戈登·摩尔:一个人一个行业定律

卓乎 2024-01-29 18:16:16

在IT行业有一个神话,一个人一个定律揭示了一个行业的发展规律。这个定律就是“摩尔定律”。

芯片巨头英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)就是摩尔定律提出者。

一、早年生活

1929年1月3日,戈登·摩尔出生在美国加州旧金山的一个小镇。父亲沃尔特 (Walter是当地的一名警察,母亲弗洛伦斯·阿尔米拉 (威廉姆森)·摩尔 (Florence Almira (Williamson) Moore) 与家人经营一家杂货店。在他9岁时,父亲晋升为副警长,他们也举家搬到了县城(雷德伍德城)里。

摩尔小时候性格比较内向。他习惯于专注自己的兴趣爱好,平时就喜欢搞点化学研究,甚至曾经还在家自制过炸药。1942年至1946年,摩尔就读于红杉高中。高中毕业后,摩尔顺利进入圣何塞州立学院(现为圣何塞州立大学),学习化学,实现了自己的少年时的梦想,也在这里他遇到了新闻系学生贝蒂·惠特克并与之陷入爱河。

1948年,他又转到了加州大学伯克利分校,他的导师也都是一些化学界的顶尖人物,包括格伦·西博格(1951年获)、梅尔文·卡尔文(1961年获)和威廉·吉奥克(1949年获)诺贝尔化学奖。1950年,摩尔大学毕业,获得化学学士学位。同年他与贝蒂结婚,并进入加州理工学院继续深造,最终获得了博士学位。

1953年,摩尔进入了约翰·霍普金斯大学应用物理实验室进行博士后研究,正式开启了他的研究生涯。在那里他研究了美国海军在防空导弹中使用的固体火箭推进剂。

二、加入肖克利实验室

1954年,他的第一个儿子肯尼斯·摩尔(Kenneth Moore)出生了。(摩尔有两个儿子,另一个儿子史蒂文·摩尔(Steven Moore)生于1959年。)当时摩尔希望能给家人更好的生活,相比之下私企潜在回报更多,而且对于他来说也更有发挥空间。加之,彼时摩尔又燃起了对晶体管的兴趣,他认为晶体管具有非常大的实用潜力。于是在1956年,他返回了老家加州。

彼时晶体管的发明者之一肖克利正在为他的新公司(位于加州圣克拉拉谷,后来硅谷的重要组成城市)招募人才。这一年也是肖克利因晶体管发明获得诺贝尔物理学奖的一年。因此,很多年轻人都慕名而来。

肖克利实验室员工们庆祝肖克利诺获得贝尔奖

肖克利的选人标准是非常严厉的,经历层层筛选,摩尔凭借出色的能力成为了肖克利公司八位核心员工之一。也是这里,他遇到了自己一生最好的合作伙伴,罗伯特·诺伊斯,一起成就了一番伟大的事业。

新实验室主要研究硅基晶体管的制造方法。然而肖克利是天才科学家,却不是一位好的管理者,对企业经营是一窍不通,并且肖克利的性格还非常偏执和独断,这也让研究更加困难,就这样公司成立了一年多,也没有能拿出来的产品。于是大家都动了出走的想法。

三、成立仙童半导体

1957年9月18日,在诺依斯带领下,八人向肖克利递交了辞职书,这八人也成为了肖克利口中的“八叛逆”。同年,在仙童摄影器材公司老板谢尔曼·费尔柴尔德(Sherman Fairchild)的支持下,八人一起创立了仙童半导体(Fairchild Semiconductor),地点仍位于圣克拉拉,该公司也是集成电路制造领域和硅谷的先驱。

“八叛逆”(最左为摩尔,最中间为诺伊斯)

新公司大家各司其职。成立第二年,1958年,戈登·摩尔开发的第一个硅台面晶体管2N697就成功上市,并且还获得了来自IBM的100个订单。紧接着,公司创始人之一的霍尔尼又设计了制造晶体管的平面工艺(包括光刻、氧化、刻蚀和热扩散等流程)。

这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上,采用一种所谓“光刻”技术来形成半导体电路的元器件。只要“光刻”的精度不断提高,元器件的密度也会相应提高,从而具有极大的发展潜力。因此,该工艺也为摩尔定律的提出奠定基础。

1959年,诺伊斯又发明了基于硅的集成电路,也是以霍尔尼的工作为基础。但就在前一年,德州仪器(TI)工程师杰克·基尔比(Jack Kilby)已经开发出类似的集成电路(基于锗),并率先申请了专利。后来,两家公司还因集成电路的发明权上开启了一场专利争夺战,最终两位都被认为是集成电路的发明者。

不过,相比之下,硅作为地壳中含量第二的元素,优势也更大。很快仙童半导体公司就将平面集成电路在工业上应用。也是在这一年,诺伊斯晋升为总经理,摩尔成为公司的研发总监。仙童半导体也得到飞速发展,成为了当时最具潜力的公司,也是当时人才的聚集地。

