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學堂 科技

長途電話掀起的四萬億風雲 EP2

 

【5分鐘搞懂晶片行業】
 
晶片到底有多重要呢?
 
從手機、電腦到汽車、飛機,都需要晶片才能運作。
 
在2022年,全球半導體的銷售已超過4萬億人民幣。這麼龐大的產業你知道是怎麼演化而來的嗎?
 
每週四我們將會持續更新,每週5分鐘,快速搞懂晶片行業!
 
視頻要點:
00:11長途電話掀起的四萬億風雲
01:45晶片的誕生
 
 
指導老師:高仕霖
策劃:丁華興
剪輯:範景雅
封面設計:葉巍
 
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Hi,大家好,歡迎來到直達國際CME學堂。
 
 
01芯片到底有多重要呢?
 
從手機、計算機到汽車、飛機,都需要芯片才能運作。
 
在2022年,全球半導體的銷售已超過4萬億人民幣。這麼龐大的產業你知道是怎麼演化而來的嗎?
 
答案居然是長途電話,是不是沒有想到?
 
回想一下,你上一次撥打長途電話是多久之前?1個月前,還是1年前?或許,很久沒打過長途電話了。畢竟在這個5G的時代,大家普遍習慣使用微信和其他軟件打電話。
 
但是你知道嗎,在100年前,實現長途電話還是非常困難的。
 
有多難呢?在1915年的美國,從東岸的紐約打電話給西岸的舊金山就需要接線生轉接5次,撥通的等待時間長達23分鐘。
 
23分鐘!放在今天是絕對不能想象的。更誇張的是,這種麻煩的情況一直持續到1963年。從1915年到1963年,足足花了將近半個世紀。
 
那麼在這半個世紀這麼長的時間裡,通訊業的研發人員究竟在做什麼?長途電話的難題是如何被最終克服的呢?這個就要歸功于晶體管和芯片了。
 
 
02長途電話與晶體管的誕生
 
長途電話的最大痛點是,訊號會在傳輸過程中受到幹擾和消耗而逐漸減弱。所以,距離長,通話質量就沒辦法保證。為了克服這個困難,當時著名的美國電訊公司AT&T使用電子管來放大信號。
 
電子管也叫真空管,是現代半導體的祖先,樣子長得有點像燈泡。電子管的作用原理很簡單,管裡面是真空的,並分陰陽兩極。在陰陽兩極中間有個柵極,你可以把它視為一個可以開關的門。只要控制這個門,就可以控制電子在陰極到陽極的流動。
 
電子通過和被阻擋,就會形成0和1的信號。0和1的有序組合就是信息傳遞的基礎。這個就是半導體的工作原理。
 
不過,電子管有過熱、耗能過大、效率不佳等問題。當長途電話距離越長,就得不斷地重復放大功率,成本也自然越高。為了進一步優化這個問題,AT&T和美國西部電器成立了貝爾實驗室。
 
在1947年,貝爾實驗室有三位科學家發明了晶體管。晶體管和電子管相比,就強太多了,因為晶體管不需要通過加熱的方式來產生電子,無論是功率消耗,還是體積,都秒殺電子管。有了晶體管,我們正式迎來了芯片的時代。
 
 
03芯片的誕生
 
芯片有很多個名字,有人叫微電路,有人叫芯片,或者集成電路。其實,都是同一樣東西。我們統一叫芯片。
 
剛我們說到,有了晶體管,我們正式進入了芯片的時代。但是要實現真正的邏輯運算,一個晶體管是不夠的,我們需要很多晶體管。
 
在電子管的時代,不同電子管是用線連起來的。可是,到了晶體管的時代,晶體那麼小,用線連起來好像很笨,不現實。那麼最好的方法就是把很多晶體管放在同一塊電子組件上。而這個就是芯片。
 
在1958 年,德州儀器的電氣工程師傑克·基爾比發明並生產出芯片。他把相同材料制成的電阻、電容等晶體管組件,制作在同一芯片上。
 
不過,估計你沒聽過這個人的名字。這是因為現在的芯片都是用硅這種材料。當時,基爾比是用鍺這種材料來做的。
 
有意思的是,另外一位傳奇人物,英特爾創始人之一羅伯特·諾伊斯在基爾研發成功後的幾個月內,獨力開發出類似的芯片。革命性的地方是,他用的就是硅這種材料。
結束:
 
好了本期視頻就到這裡就要結束了,下期我們將會和大家說一說,英特爾是怎麼誕生的?其過程中是否存在強勁的對手?
 
 
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