Intel 矽谷總部長這樣, 50 年來摩爾定律演化的微處理器都在這裡

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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而在摩爾辦公室的另一面,是佈滿牆不同尺寸的晶圓片。

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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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ifanr
作者

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