實(shí)探英特爾博物館：硅谷風(fēng)云、傳奇人物與顛覆式芯片

作者?|??ZeR0

編輯?|??漠影

見(jiàn)證芯片巨頭五十年風(fēng)云變遷，硅谷“靈魂”博物館一線實(shí)探。

芯東西9月21日圣何塞報(bào)道，2023英特爾On技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)于當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月19日在美國(guó)加州圣何塞開(kāi)幕。峰會(huì)舉行前夕，適逢一個(gè)天空澄澈如洗、陽(yáng)光灑滿英特爾總部園區(qū)的好天氣，芯東西與全球媒體來(lái)到英特爾總部參觀英特爾博物館。

英特爾博物館始建于20世紀(jì)80年代初，1992年面向公眾開(kāi)放，1999年進(jìn)行擴(kuò)建，并增設(shè)了一家商場(chǎng)，占地1萬(wàn)平方英尺。如果你來(lái)到圣何塞市，不妨抽空來(lái)這里觀光，跟著展品一起穿越時(shí)空長(zhǎng)廊，回到現(xiàn)代科技開(kāi)始的地方，看看那些改變世界的人物、技術(shù)、芯片、論文、報(bào)紙、典故，看看超潔凈的、高度自動(dòng)化的硅芯片工廠里是什么樣子，看看沙子如何一步步變成世界上最精巧、最復(fù)雜的機(jī)器。

這里不僅紀(jì)念了英特爾的榮耀輝煌，也記錄了英特爾的失敗過(guò)往，既有令人會(huì)心一笑的有趣史料，又有豐富的芯片科普知識(shí)，還有很多專為學(xué)生設(shè)計(jì)的寓教于樂(lè)的互動(dòng)體驗(yàn)，比如用二進(jìn)制寫下自己的名、在傳感器上快速滑動(dòng)來(lái)測(cè)手速，相信多數(shù)科技愛(ài)好者都能在此收獲頗豐。

01.影響芯片世界的英特爾“三巨頭”

進(jìn)入?yún)⒂^區(qū)，首先映入眼簾的，就是左手邊墻上的一張照片。這是英特爾106名員工1969年聚集在當(dāng)時(shí)的山景城工廠外所攝。

站在最前排的兩位，是英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾，其中諾伊斯直視鏡頭，摩爾則眺望遠(yuǎn)方。英特爾未來(lái)的CEO安迪·格魯夫則在第二排最右邊，帶著眼鏡，雙手插兜。正是這三個(gè)人，開(kāi)創(chuàng)了一種全新的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)芯片，大量的創(chuàng)新隨之而至，包括英特爾首款微處理器，引爆了一場(chǎng)計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)革命。這張照片里，還有一位戴著眼鏡、閉著眼睛的小哥，他雖然沒(méi)被框起來(lái)，但也是一位注定在青史留名的人物——他發(fā)明了英特爾的第一顆CPU。

回到英特爾的創(chuàng)立故事來(lái)，這要追溯到1968年的一個(gè)春日下午，當(dāng)鮑勃·諾伊斯正在家里修剪草坪，戈登·摩爾前來(lái)拜訪，提出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器這種新興技術(shù)可能會(huì)成為一家新公司的基礎(chǔ)。不久后，兩人于1968年7月18日在加州山景城正式成立英特爾。安迪·格魯夫隨后加入他們。在為英特爾選定最終的名字前，摩爾和諾伊斯考慮了多種名字組合。

英特爾最初的名字是“NM Electronics”（即諾伊斯和摩爾的首字母拼在一起，因?yàn)橹Z伊斯比摩爾大兩歲，所以首字母放在前面。但他倆很快決定更喜歡另一個(gè)名字——Intel（英特爾），從Integrated electron（集成電子）化用而來(lái)。最終，他們?cè)谥形鞑恳患疫B鎖酒店的經(jīng)營(yíng)權(quán)中買下Intel名字的使用權(quán)。摩爾回憶說(shuō)：“我們認(rèn)為支付15000美元比想出另一種選擇更容易。”諾伊斯是英特爾的1號(hào)員工，摩爾是2號(hào)員工，格魯夫是第4號(hào)。格魯夫一直說(shuō)自己應(yīng)該是3號(hào)，因?yàn)楫?dāng)初公司登記的時(shí)候，他進(jìn)來(lái)剛好晚了一步，3號(hào)員工魏德生是以色列人。英特爾為什么之后在以色列建廠，就與魏德生有關(guān)，因?yàn)槲旱律诵輹r(shí)要回以色列，于是找格魯夫拿錢在以色列開(kāi)廠，英特爾也成為以色列最大的外企。

