 Intel 靠此起家,其二 Intel 也一直是記憶體技術的領頭羊,這次的企業方向調整,無異於斷臂求生。

Intel 與日本企業的羈絆也不僅於此,Intel 的成功還有失敗都和日本企業有著莫大關聯。1980 年,諾伊斯已經從 Intel 卸任,當他看到日本科技因為政府大力支持而迎頭趕上的時候,諾伊斯轉而遊說美國政府效仿此種做法,扶持矽谷科技產業,這時候諾伊斯的身份已不限於科學家和企業家,同時也更像一個外交政治家。

Intel 微處理器的起源

1969 年,一家名為 Busicom 的日本公司與 Intel 接洽,要求他們設計 12 款不同的晶片,但當時忙於生產記憶體的 Intel 人力吃緊,並無法在要求時間內設計出這麼多種類的晶片。這時候,Intel 內部一位名叫 Ted Hoff 的工程師設計出了通用型的晶片,並透過程式設計來達到廠商的要求。

Intel 當時設計出這款微處理器之後,也把整個邏輯板給設計出來了。在這塊板上,還有 Intel 開發的三款晶片,分別是 4001(動態記憶體 DRAM)、4002(唯讀記憶體 ROM)、4003(I/O 晶片,Shift Register)與這個尚未命名的微處理器,於是這個微處理器按照序號就被命名為 4004,這個晶片也開創了商用處理器的先河。此時也有了微型電腦的雛形架構。

日本公司 Busicom 當時和 Intel 簽的合約中,研發價格是 6.8 萬美元,這在當時並不是一個小數目,但是很明顯的,Intel 看到了微處理器的前景,於是就與 Busicom 商談,考慮免去這個研發費用,但是保存晶片的專利。免錢的事情 Busicom 當然欣然同意,最後由 4004 開始,開啟了英特爾的晶片研發設計之路,從 4004 到 8008,8080,一直到 80286,386,486 的時代。

採用了 4004 處理器的 Busicom Unicom 計算器,也成為了摩爾舊照的一部分。

英特爾的第一次失敗

一家傳奇的企業不總是成功,也會有失敗。那麼英特爾歷史上的第一次失敗是什麼呢?

其實,這次失敗要比想像中來得更早,在上世紀 70 年代初,電子手錶被看作是當時的高科技產品,剛開始市場均價可以達到 200 美元,Intel 也看到了商機,企圖進入這個市場。於是收購了一家名為 Microma 的電子手錶企業,想透過這家企業的 LCD 技術和自己的晶片技術打開一片天地。

但是天不從人願,因為 LCD 價格的急速下降,原來可以賣到 200 美元的電子錶,在兩年內價格馬上下跌到了 10 美元左右,日本企業的大規模生產讓產品價格快速下跌。隨即,Intel 也在 1978 年退出了電子手錶行業,轉手將 Microma 賣給了瑞士企業。

與 IBM 的恩怨情仇

同為藍色商標,同樣是 I 字開頭,IBM 的歷史要先於英特爾。英特爾的崛起與興盛其實也和 IBM 有關,但是代價卻相當大。

IBM 的首台 PC(個人電腦)使用了 Intel 8088 晶片,這台電腦僅有 360K 的軟碟插口,連硬碟都沒有。當時最早進入個人電腦市場的是蘋果,但是在 IBM 等廠商的進攻下,蘋果的市佔急速下降,這場歷史久遠的電腦之戰中,獲利的是 IBM、微軟,還有 Intel。但是 Intel 為了和 IBM 簽約,付出了非常大的代價:

  • Intel 需要將晶片的工程設計等技術免費交由 AMD
  • Intel 還需要將晶片的工程設計等技術免費交由 IBM,IBM 晶圓片廠有權生產該晶片
  • IBM 占Intel 20% 股權

如今看來,這三個條款個個都令人難以接受,但是回過頭來看,英特爾從這個合約中並未受到太多的傷害。首先是 Intel 最大的競爭對手 AMD 一直都是追趕者的腳步,雖然拿到了技術,但是產品實現週期決定了 AMD 在市場上註定較慢。尤其到了 Pentium 處理器時代,1992 年合約失效後,二者就沒有什麼技術共通協議了。

