40年前今日，美國DRAM反擊日本

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40年前的今天，IBM因成為首家使用1兆位內存芯片的計算機公司而登上新聞頭條。由此，兆位內存時代拉開帷幕，一家美國公司及其位于佛蒙特州的工廠引領潮流，頑強抵抗著看似勢不可擋的日本公司對內存市場的壟斷。

BM的3090（Sierra系列）大型計算機率先采用了這種新型高密度內存。然而，《紐約時報》將此事報道為“一個罕見的、轉瞬即逝的輝煌時刻”，因為它認為日本半導體產業必將超越其已令人矚目的75%的市場份額。

《紐約時報》的報道與IBM的勝利姿態形成鮮明對比。IBM高級副總裁杰克·庫勒當時表示：“這標志著我們在半導體技術領域的領先地位。”他還強調這些DRAM芯片是在美國制造的。該報的某些質疑源于他們早已知曉富士通、日立、三菱、NEC和東芝等公司也在忙于測試各自的1兆位DRAM芯片。一旦這些公司滿意并投入量產，人們預期遠東經濟將重回巔峰。

如果把時間撥回到1986年，當時大多數計算機設備可能都配備了64千比特的內存芯片。那時日本最先進的內存技術已經能夠生產256千比特的內存芯片。在這種背景下，IBM采用1.2微米工藝制造的1兆比特芯片顯得尤為出色，在密度和效率方面都實現了飛躍。

1兆位內存芯片的出現和普及將使內存制造商能夠生產30針、1MB容量的SIMM內存條，這種內存條采用單面設計，使用8到9顆芯片。對于20世紀80年代中期到90年代中期的家用電腦和個人電腦用戶來說，這種SIMM內存條非常熟悉。此外，這些SIMM內存條還可以用于打印機、聲卡，甚至顯卡，例如Tseng ET3000/ET4000、Trident TVGA 8800/8900和Cirrus Logic GD542x系列。

IBM科學家發明DRAM

1966年，羅伯特·丹納德（Robert Dennard）躺在紐約州威徹斯特縣的家中沙發上，突然靈光一閃，想到了一個將改變計算機發展軌跡，并為我們今天所生活的以科技為中心的世界奠定基礎的想法。當時，丹納德是IBM團隊的一員，該團隊致力于重新構想計算機存儲信息的方式。他和同事們正專注于一種笨重且昂貴的存儲系統，該系統需要六個晶體管才能存儲1比特的數據。

那天晚上，丹納德萌生了一個想法：重新配置這個裝置，使其能夠使用單個晶體管以更快的速度完成同樣的任務。他的靈感為動態隨機存取存儲器（DRAM）的發明埋下了種子。DRAM是一種基于半導體的存儲架構，如今被大多數計算機、服務器和消費電子產品（包括手機、游戲機和數碼相機）所采用。

20世紀60年代中期，計算機存儲器的基本元件是磁芯存儲器，它由數十萬個環形鐵氧體元件組成，每個元件直徑約半毫米，用細銅線排列成矩形陣列。盡管磁芯存儲器的組裝已經高度自動化，但其密度、成本和性能都已接近極限——而計算機存儲器的需求卻在飛速增長。

一種實用的替代方案正在興起，那就是金屬氧化物半導體（MOS）技術，它將數據存儲在存儲芯片上。丹納德當時正在研究一個MOS項目，雖然前景可觀，但極其復雜——每個存儲單元需要六個晶體管。該系統雖然能夠運行，但存儲1比特數據就需要占用集成電路上相當大的空間。更糟糕的是，它的速度很慢。目標是設計一種速度更快、更精巧、更便宜的方案。

丹納德當天早些時候觀看了一場IBM研究人員的演示，他們正試圖將磁存儲器縮小到25厘米見方的緊湊尺寸，丹納德從中獲得了靈感。他效仿他們的思路，設計了一個系統方案，該系統可以將一個比特存儲在單個晶體管中。比特將以正負電荷的形式存儲在電容器上——電容器是微型電子電路中的儲能器件——并由微量能量反復刷新。充電過程堪稱點睛之筆。正是它使電容器能夠維持數據，并使RAM系統具有“動態”特性。

1968年，丹納德和IBM獲得了DRAM的專利。1970年，英特爾成功制造出一款采用三晶體管單元設計的1千比特DRAM芯片，這項技術由此開始普及應用。DRAM的簡單性、低成本和低功耗幾乎瞬間就使早期的磁性存儲技術過時。DRAM極大地提高了數字信息存儲容量，從而推動了信息和通信技術的飛速發展。

在IBM院士戴爾·L·克里奇洛的指導下，丹納德和他的團隊提出了DRAM的實現和擴展指南。該團隊引入了恒定場擴展理論，該理論構建了一個框架，使計算機能夠在顯著降低能耗的情況下運行得更快，從而降低運營成本。“擴展的意義非凡，”克里奇洛后來寫道，“這些正是我們開發具有競爭力的低成本存儲器所需要的成果。”

DRAM與首批低成本微處理器的結合加速了計算機小型化的進程，并為如今高性能手持設備的誕生鋪平了道路。1976年，計算機愛好者史蒂夫·沃茲尼亞克（Steve Wozniak）制造了一臺用戶友好的臺式電腦，其中包含4KB的DRAM。這臺電腦引起了沃茲尼亞克的朋友史蒂夫·喬布斯（Steve Jobs）的興趣，并促使他們共同創立了蘋果電腦公司。不到一年，沃茲尼亞克就推出了Apple II，在最初設計的基礎上，增加了速度更快的微處理器和更大的DRAM容量。Apple II是第一臺采用DRAM并取得商業成功的臺式電腦。到1984年，Apple II的銷量達到了200萬臺。

目前容量最高的DRAM芯片可以存儲40億比特的數據，預計到2026年，全球DRAM市場規模將超過1000億美元。更重要的是，DRAM已成為信息技術的基礎組成部分，并幫助重塑了我們的工作方式、娛樂方式、經商方式和教育方式。

大約三分之二的人類依賴于丹納德的發明，將其作為智能手機不可或缺的組成部分。智能手機使用DRAM存儲數GB的電影、照片和音樂庫。“我知道它會成為一項偉大的發明，”丹納德在2013年獲得京都獎后接受采訪時談到DRAM時說，“但我沒想到它會發展到今天這樣廣泛的影響。”

（來源：編譯自tomshardware）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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