集成电路的发明&半导体行业的摩尔定律（单位能耗处理信息能力的增加）

I 预备知识

自1946年以来，计算机70多年的发展，本质上是提高能量利用率的过程。

• 上个世纪50年代晶体管的诞生，它将计算的能耗降低了两个数量级。
• 60年代初集成电路的发明，它将计算的能耗又降低了大约两个数量级。
• 单纯提高性能,单个芯片中绝对的计算能力：将很多小集成电路芯片集成到一个大的芯片中，是半导体行业发展的方向

1965年摩尔提出摩尔定律，即集成电路的性能每12个月翻一番。 1975年摩尔对摩尔定律有所修正：认为1980年起集成电路的性能每两年就会翻一番。 经历了50年的翻番进步后，基于半导体材料的集成电路里面器件的集成度已经接近了物理的极限。

• 半导体产业的努力方向已经从单纯提高性能，转变为提高单位能耗性能了(用信息置换能量)。

1.1 计算机领域的发展方向

计算的本质，就是在信息的控制下，利用能量实现运算。

计算机需要有能量和信息的控制才能工作，计算机完成越多的运算，消耗的能量也越高。https://blog.csdn.net/z929118967/article/details/131529445

当今计算机领域的发展方向：一直沿着提高单位能耗的计算能力在进步

提高单位能耗的计算能力：https://blog.csdn.net/z929118967/article/details/131529445

半导体产业的努力方向已经从单纯提高性能，转变为提高单位能耗性能了(用信息置换能量)。

• 过去体现为摩尔定律(单纯提高性能,单个芯片中绝对的计算能力)

将很多小集成电路芯片集成到一个大的芯片中

• 今天体现为利用信息置换能量。

1.2 商业的本质

让大家多花钱，而不是省钱。

安迪-比尔定理：搞软件开发的，一定要通过提供给用户更多的功能，将硬件提升的性能抵消掉，否则大家就不会买新的硬件了，也就不会再装新的软件了，大家就都没饭吃了。

1.3 移动通信技术：提高单位能量的信息传输率

https://blog.csdn.net/z929118967/article/details/89306415

1.4 信息时代的科学基础和方法论

https://blog.csdn.net/z929118967/article/details/131528154

信息论基本思想：消除不确定性 人工智能：利用更多信息，消除不确定性。

大量的数据比个别设计者的经验更保险。 大数据加上摩尔定律，引发了今天人工智能的突破。 利用大数据，解决了很多智能问题：无人驾驶汽车、自动回答问题

1.5 信息时代的特点

1. 值钱的是上面的知识附加值，关键性的知识是稀缺品。
2. 人和企业的关系都是在利益基础上的契约关系。
3. 当一个产业开始被一家公司垄断后，再也不需要通过技术进步获得利润，于是进步也就停止了。当一个公司不断孵化出金蛋，造就一个竞争态势时，整个行业就会快速发展。

垄断例子：美国的电信产业、微软的操作系统、IBM的服务器。

II 集成电路的发明

2.1 仙童公司

诺伊斯具有三两句话就把问题讲清楚的本领，诺伊斯说服菲尔柴尔德投资没有多费口舌，而是几句话击中要害，后者马上就懂了。

这些本质上是沙子和金属导线的基本物质将使未来晶体管材料的成本趋近于零，于是竞争将转向制造工艺（如果菲尔柴尔德投资），他将赢得这场竞争。届时，廉价的晶体管将使得消费电子产品的成本急剧下降，以至于制造它们比修理它们更便宜。

1957年9月18日，诺伊斯等八人向肖克利提交了辞职报告，随后成立的公司以投资菲尔柴尔德的名字Fairchild命名，按照意思翻译成中文，叫做仙童公司。

在信息时代，一个企业不可能像工业时代那样通过拥有生产资料来把大家组织到一起了，另立门户的成本非常低。

仙童是从工业时代过渡到信息时代中间的公司，它做了信息时代的事情，但是在很多地方继承了工业时代的特点，最突出的是股权结构的矛盾，这个矛盾让它解体了。

1968年，八个创始人只剩下诺伊斯和摩尔还在坚守岗位。诺伊斯找到摩尔说咱们也自己办公司吧，摩尔马上同意，于是创办了英特尔公司。

2.2 硅三极管

赫尔尼的小组发明了一种平面工艺，可以将硅加工成晶体管。

2.3 诺伊斯发明了集成电路

诺伊斯从赫尔尼的平面工艺中受到启发。他想与其把一个个晶体管的硅片切割下来，让生产线上的女工们用细小的镊子在放大镜下装上导线，封装成一个个晶体管成品，最后等到制造电子设备时，再将一个个晶体管焊到电路板上，还不如把电子设备的所有电路和一个个元件都制成底版，然后刻在一个硅片上。

2.4 摩尔定律的本质：单位能耗处理信息能力的增加

单位能耗处理信息能力的增加是IT行业硬件进步最核心的主线。

摩尔定律能够成立的重要原因：

1. 半导体的原材料成本相比售价近乎为零。
2. 在IT产品中，常常是大量相同模块的复制，这也是IT产业能发展很快。

模块化是IT行业工程设计的核心思想：用少数简单的模块，搭建出各种复杂的功能。

1. 英特尔内部的员工不断挑战自己的极限。

III 安迪-比尔定理

搞软件开发的，一定要通过提供给用户更多的功能，将硬件提升的性能抵消掉，否则大家就不会买新的硬件了，也就不会再装新的软件了，大家就都没饭吃了。

安迪-比尔定律把原本属于耐用消费品的电脑、手机等商品变成了消耗性商品，刺激着整个IT行业的发展。

安迪是原英特尔公司CEO安迪·格鲁夫（Andy Grove），比尔是微软公司创始人比尔·盖茨。在过去的30多年里，英特尔处理器的处理速度每18个月翻一番，计算机内存和硬盘的容量则以更快的速度增长。但是，微软的操作系统和应用软件越来越慢，也越做越大。所以，现在的计算机虽然比10年前快了100倍，软件的运行速度感觉上还是和以前差不多。

吃掉用户计算机性能的是所有的软件公司。

今天有了足够的硬件资源，软件工程师做事情更讲究开发效率、程序的规范化和可读性。 由于人工成本的提高，为了节省软件工程师编写和调试程序的时间，编程语言越来越好用，同时执行效率却越来越低。 比如，Java比C++效率低，C++比C效率低。

各个硬件厂商恰恰是靠软件开发商用光自己提供的硬件资源得以生存的。

以微软为首的软件开发商吃掉硬件提升带来的全部好处，迫使用户更新机器，让惠普和戴尔公司受益，而这些PC整机厂商再向英特尔这样的半导体公司订购新的芯片，同时向希捷等外设厂商购买新的外设。