四、摩尔定律的提出

1965年,作为仙童半导体研发总监,摩尔受邀为《电子》期刊写了一篇观察评论报告。题目是:“让集成电路填满更多的元件”。摩尔在开始绘制数据时发现了一个惊人的趋势:

硅芯片上可以放置的晶体管数量每年大约增加一倍,从而使计算机的数据处理能力呈指数级增长,并推测这种情况将持续下去至少未来十年。这份观察资料,也就是摩尔定律。不过,这只是初期版本。1975年,他又将预测率修改为大约每两年一次,也就是如今的摩尔定律。

《电子》期刊的邀请书

20世纪60年代初期,仙童半导体公司表面一片繁荣之际,内部矛盾却开始出现。彼时,投资人费尔柴尔德根据投资时的协议(如果公司连续三年净利润超过30万美元,母公司有权以300万回购股票)。虽然八位都因此赚得了第一桶金,但也失去了对公司的控制权。

虽然半导体部门已经成为当时最赚钱的部门,但依旧不被重视,母公司管理层甚至不断把利润转移到东海岸,去支持总公司。目睹这种现状,仙童的大批人才精英,纷纷出走自行创业。

1961年,霍尔尼和另外两位创始人罗伯茨和拉斯特首先出走创业,成立了阿内尔科(Amelco)。随后,另一位创始人克莱纳也带着几个人脱离仙童创业。此后,越来越多人离开。与此同时,来自德州仪器以及新创企业的竞争日益激烈。1967年秋,仙童半导体出现自1958年成立以来的首次亏损。

1967年10月,时任仙童公司总裁的约翰·卡特 (John Carter) 因公司出现亏损引咎辞职。诺依斯被认为是公司总裁的最佳候选人,然而,费尔柴尔德并不信任诺依斯,因此带领董事会选择了他人。

五、成立英特尔:摩尔定律充分运用

1968年7月,诺伊斯与摩尔一起离开了仙童半导体,成立了新的电子公司,他们将两人的名字组合,取名为Moore Noyce Electronics,即“摩尔诺伊斯电子公司”。但Moore Noyce听起来与more noise(噪音)非常相似。因此他们又将公司名字改成了Intel,“集成电子”(Integrated Electronics)单词缩写,同时也含有“智慧”(Intelligence)之意。于是,这个简单却响亮的名字Intel就此诞生了。

诺伊斯担任CEO,摩尔为执行副总裁。在公司成立后不久,仙童的前同事工艺开发专家安迪·格罗夫也加入了进来,担任公司工程总监,三人团正式集结,一个新的硅谷传奇就此拉开序幕。

摩尔、诺伊斯、格罗夫(左起)

三人是英特尔核心人物也是三任CEO。诺伊斯生性洒脱、有远见,是一个天生的领导者,只用了五分钟就筹集了足够的创业资金250万美元。摩尔是个性格沉稳的技术大师,为英特尔提供了核心力量。格罗夫性格偏执,但有着极高的执行能力和超群的管理才能。

在创业之初,三人决定专注于存储芯片制造。但在对重点关注在哪种技术方面,起初三人犹豫不决之后,终选择了一种新版本的MOS(金属氧化物半导体)技术,称为硅栅MOS。为了将多个晶体管互连在一块硅上,他们在顶部沉积了铝线,形成了集成电路。

“非常幸运的是,我们偶然发现了一项技术,其难度对于成功的初创企业来说恰到好处,”摩尔曾说道。“英特尔就是这样开始的。”

1969年,英特尔推出自己的第一批产品——双极处理64位存储器芯片3101。同年,英特尔还生产了3301双极1024位只读存储器和第一个商用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)硅栅SRAM芯片,256位1101。

紧接着1970年10月,又推出了第一款商用DRAM IC 1103,这种价廉物美的产品深受欢迎,供不应求,它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡,并推动个人电脑革命。

在英特尔公司,摩尔定律也开始得到彻底的发挥和实践。从70年代起,英特尔就构筑了其赖以成功的商业模式——不断改进芯片的设计,以技术创新满足计算机制造商及软硬件产品公司更新换代、提高性能的需要。而摩尔的口头禅就是“改变是我们终身的热爱”。

随着他1965年的预测被证明是正确的,摩尔在1975年修正了他的预测。摩尔提出,集成电路上的晶体管数量大约每两年增加一倍,计算机的性能也将翻一番。这也不断使电子产品变得更快、更小、更便宜,成为半导体行业背后的驱动力,并为芯片在数百万种日常产品中的普遍使用铺平了道路。

在摩尔定律的指导下,英特尔公司也迎来了飞速发展。1971年,英特尔推出了世界第一个微处理器4004,宣告了“一个集成电子新纪元已经来临”。1974年,又推出了微处理器8080。“8080”还被专家们称赞为有史以来最成功的微处理器之一,也正是从8080开始,个人电脑开始在全世界范围内发展起来。