02.仙童“八叛逆”、摩爾定律、硅谷崛起

英特爾三位開(kāi)山辟路的關(guān)鍵人物中，諾伊斯是英特爾的靈魂，摩爾是英特爾的方向，格魯夫是英特爾的執(zhí)行。1955年，“晶體管之父”威廉·肖克利離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)辦肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)時(shí)許多富有才華的年輕科學(xué)家慕名而來(lái)，愿意追隨他工作，這其中就包括諾伊斯。然而肖克利是個(gè)科研天才，卻不是一位好的管理者。如果跟團(tuán)隊(duì)有分歧，他不選擇溝通，而是直接找另外一個(gè)團(tuán)隊(duì)去做事。尤其令人詬病的是，他對(duì)員工非常缺乏信任。例如有次一位員工在實(shí)驗(yàn)室被劃破了手，結(jié)果肖克利非要認(rèn)定公司內(nèi)部存在破壞分子，甚至動(dòng)用測(cè)謊儀對(duì)全體員工進(jìn)行測(cè)謊。

肖克利的種種荒唐行事，再加上肖克利實(shí)驗(yàn)室一直沒(méi)做出什么像樣的產(chǎn)品，令團(tuán)隊(duì)成員們?cè)絹?lái)越失望。其中八人決定一同辭職，于1957年創(chuàng)辦仙童半導(dǎo)體公司。這八人便是著名的硅谷“八叛逆”，他們向肖克利遞交辭呈的1957年9月18日，后來(lái)被《紐約時(shí)報(bào)》評(píng)為“美國(guó)歷史上最重要的十天”之一。其中諾伊斯是一個(gè)非常有領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)范的人，被推舉為“八叛逆”的領(lǐng)袖。在諾伊斯的精心運(yùn)籌下，仙童發(fā)展飛速，并憑借發(fā)明集成電路而名聲大振。1965年，“八叛逆”中的摩爾用一篇只有短短3頁(yè)紙的篇幅，提出了一個(gè)影響信息時(shí)代至今的概念——摩爾定律。

到1967年，仙童營(yíng)業(yè)額已接近2億美元。但危機(jī)也開(kāi)始醞釀。其母公司不斷抽走仙童的利潤(rùn)去投資其他業(yè)務(wù)，導(dǎo)致“八叛逆”再度負(fù)氣出走，其中最后出走的摩爾和諾伊斯，自立門戶創(chuàng)立英特爾公司，還把格魯夫也一并帶走。隨著核心人才相繼離開(kāi)，仙童大勢(shì)去矣，連續(xù)被賣。而從仙童走出的人才們宛如蒲公英般四處落地，締造了硅谷的崛起傳奇。80年代出版的暢銷書(shū)《硅谷熱》中寫道：“硅谷大約70家半導(dǎo)體公司的半數(shù)，是仙童公司的直接或間接后裔。”被很多人視作“硅谷之父”的諾伊斯，不僅是出色的科學(xué)家，也是出挑的外交家、策略家。管理英特爾公司最長(zhǎng)時(shí)間的就是諾伊斯，1979年美國(guó)科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?983年美國(guó)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)隆?989年查爾斯·斯塔克·德拉普爾獎(jiǎng)都頒給了他，足見(jiàn)他對(duì)行業(yè)是個(gè)何其重要的人物。

20世紀(jì)80年代，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)異軍突起，導(dǎo)致美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)哀鴻遍野。在諾伊斯等人的極力游說(shuō)下，美國(guó)政府認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)家安全的重要性，對(duì)日本芯片展開(kāi)傾銷調(diào)查。

03.第一款產(chǎn)品、第一筆訂單、第一個(gè)logo

仙童創(chuàng)辦時(shí)，做的芯片沒(méi)有固定功能，根據(jù)客戶需求去定制；英特爾創(chuàng)辦后，幾位老板想做能持續(xù)發(fā)展的、有固定功能的芯片，最早符合這一特征的選擇便是存儲(chǔ)芯片。

在英特爾沒(méi)有賣存儲(chǔ)芯片之前，早期存儲(chǔ)是用磁圈記憶體，電線從一頭進(jìn)去，穿過(guò)磁圈，兩條電線同時(shí)有電流，就能把磁圈磁化，變成“1”；電流反方向流動(dòng)，就可以把它去磁，變成“0”。中間還有斜角的一條線，是讀出“0101”的。

