本書全面探討了集成電路(IC)的起源、發(fā)展歷程與技術(shù)演進(jìn),深入分析了其對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技領(lǐng)域的深遠(yuǎn)影響。從半導(dǎo)體材料的早期探索、晶體管的發(fā)明與應(yīng)用,到集成電路的誕生與創(chuàng)新,每一章都詳細(xì)描述了技術(shù)突破如何推動(dòng)集成電路的產(chǎn)業(yè)化和全球化發(fā)展。特別是摩爾定律的提出,推動(dòng)了集成電路在性能、處理速度和功耗方面的持續(xù)提升,催生了智能化、網(wǎng)絡(luò)化和多元化的社會(huì)變革。 本書重點(diǎn)關(guān)注了硅谷的崛起與全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競爭格局,分析了各國在技術(shù)壁壘和合作方面的博弈。通過對(duì)全球產(chǎn)業(yè)格局的深入剖析,書中展示了集成電路技術(shù)的演變、制程技術(shù)的創(chuàng)新以及跨國公司的戰(zhàn)略布局,揭示了全球化競爭與技術(shù)創(chuàng)新之間的互動(dòng)關(guān)系。 本書的出版希望能夠幫助讀者全面理解集成電路技術(shù)的變革與創(chuàng)新,掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)前沿的脈絡(luò),從而為科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展提供更深刻的見解。通過歷史與技術(shù)的結(jié)合,讀者將能夠全面了解集成電路的技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程及未來發(fā)展前景。
丁金濱, 畢業(yè)于北京航空航天大學(xué),目前就職于中國科學(xué)院。擁有十余年集成電路領(lǐng)域的研究與開發(fā)經(jīng)驗(yàn),長期參與國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)創(chuàng)新成果。作者深入研究集成電路發(fā)展歷程,深刻理解其在現(xiàn)代科技中的核心地位,并為國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新做出了重要貢獻(xiàn)。曾榮獲國家專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、北京市專利二等獎(jiǎng)及中科院成果轉(zhuǎn)化特等獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)。
目 錄
第1章 半導(dǎo)體的起源與早期探索 / 001
1.1 電與磁:早期科學(xué)的基礎(chǔ) / 002
1.1.1 電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) / 003
1.1.2 法拉第與電磁感應(yīng) / 006
1.1.3 電流與磁場的關(guān)系 / 007
1.1.4 電力與電路的初步應(yīng)用 / 009
1.2 半導(dǎo)體材料的初識(shí) / 011
1.2.1 導(dǎo)體與絕緣體的對(duì)比 / 012
1.2.2 半導(dǎo)體的特殊性質(zhì) / 014
1.2.3 鍺與硅的發(fā)現(xiàn) / 017
1.2.4 材料科學(xué)的突破 / 019
1.3 熱與電:物理學(xué)的新思維 / 021
1.3.1 電子的能量傳遞 / 022
1.3.2 熱效應(yīng)與電流的關(guān)系 / 024
1.3.3 電子躍遷的概念 / 026
1.3.4 量子力學(xué)的初步應(yīng)用 / 029
1.4 從理論到實(shí)踐:探索半導(dǎo)體 / 031
1.4.1 電子行為與電導(dǎo) / 032
1.4.2 半導(dǎo)體器件的前身 / 034
1.4.3 物理實(shí)驗(yàn)與初步應(yīng)用 / 036
1.5 小結(jié) / 039
參考文獻(xiàn) / 039
第2章 晶體管的誕生與應(yīng)用 / 041
2.1 半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與突破 / 042
2.1.1 早期的實(shí)驗(yàn)與技術(shù)瓶頸 / 043
2.1.2 肖克利的理論基礎(chǔ) / 045
2.1.3 晶體管的雛形 / 048
2.1.4 第一代半導(dǎo)體器件 / 050
2.2 晶體管的發(fā)明與發(fā)展 / 053