1975年,诺伊斯卸任之后,摩尔继任为英特尔总裁和首席执行官。第二年,1976 年,摩尔因对从晶体管到微处理器等半导体器件的贡献而当选为美国国家工程院院士。1979年,摩尔又当选为董事长兼首席执行官,格罗夫为总裁。

作为技术出身的企业家,摩尔从不因自己是公司的总裁就高高在上,并且他十分注重技术的转化,消除了英特尔研究实验室和制造部门之间的瓶颈,加快了新产品从实验室向工厂、向市场的转化。到20世纪80年代,英特尔已跻身全球十大半导体销售商。

六、退休生活:慈善事业的开始

1987年,摩尔从首席执行官职位上退休,格罗夫则接下了这一担子成为首席执行官。摩尔继续任董事长到1997年。1997年开始,摩尔任名誉董事长,直到2006年卸任。

逐渐卸下重任后,作为公司的名誉董事长期间,摩尔每周还是会参与工作,但相比之下他更专注于自己的业余爱好。摩尔是一位狂热钓鱼爱好者。在他退休后,摩尔曾说:“离开工作一段时间是非常有好处的。我可以离开两个星期,除了想如何钓到鱼,其他的一概不想。”

由于他长期在户外钓鱼,也有更多的时间去思考这个世界,也促成了摩尔的另一段有意义的人生——成立摩尔基金。2000年,戈登·摩尔和他的妻子贝蒂一起捐款50亿美元发起成立了“戈登与贝蒂摩尔基金会”,这是全美国最大的慈善基金会之一,他们最初的目标是环境保护。

戈登摩尔与妻子贝蒂

该基金会在环境保护领域做出了不小的贡献。比如,支持了安第斯山脉-亚马逊盆地(包括巴西、玻利维亚、秘鲁、厄瓜多尔、委内瑞拉和苏里南)以及旧金山湾地区的重大项目。摩尔也因此担任保护国际组织董事多年。2002年,摩尔还因对自然保护的杰出贡献和保护国际组织高级副总裁克劳德·加斯康一起荣获了荷兰伯恩哈德亲王颁发的金方舟勋章。

与此同时,摩尔还非常重视教育。他曾一度想成为一名教师。在他获得财富自由后,便投身教育事业。自1983年起,就担任了自己读博时的院校加州理工学院董事会成员,并于1993年至2000年期间担任董事会主席。2001年,摩尔和他的妻子向加州理工学院捐赠了6亿美元,这也是当时向高等教育机构捐赠的最大一笔捐款。对于这笔巨额捐款,摩尔说:希望这笔礼物能够用来让加州理工学院保持在研究和技术的最前沿。2007年,又向加州理工学院和加州大学捐赠了2亿美元,用于建造三十米望远镜(TMT)。

此外,从20世纪90年代开始,摩尔还陆续向大学母校加州大学伯克利分校提供了约1.66亿美元的一系列捐赠和资助,用于资助从材料科学和物理学到基因组学和数据科学等一系列项目。

摩尔家族也是北加州的长期捐助者,包括斯坦福大学(截至2022年捐款超过1.9 亿美元)、加州大学旧金山分校和加州大学圣克鲁斯分校等学校都曾获得捐赠。2009年,摩尔夫妇荣获安德鲁·卡内基慈善奖章。

除此之外,摩尔一生还获得了诸多科学奖项。1990年,时任美国总统老布什亲自授予了摩尔国家技术与创新奖章。表彰他的两项重大创新(大规模集成存储器和微处理器)方面所发挥的开创性领导作用,这些创新推动了微电子领域的发展,推动信息革命。2003年摩尔当选为美国科学促进会会士。2009年,摩尔入选美国国家发明家名人堂。

剑桥大学数学科学中心的图书馆、加州理工学院的实验室大楼以及斯坦福大学都以他的名字命名。美国电化学协会,还设了以摩尔为名字的奖项,每两年颁发一次,以表彰科学家对固态科学领域的贡献。美国化学工业协会(美国分部)每年也会颁发戈登·摩尔奖章,以表彰化学工业创新领域的早期职业成功。

七、摩尔去世,摩尔定律“已死”?

2023年3月24日,摩尔在夏威夷中去世,享年94岁。在摩尔去世后,对于摩尔定律失效的话题一度引发热议,很多人认为摩尔时代也随之结束。

从摩尔定律提出以来,晶体管的数量大约每18-24个月就会增加一倍。就好像它是不可阻挡的——一条以牛顿运动定律为保证的技术定律。摩尔定律也一路伴随着人们经历了个人电脑、互联网和智能手机时代,并迎来了AI时代。但2000年后,摩尔定律开始逐渐放缓,半导体工艺的微缩进程正在变慢,也让很多人认为摩尔定律很快走到尽头。

但随着AI时代的到来,行业对于芯片计算能力要求也在不断提高,这也督促着芯片厂商不断提高芯片性能,以抢夺日益增大的市场需求。可以说只要市场对技术还有渴求,就会促使创新爆发。从另一个角度看,人工智能时代或许是另一个摩尔时代的到来,它也将继续致敬着戈登·摩尔先生。

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