這個(gè)東西原理說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，但制造非常復(fù)雜，當(dāng)時(shí)要很多女工像穿針引線一樣來(lái)做，萬(wàn)一不小心漆掉了就會(huì)漏電，人工制造非常昂貴，但存儲(chǔ)的東西又不多。而英特爾用晶體管開(kāi)關(guān)加一個(gè)電容的原理來(lái)存儲(chǔ)“0101”，實(shí)現(xiàn)了更低成本。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一顆芯片如何工作，要看其晶體管和門是怎么設(shè)計(jì)的。晶體管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)，可以阻止或允許電流通過(guò)。門負(fù)責(zé)控制晶體管的開(kāi)關(guān)，讓電流能夠發(fā)送和接受，并將數(shù)字信號(hào)（0和1）處理成指令和信息。英特爾1968年7月創(chuàng)立，這一年沒(méi)銷售任何產(chǎn)品，虧損達(dá)44.6萬(wàn)美元，1969年就開(kāi)始盈余賺錢，年銷售收入達(dá)56.59萬(wàn)美元。一直到現(xiàn)在，英特爾只有一年在虧錢，就是1986年，因?yàn)榇鎯?chǔ)業(yè)務(wù)差點(diǎn)被如日中天的日本公司干死。1968~1969年，英特爾有了許多里程碑式進(jìn)展：有了第一款產(chǎn)品3101靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)芯片，收到來(lái)自Hamilton Electric的第一筆訂單，并有了第一個(gè)logo標(biāo)志。

如果說(shuō)第一款產(chǎn)品3101，展示了英特爾在現(xiàn)有技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)力。那么其第二款產(chǎn)品1101，則證明英特爾有能力開(kāi)拓新技術(shù)，進(jìn)而改變整個(gè)行業(yè)。

英特爾1969年發(fā)布的1101靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，是第一款成功實(shí)現(xiàn)金屬氧化物半導(dǎo)體和硅柵極兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的商用芯片。這兩項(xiàng)創(chuàng)新將使集成電路的生產(chǎn)成本更低、質(zhì)量更高、生產(chǎn)效率更高，為更低成本的計(jì)算機(jī)及最終的PC（個(gè)人電腦）鋪平了道路。

這一年，英特爾開(kāi)始在直徑為50毫米（2英寸）的硅晶圓上制造芯片。隨后其晶圓的尺寸及其生產(chǎn)效率將不斷增長(zhǎng)，達(dá)到12英寸（300毫米）。同樣是這一年，英特爾非常有名的第一個(gè)logo問(wèn)世了。logo里的特色是“e”略往下墜。

04.第一臺(tái)個(gè)人電腦與CPU的誕生

1971年11月15日，英特爾推出第一顆微處理器——4004。英特爾的4003是打印機(jī)接口、4002是RAM、4001是ROM Program存儲(chǔ)。

可編程4004是市面上第一款通用處理器，x86便是從這里開(kāi)始。

第一代CPU只是符合特定廠商的要求，第二代CPU更進(jìn)一步，直接翻倍到8008。再下一代是8080，它被很多人視作真正意義上的第一款通用微處理器。8080有4500顆晶體管，每秒可執(zhí)行29000次操作，運(yùn)行速度比4004快20倍。

接著是同時(shí)推出的8088和8086，前者是8位，后者是6位。下一代是80186，是一個(gè)過(guò)渡型產(chǎn)品，往后是80286、80386、80486，再往后就舍掉這種命名方式，開(kāi)啟“奔騰”時(shí)代。美國(guó)計(jì)算機(jī)愛(ài)好者愛(ài)德華·羅伯茨發(fā)明的Altair 8800，被公認(rèn)為是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，用戶通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行編程。它采用了英特爾8080微處理器，售價(jià)439美元，有幾千臺(tái)被電子愛(ài)好者買回家自己做組裝。

英特爾發(fā)展的一大推手是IBM。當(dāng)時(shí)IBM目標(biāo)一年內(nèi)將PC推向市場(chǎng)，找到英特爾做芯片，還找到微軟，但是以前DOS不是微軟做的，是兩位教授做的，IBM讓微軟把這個(gè)程序買下來(lái)然后給IBM提供改進(jìn)和售后服務(wù)，微軟得知后立刻安排人坐飛機(jī)去找兩位教授，結(jié)果兩位教授出去釣魚(yú)了，微軟人員坐在人家家門口吹冷風(fēng)等了一下午，才終于等到兩位教授回家，溝通簽訂協(xié)議。英特爾遇到的情況則不同。IBM找到他們時(shí)，提出了非?？量痰娜?xiàng)要求：1、把技術(shù)免費(fèi)送給另一家公司，保證IBM有另外一個(gè)供應(yīng)商。2、IBM擁有英特爾20%股份；3、IBM自己也做半導(dǎo)體，有自己的晶圓廠，要求有拿到英特爾技術(shù)和生產(chǎn)芯片的權(quán)利。

