DRAM是怎么诞生的 日本半导体是如何丧失主导权的?

2022-10-10 15:11:21

DRAM是怎么诞生的?

进入 1960 年代后,随着计算机技术的发展,电子行业开始了将集成电路技术用于计算机存储领域的尝试。

当时,半导体存储技术被分为 ROM 和 RAM 两个方向。ROM 是只读存储器,存储数据不会因为断电而丢失,也称外存。而 RAM 是随机存取存储器,用于存储运算数据,断电后,数据会丢失,也称内存。

今天,我们重点说说 RAM 这个领域。

1966 年,来自 IBM Thomas J. Watson 研究中心的罗伯特・丹纳德(Robert H. Dennard),率先发明了DRAM 存储器(动态随机存取存储器)。

这种存储器基于“MOS 型晶体管 + 电容结构”,具有能耗低、读写速度快且集成度高的特点。直到现在,我们的计算机内存、手机内存、显卡内存等,都是基于 DRAM 技术。

1968 年 6 月,IBM 注册了晶体管 DRAM的专利。但是,正当他们准备进行 DRAM 产业化的时候,美国司法部启动了对他们的反垄断调查。

这些调查拖延了 IBM 的 DRAM 产业化进度,从而给其它公司带来了机会。

不久后,1969 年,美国加州的 Advanced Memory System(先进内存系统)公司捷足先登,成功生产出了世界上第一款 DRAM 芯片(容量仅有 1KB),并将其销售给计算机厂商霍尼韦尔公司(Honeywell)。

霍尼韦尔公司收到这批 DRAM 芯片后,发现工艺上存在一些问题。于是,他们找到了一家新成立的公司,请求帮助。

这家公司,就是 1968 年罗伯特・诺伊斯(前文提到的硅集成电路发明人)和戈登・摩尔(摩尔定律的提出者)等人共同创办的英特尔(Intel)。

英特尔公司成立后,主要业务就是研制晶体管半导体存储器芯片。

当时,半导体工艺主要有两个研究方向,分别是双极型晶体管和场效应(MOS)晶体管。英特尔自己也不知道哪个方向正确,于是,成立了两个研究小组,分别跟进两个技术方向。

1969 年 4 月,双极型小组率先有了突破,推出了 64bit 容量的静态随机存储器(SRAM)芯片 ——C3101。这个芯片是英特尔的第一款产品,主要客户就是霍尼韦尔。

场效应管小组也不甘落后,1969 年 7 月,他们推出了 256bit 容量的静态随机存储器芯片 ——C1101。这是世界第一个大容量 SRAM 存储器。

1970 年 10 月,场效应管小组再接再励,成功推出了自己的第一款 DRAM 芯片(也被认为是世界上第一款成熟商用的 DRAM 芯片)——C1103。

C1103 推出后,获得极大成功,很快成为全球最畅销的半导体内存,服务于 HP、DEC 等重要客户。

在 C1103 的帮助下,英特尔也迅速发展壮大。1972 年,英特尔的员工人数超过 1000 人,年收入超过 2300 万美元。1974 年,英特尔 DRAM 产品的全球市场份额达到惊人的 82.9%。

就在英特尔在 DRAM 领域赚得盆满钵满的同时,它的竞争对手也在迅速崛起。

1973 年,美国德州仪器(TI)、莫斯泰克(Mostek)等厂商先后进入 DRAM 市场。

德州仪器在英特尔推出 C1103 之后,就进行了拆解仿制,通过逆向工程,研究 DRAM 的架构和工艺。后来,1971 年和 1973 年,他们先后推出了 2K 和 4K DRAM,成为英特尔的强劲对手。

莫斯泰克公司由德州仪器半导体中心的前首席工程师 L.J.Sevin 创立(1969 年),技术实力同样不俗。

1973 年,他们推出了 16 针脚的 DRAM 产品 ——MK4096,也对英特尔的市场地位形成了挑战(其它公司都是 22 针脚,针脚越少,制造成本越低)。

1976 年,莫斯泰克公司又推出了MK4116,采用了 POLY-II(双层多晶硅栅)工艺,容量达到 16K。这款产品获得了巨大成功,一举逆转了市场竞争格局,将自己的 DRAM 市占率提升到了 75%。

可惜,没过多久,因为遭遇来自资本市场的恶意收购,莫斯泰克公司的股权结构大幅变动,管理层剧烈动荡,技术人员迅速流失,公司很快走入低谷。

1979 年,该公司被美国联合技术公司(UTC)收购。后来,又转卖给了意法半导体。

1978 年 10 月,四个莫斯泰克公司的技术人员离职,在爱达荷州一家牙科诊所的地下室,共同创立了一家新的存储技术公司。

这家公司,也就是后来的存储业巨头 ——镁光(Micron)。

日本半导体是如何丧失主导权的?

除了国内竞争对手之外,英特尔面临的更大威胁来自国外。更具体来说,是来自 ——日本。

1970 年代,日本经济高速崛起。为了在全球科技产业链占据有利位置,他们在半导体技领域进行了精心布局。

1976 年,日本通过举国体制,成立了VLSI 联合研发体(VLSI:THE VERY LARGE SCALE INTEGRATED,超大规模集成)。

联合研发体一共设有 6 个实验室,专门进行高精度加工技术、硅结晶技术、工艺处理技术、监测评价技术、装置设计技术等领域的研究。

不久后,这个联合研发体就成功攻克了电子束光刻机、干式蚀刻装置等半导体核心加工设备,以及领先的制程工艺和半导体设计能力,为日本半导体行业的腾飞奠定了基础。

1977 年,在 VLSI 项目的帮助下,日本成功研制出了 64K DRAM,追平了美国公司的研发进度。

到了 1980 年代,日本厂商(富士通、日立、三菱、 NEC、东芝等)继续发力,凭借质量和价格优势,开始反超美国公司。

1986 年,日本存储器产品的全球市场占有率上升至 65%,而美国则降低至 30%。

在惨烈的市场竞争下,美国英特尔公司直接宣布放弃了 DRAM 市场(1985 年)。而唯一能够在日系厂商夹缝中生存的,只剩下摩托罗拉(Motorola)。

螳螂捕蝉,黄雀在后。就在日本半导体厂商眼看就要一统江湖的时候,外部政治环境开始发生了微妙的变化。

1985 年,美苏冷战气氛不断减弱,日美贸易摩擦不断增加。在巨大的财政赤字压力下,美国里根政府开始将注意力转移到打压日本经济上。

这一年,美国主导了著名的《广场协议》,逼迫日元升值。与此同时,美国半导体协会也发起了对日本半导体等产品的反倾销诉讼。后来,两国达成了对日本半导体产品的价格监督协议。

在接二连三的打击下,日本半导体产品的市场份额一落千丈,很快丧失了主导权。

关键词: 半导体存储技术 计算机技术 电子行业 集成电路技术 计算机存储