2.2.1 早期的晶體管實(shí)驗(yàn) / 053
2.2.2 半導(dǎo)體材料的探索與改進(jìn) / 056
2.2.3 晶體管的商業(yè)化 / 058
2.2.4 社會(huì)與工業(yè)的反響 / 062
2.3 晶體管的革命性影響 / 064
2.3.1 微型化與電子設(shè)備 / 065
2.3.2 從真空管到晶體管 / 068
2.3.3 高效能與低功耗 / 070
2.3.4 計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 / 072
2.4 電子工業(yè)的起步與飛躍 / 075
2.4.1 在工業(yè)界的應(yīng)用推廣 / 075
2.4.2 半導(dǎo)體企業(yè)的興起 / 077
2.4.3 各國政府與研發(fā)投資 / 079
2.5 小結(jié) / 082
參考文獻(xiàn) / 083
第3章 集成電路的誕生與發(fā)展 / 085
3.1 從分立元件到集成電路 / 086
3.1.1 集成化的技術(shù)背景 / 086
3.1.2 半導(dǎo)體工藝的突破 / 089
3.1.3 電路集成的挑戰(zhàn) / 093
3.1.4 從手工制造到自動(dòng)化生產(chǎn) / 096
3.2 集成電路的首個(gè)突破 / 098
3.2.1 克里斯?斯圖爾特的貢獻(xiàn) / 099
3.2.2 第一款集成電路的問世 / 101
3.2.3 集成電路的應(yīng)用前景 / 103
3.2.4 電子設(shè)備的功能革命 / 105
3.3 硅的主導(dǎo)地位與技術(shù)創(chuàng)新 / 107
3.3.1 硅的選擇與優(yōu)勢 / 107
3.3.2 硅材料的生產(chǎn)技術(shù) / 109
3.3.3 硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 / 113
3.3.4 硅集成電路的巨大潛力 / 115
3.4 集成電路的工業(yè)化與全球化 / 118
3.4.1 全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的崛起 / 118
3.4.2 技術(shù)共享與產(chǎn)業(yè)鏈合作 / 121
3.4.3 全球化市場的形成 / 123
3.4.4 集成電路的產(chǎn)業(yè)化 / 125
3.5 小結(jié) / 127
參考文獻(xiàn) / 128
第4章 摩爾定律與技術(shù)進(jìn)步 / 131
4.1 摩爾定律的提出 / 132
4.1.1 摩爾定律的起源 / 132
4.1.2 計(jì)算能力的指數(shù)級(jí)增長 / 135
4.1.3 摩爾定律的影響力 / 138
4.1.4 電子產(chǎn)品的性能提升 / 141
4.2 制程技術(shù)的創(chuàng)新 / 143
4.2.1 光刻技術(shù)的進(jìn)步 / 143
4.2.2 微米技術(shù)的突破 / 145
4.2.3 納米技術(shù)的引入 / 147
4.2.4 高集成度與小型化 / 149
4.3 集成電路的性能與功能提升 / 151
4.3.1 多功能芯片的設(shè)計(jì) / 151
4.3.2 高效能與低功耗設(shè)計(jì) / 153
4.3.3 超大規(guī)模集成電路(VLSI) / 156
4.3.4 計(jì)算速度與存儲(chǔ)能力 / 158
4.4 摩爾定律的挑戰(zhàn)與未來 / 160
4.4.1 技術(shù)瓶頸的出現(xiàn) / 161
4.4.2 新材料與替代技術(shù) / 163
4.4.3 跨越性技術(shù)的需求 / 165
4.4.4 摩爾定律的可持續(xù)性 / 166
4.5 小結(jié) / 168
參考文獻(xiàn) / 169
第5章 硅谷崛起與集成電路產(chǎn)業(yè)變革 / 171
5.1 硅谷的歷史背景 / 172
5.1.1 二戰(zhàn)后的科技積累 / 172
5.1.2 斯坦福大學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新 / 175
5.1.3 早期科技公司 / 176
5.1.4 硅谷文化 / 178
5.2 集成電路的商業(yè)化 / 180
5.2.1 從研究到產(chǎn)品化 / 181
5.2.2 初期投資與風(fēng)險(xiǎn)資本 / 183
5.2.3 從理論到市場的轉(zhuǎn)化 / 185
5.2.4 主要企業(yè)與市場競爭 / 186
5.3 小結(jié) / 188
參考文獻(xiàn) / 189
第6章 計(jì)算機(jī)與芯片革命 / 191
6.1 計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的興起 / 192