英特爾“送大禮”的公司就是AMD。AMD的創(chuàng)辦者叫杰里·桑德斯，以前在仙童是主導(dǎo)市場(chǎng)的，諾伊斯在仙童是主管整個(gè)運(yùn)營(yíng)，摩爾主管研發(fā)。為什么英特爾技術(shù)這么強(qiáng)？就是因?yàn)槟栯x開(kāi)仙童時(shí)，他把能用的仙童的人都拉進(jìn)了英特爾，所以仙童在英特爾成立幾年后就沒(méi)落了。反正都要分享，不如便宜了前同事。英特爾就把技術(shù)分享給了AMD，AMD早期不需要研發(fā)工程師，只需研究英特爾做完的東西，然后去投產(chǎn)，通常比英特爾晚1年~1年半到市場(chǎng)。因此也可以說(shuō)一開(kāi)始AMD是英特爾培養(yǎng)起來(lái)的。后來(lái)80年代英特爾遇到危機(jī)時(shí)，IBM因?yàn)閷?duì)英特爾沒(méi)有信心偷偷把英特爾的股票賣掉了，結(jié)果情況很快翻轉(zhuǎn)，到90年代英特爾開(kāi)啟最輝煌的一段歷程，股票每年都翻好幾次。也不知道午夜夢(mèng)回想起此事時(shí)，當(dāng)時(shí)決定賣掉股票的IBM決策者會(huì)不會(huì)后悔到想穿越回去扇自己倆耳光。這個(gè)簽約在1992年底到期。而Pentium（中文譯名為“奔騰”）處理器推出的時(shí)間，正是1993年，等簽約到期后才推出。

那為什么不再用數(shù)字來(lái)給芯片命名呢？是因?yàn)閿?shù)字是不能注冊(cè)商標(biāo)的。當(dāng)時(shí)英特爾發(fā)給所有員工參與給處理器命名，最后Pentium這個(gè)名字是由兩三個(gè)員工的主意湊到一起得來(lái)的。Penta是希臘文“五”的意思，“ium”一般出現(xiàn)在化學(xué)元素的詞尾。IBM就把英特爾定位為“材料公司”，英特爾給整個(gè)高科技產(chǎn)業(yè)做材料。因?yàn)橛⑻貭柎蛄撕芏鄰V告，Pentium推出一年內(nèi)就成為“十大品牌商標(biāo)”之一。

05.第一次失敗

博物館還有一個(gè)特別的展品，是畫家Nagel為英特爾畫的廣告。Nagel作品的高級(jí)時(shí)尚圖形畫風(fēng)獨(dú)具一格、頗具創(chuàng)意，既理想主義，又大膽超前，這與英特爾芯片工程的風(fēng)格非常契合。英特爾專門找他畫了很多廣告。

1984年，Nagel突然去世，年僅38歲。那時(shí)，他的畫已經(jīng)非常值錢。短暫職業(yè)生涯的突然結(jié)束，讓他為英特爾開(kāi)發(fā)的原創(chuàng)藝術(shù)作品顯得更加珍貴，英特爾也是Nagel真跡的最大擁有者。從一開(kāi)始，英特爾就在投入連接，從早期參與發(fā)明USB，到后來(lái)的3G、4G、5G。

電子手表是英特爾的第一次失敗，當(dāng)英特爾進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，電子手表售價(jià)高達(dá)200美金，然而等英特爾進(jìn)入一年多后，電子手表的價(jià)格已經(jīng)跌到十幾美元。英特爾的大筆投資直接打水漂。后來(lái)摩爾一直在手腕上戴著這款手表，以此提醒自己在這個(gè)高科技行業(yè)里，“一不小心就會(huì)虧”。

06.揭秘英特爾芯片工廠與晶圓加工流程

下圖是一個(gè)英特爾工廠的模型，工廠實(shí)用空間很小，基本就在潔凈室這一層。

空氣從地磚下面抽出來(lái)，抽出的空氣從上面通過(guò)過(guò)濾器打下來(lái)，空氣的流動(dòng)一定是要垂直地往下走，因?yàn)橹灰幸稽c(diǎn)傾斜，就會(huì)把塵埃帶起來(lái)，室內(nèi)的人要走路非常慢，否則會(huì)把塵灰卷起來(lái)。

