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回顾美日DRAM芯片之争

2017-07-29 09:17
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1973年石油危机爆发后,欧美经济停滞,电脑需求放缓,影响了半导体产业。而英特尔在DRAM存储芯片领域的份额也快速下降。因为他们引来了竞争对手,主要有德州仪器(TI)、莫斯泰克(Mostek)和日本NEC。而日本电子企业、汽车企业的凶猛攻势,最终引爆了美日两国的经济战争。

1931年,美国IBM公司生产的KeyPunch 031型打孔卡数据记录装置。打孔卡(霍列瑞斯式卡)利用卡纸上打孔来记录信息。1928年,IBM推出新版打孔卡,这种卡采用长方孔,共有80列。1932年IBM发明了磁鼓存储。但是直到1950年代,打孔卡机销量巨大,依然占据IBM公司净利润的30%。1952年IBM推出磁带式数据存储器,后来发展出磁盘式机械硬盘。1956年IBM购买王安的磁芯存储器专利,1966年开发出晶体管DRAM内存技术。照片拍摄自IBM博物馆。

美国电子产业孵化期

现代计算机械的起源,最早可追溯至1830年代,英国人巴贝奇研制的机械式数据分析机。该机采用在硬纸卡片上打孔的方式输入数据,相当于只读存储器,容量只有可怜的675个字节(1K=1024字节),也就是记录差不多六百多个字母的数据符号。穿孔卡片在19世纪后期用于政府人口统计等领域。美国IBM公司最早就是靠生产打孔卡数据机起家。到1930年代,IBM公司希望用新技术来取代打孔卡,便投资研制磁性数据记录装置。

1932年,美国IBM公司的奥地利裔工程师古斯塔夫·陶斯切克(Gustav Tauschek),发明了第一种被广泛使用的计算机存储器,称为“磁鼓存储器”,采用电磁感应原理进行数据记录。磁鼓非常笨重,像个两三米长的巨型滚筒,内部安装磁性介质的高速旋转圆筒(每分钟1万转),和一排固定读/写磁头,用来读取、写出数据。虽然块头挺大,但磁鼓的存储容量也只有几K而已,售价却极其昂贵。

到第二次世界大战期间,美国陆军为了提高火炮弹道计算速度,出资研制电子计算机。1946年2月,世界第一台大型电子计算机ENIAC,在宾夕法尼亚大学诞生。这台重达30吨的计算机,最初采用埃克特(J.P.Eckert)设计的水银延迟线存储器,容量约17K。但是该机并不具备存储程序的能力,程序要通过外接电路板输入。对于每种类型的题目,都要设计相应的外接插板,要改变程序必须切换相应的电路板,因此操作起来非常麻烦。直到1954年在该机加装了磁鼓存储器。

美国早期电子工业发展,主要依靠军事工业项目投资。而且为了争夺军费预算,三大军种相互攀比。1947年,刚刚成立的美国空军,便花费巨资,以每年100万美元的巨额预算(ENIAC的总经费才10万美元),资助麻省理工学院林肯实验室,研制旋风(Whirlwind)计算机,用于飞行模拟器训练。由于处理飞机稳定性需要运算2000条以上指令,而传统的串行计算机,只能对指令逐一执行,速度很慢。麻省研究人员因此改用并行运算结构。1951年4月问世的旋风计算机,也因此成为世界第一台具备程序存储功能的并行计算机。旋风采用新发明的阴极射线管磁芯存储器作为内存,速度提高2倍。

1949年,麻省理工学院主持研制旋风计算机的福里斯特教授(Jay Forrester),提出磁芯存储器设想。但是,磁芯存储器的专利拥有者,却是个中国人。当时,在哈佛大学计算机实验室工作的王安博士(上海人,公派留学生),研制出了磁芯存储器,并于1949年10月申请专利。

1951年,王安离开哈佛大学,以仅有的600美元,创办了名为王安实验室的电脑公司,开始出售磁芯存储器,单价4美元一个。王安的生意并不好,但嗅觉敏锐的IBM公司闻风而来,邀请他担任技术顾问,并购买磁芯器件。到1956年,王安将磁芯存储器的专利权,以50万美元卖给IBM公司。王安电脑公司由此扩张为美国电脑巨头之一,直至1992年破产。

磁芯存储器是继磁鼓之后,现代计算机存储器发展的第二个里程碑。直至1970年代初,世界90%以上的电脑,还在采用磁芯存储器,其后被英特尔批量生产的半导体晶体管DRAM内存取代。DRAM内存能够问世,主要是基于半导体晶体管和集成电路技术。

1959年2月,美国德州仪器(TI)工程师杰克·基尔比(Jack Kilby),制成世界第一块集成电路。在资本力量推动下,集成电路产业迅速改变了人们的生活方式,并形成了以万亿美元计算的庞大产业链体系。

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