6.1.1 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明 / 192
6.1.2 從機(jī)械計(jì)算到電子計(jì)算 / 195
6.1.3 大型機(jī)與早期計(jì)算機(jī) / 197
6.1.4 計(jì)算機(jī)商業(yè)化進(jìn)程 / 199
6.2 微型化與計(jì)算機(jī)的普及 / 202
6.2.1 微型計(jì)算機(jī)的誕生 / 202
6.2.2 微處理器 / 204
6.3 計(jì)算機(jī)架構(gòu)與芯片的創(chuàng)新 / 206
6.3.1 指令集架構(gòu)的發(fā)展 / 207
6.3.2 處理器并行化設(shè)計(jì) / 216
6.3.3 存儲(chǔ)與計(jì)算融合 / 219
6.3.4 高性能計(jì)算 / 221
6.4 芯片與計(jì)算產(chǎn)業(yè)融合 / 224
6.4.1 芯片設(shè)計(jì)革新 / 225
6.4.2 計(jì)算機(jī)與移動(dòng)設(shè)備的變革 / 227
6.4.3 芯片廠商的崛起 / 229
6.5 小結(jié) / 232
參考文獻(xiàn) / 232
第7章 集成電路全球化競爭 / 235
7.1 全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局 / 236
7.1.1 美國與全球的競爭態(tài)勢 / 236
7.1.2 日本與韓國的技術(shù)追趕 / 238
7.1.3 歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) / 240
7.1.4 國內(nèi)半導(dǎo)體研究現(xiàn)狀 / 242
7.1.5 各地區(qū)半導(dǎo)體研究現(xiàn)狀橫向?qū)Ρ? / 244
7.2 制程技術(shù)的全球演進(jìn) / 248
7.2.1 從微米到納米制程 / 248
7.2.2 先進(jìn)光刻技術(shù)的突破 / 251
7.2.3 半導(dǎo)體設(shè)備與材料的創(chuàng)新 / 254
7.2.4 各國技術(shù)壁壘與合作 / 256
7.3 半導(dǎo)體企業(yè)的全球布局 / 259
7.3.1 跨國半導(dǎo)體巨頭 / 259
7.3.2 半導(dǎo)體公司的并購與整合 / 264
7.3.3 全球制造與研發(fā)中心 / 268
7.3.4 地緣政治與供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn) / 271
7.4 未來的技術(shù)競爭與戰(zhàn)略 / 274
7.4.1 人工智能與大數(shù)據(jù)需求 / 275
7.4.2 半導(dǎo)體材料的多樣化 / 278
7.4.3 5G與物聯(lián)網(wǎng)的影響 / 281
7.4.4 智能化制造與工業(yè)4.0 / 284
7.5 小結(jié) / 287
參考文獻(xiàn) / 288
第8章 人工智能與芯片技術(shù)的融合 / 291
8.1 人工智能的崛起 / 292
8.1.1 機(jī)器學(xué)習(xí) / 293
8.1.2 深度學(xué)習(xí) / 297
8.1.3 人工智能應(yīng)用初步探索 / 302
8.1.4 數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算的興起 / 305
8.2 專用芯片的設(shè)計(jì)與發(fā)展 / 309
8.2.1 AI芯片的基礎(chǔ)架構(gòu) / 309
8.2.2 GPU與TPU的技術(shù)優(yōu)勢 / 314
8.2.3 深度學(xué)習(xí)專用硬件 / 318
8.2.4 定制化AI加速芯片 / 322
8.3 量子計(jì)算與芯片的未來 / 327
8.3.1 量子計(jì)算的基本原理 / 327
8.3.2 量子芯片研發(fā)進(jìn)展 / 331
8.3.3 量子計(jì)算機(jī)的工業(yè)應(yīng)用 / 334
8.3.4 量子計(jì)算商業(yè)化的挑戰(zhàn) / 338
8.4 新興計(jì)算模式與芯片創(chuàng)新 / 342
8.4.1 腦啟發(fā)型計(jì)算的探索 / 342
8.4.2 神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片 / 346
8.4.3 分布式計(jì)算架構(gòu) / 348
8.4.4 高性能計(jì)算的多維挑戰(zhàn) / 350
8.5 小結(jié) / 352
參考文獻(xiàn) / 353