這里空氣每7秒就會(huì)換一次。這里面還要是正壓的，這樣當(dāng)一個(gè)建筑不小心有裂縫，空氣是會(huì)往外跑，而不會(huì)把臟東西帶進(jìn)來(lái)。半導(dǎo)體非常適合用硅來(lái)做，因?yàn)槭澜缟系诙嗟脑鼐褪枪?，二氧化硅是沙?/p>

英特爾購(gòu)買由天然半導(dǎo)體硅制成的空白晶圓。半導(dǎo)體可以導(dǎo)電，也可以阻斷電的通過(guò)，這取決于它是如何加工的。

拿到晶圓后，第一個(gè)步驟是用高純度的氧把它氧化，表面就變成絕緣的，再用光膜通過(guò)紫外線照射，涂上一種光化物，像洗照片的那種光化物，通過(guò)紫外線照射，就能把它一層層挖，一層層疊加，加硅粉下去，通過(guò)這樣來(lái)做晶體管。8英寸的硅晶圓，把容器消融早期用的是鍺，但鍺的熔點(diǎn)在937攝氏度，到一些沙漠高溫環(huán)境不穩(wěn)定；硅的熔點(diǎn)是1400多攝氏度，是比較穩(wěn)定的。早期生產(chǎn)硅，找容器很辛苦，有什么容器可以承受這么高溫來(lái)熔解？后來(lái)用到的容器是硅本身。容器里包了電熱圈，整個(gè)容器就是硅，里面放了細(xì)細(xì)的硅錠，慢慢旋轉(zhuǎn)、提升，便做成了一個(gè)單晶硅，單晶硅純度非常高，達(dá)到99.999999%。

為什么可以做到這樣的程度？還有另外一個(gè)步驟：這個(gè)容器是旋轉(zhuǎn)的，硅錠冷卻提升也是旋轉(zhuǎn)的，為什么要旋轉(zhuǎn)呢？因?yàn)殡x心力會(huì)把雜質(zhì)排在外面，通過(guò)旋轉(zhuǎn)就能把單晶硅做到高純度。硅錠是一大塊晶體，兩端裁剪，磨成均勻直徑，能切下12英寸晶圓片的硅錠，重122公斤，大約是兩位成年人的重量。

做完單晶硅后，要進(jìn)行切割，用激光切割會(huì)將晶圓毀掉，只能用機(jī)械切割，早期12英寸之下是用鉆石粒的鋸來(lái)切，超過(guò)12英寸鋸都很利，插到里面就不動(dòng)了，所以現(xiàn)在用裝滿了鉆石粒的線來(lái)切割，每一條線只能用兩次，切兩片就沒(méi)有了。硅這個(gè)元素本身很便宜，但加工費(fèi)用非常昂貴。在硅錠展品的旁邊，有一片很大的英特爾工廠模型。據(jù)介紹，建廠的第一件事就是蓋水泥廠，蓋完后把水泥廠拆掉變成停車場(chǎng)。英特爾所有工廠的水都是循環(huán)利用的。

07.結(jié)語(yǔ)：“芯”火相傳，改變世界

一圈逛下來(lái)，這家傳奇半導(dǎo)體巨頭風(fēng)起云涌的過(guò)往、為世界留下的諸多寶貴科技財(cái)富，都立體而全面地呈現(xiàn)在觀眾眼前。當(dāng)你看到芯片早期設(shè)計(jì)過(guò)程的艱難復(fù)雜，看到許多“世界上第一個(gè)……”芯片的誕生，看到單芯片隨著技術(shù)演進(jìn)容納了越來(lái)越龐大的晶體管……你很難不對(duì)英特爾所書(shū)寫的歷史、所創(chuàng)造的奇跡而肅然起敬。由于時(shí)間有限，芯東西此次逛展只能說(shuō)是淺嘗輒止，其展品之廣度、體驗(yàn)之深度遠(yuǎn)比本文所呈現(xiàn)的更加豐富。博物館的魅力所在，是紀(jì)念，更是傳承，也許是傳承開(kāi)拓者們持續(xù)躍動(dòng)的創(chuàng)新與勇氣，也許是傳承面對(duì)失敗不斷重整旗鼓的頑強(qiáng)與變通，也許是從過(guò)往到現(xiàn)在，從此刻到未來(lái)，芯片改變世界的力量，代代相傳，永遠(yuǎn)滾燙。