至於 IBM 自己也拿到了技術,自己也有工廠,但是 IBM 發現,自己工廠的效率還是遠遠比不上 Intel,自己生產絕對虧本,所以即使 IBM 有技術也有工廠,也無法在那個時期生產出當時個人電腦的晶片。

最後一項關於 20% 的股權說起來也是很離奇,雖然兩個藍色巨人羈絆不斷,但是那時候 IBM 實際上並不看好 Intel,在前面提到因為日本企業衝擊,1980 年 Intel 虧損並進行轉型後,IBM 隨即就出售了手上的 Intel 股權。

於是超乎預料的,度過短暫危機並堅決轉型的 Intel 在此後一路順風,股價也隨之水漲船高。

摩爾定律還能再戰十年

在英特爾總部頂樓,印有大名鼎鼎的摩爾定律:

每隔 24 個月,晶片上集成的電晶體數量將增加一倍。

雖然,這個定律後來有了諸多版本,例如以價格,性能為基準的版本(編按:比較常見的是 18 個月的版本)。但是需要承認的是,矽谷的發展還是離不開這個摩爾定律的指引。摩爾 1965 年首次提出「摩爾定律」的時候,他們還在仙童半導體工作,尚未創辦 Intel,50 年過去了,這個定律依舊沒有失效。50 年前,晶片中電晶體的數量只有 6 個,現在一般的 Intel Core 處理器中,已經有了 46 億的電晶體,更不用說那些更高端的伺服器晶片。

很明顯的,摩爾定律不是自然定律,而是由人提出的設想,或者說更像是技術反覆運算的驅動力,以及 Intel 的工程師們一直追求的目標。但是人們已經無數次地發問,摩爾定律什麼時候到極限?

可以肯定的是,摩爾定律肯定會有極限,但是這個問題在 20 年前,10 年前就已經有人提出,當時 Intel 證明了摩爾定律還將繼續奏效。

現在,Intel 高層的回答是:

按照我們的技術儲備,10 年內,摩爾定律還將繼續奏效。

十年前 Intel 是如此回答,十年後答案還是一樣。為何會有如此底氣?Intel 表示,自己的技術比起競爭對手和同行都領先三到五年。

舉個例子來說,Intel 高層指出,在 10 年前,他們就已經在實驗室中達到了 7nm 的製程工藝技術。而現在 Intel 主推的第五代 Core 則使用的是 14nm 技術。雖然實驗室不同於大規模商用,但是 Intel 在技術上的儲備實力毋庸置疑。既然在 10 年前,英特爾就已經達到了 7nm 的技術,那麼我們可以想像一下,現在 Intel 實驗室中的技術已到了什麼程度?

小辦公室,大晶圓片

戈登 · 摩爾的辦公室

在 Intel 總部二層的一個靠窗角落,是 Intel 聯合創始人摩爾的辦公室,這個辦公室屬於辦公區域,其他辦公人員仍可以自由出入。事實上,Intel 聯合創始人諾伊斯的發明還應該包括沒有牆壁的隔間辦公室,當時的這種構造讓公司的空間利用率變高,員工溝通也更為自由。

作為之前的英特爾董事長和 CEO,摩爾的半開放式辦公室算是 Intel 公司之中最大的,但是它還是很小,估計約 10 平方公尺左右,其中還有一個從創始初期就留下來的大圓桌,見證了英特爾歷史上的諸多決策。

鏡頭拉近,可以看到摩爾當年使用的是戴爾電腦,螢幕顯示器尺寸和當今流行的 16:9 相去甚遠,桌子下面還壓著不少的名片、便條紙與之前的 Intel 標誌。

而在摩爾辦公室的另一面,是佈滿牆不同尺寸的晶圓片。

在去摩爾辦公室之前 Intel 高層說,目前晶圓片企業共有五家,生產的是 12 英吋的晶圓片,但到了下一代 18 英吋晶圓片生產標準後,建造晶圓片廠的成本就會大為提高,100 億美元將是一個門檻,這五家在未來五年的時間中,將會面臨新技術和成本的淘汰機制而剩下兩家。(編按:編者推測應為三家,分別是英特爾、台積電與三星)

 

至於摩爾辦公桌上那個圓盤呢?仔細看看,它是一塊 18 英吋的晶圓片。



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