盘点两位芯片行业的传奇人物:一位奠定了模拟设计,一位引领了片上集成的潮流

微观人 2022-04-21

芯片amd英特尔

2654 字丨阅读本文需 7 分钟

从1940年代第一台大型计算机问世开始,到如今芯片行业已走过70多个年头,70年说长不长,说短不短,但芯片行业却发生了翻天覆地的变化,特别是摩尔定律的提出,更是加快了芯片产业前进的速度,不过这一切都离不开许多人的努力,今天我们就来说一说两位在半导体行业有着举足轻重地位的传奇人物。

工程名人堂经常记住 Michael Faraday, Gustav Kirchhoff和James Clerk Maxwell等历史人物。但在这些名字中,很少有人像 Bob Widlar (1937-1991) 那样提供如此耀眼和实用的创新,他是早期硅谷最高产的电路设计师之一。

“传奇的芯片设计师”Bob Widlar

Bob Widlar 被人们铭记为“传奇的芯片设计师”,他创立了 Widlar 电流源、Widlar 带隙电压基准和 Widlar 输出级。

在工程界传奇人物中工作,例如飞兆半导体的创始人,Widlar 被描述为“比工程师更像艺术家”。凭借他在 µA702、µA709、µA710、LM100、LM101、LM107、LM108 和 LM10 等众多产品中的开创性发现,Widlar 彻底改变了现代工程中的模拟 IC 设计。

早年生活和教育

Robert John ("Bob") Widlar在俄亥俄州克利夫兰长大,他的父亲在那里担任无线电工程师。15 岁时,Widlar 开始了他在电子领域的终生职业生涯,就像他那个时代的许多修补匠一样:他修理收音机和电视机。

1958 年,Widlar 加入空军,负责向他的同胞教授有关电子设备的知识。一项年度绩效评估将 Widlar 描述为“比一般技术人员高出一筹”,因为他不会满足于表现平庸,并不断追求完美。

Widlar 于 1962 年毕业于科罗拉多大学,获得电气工程理学学士学位。在此期间,他还与 Ball Brothers Research Corporation 合作,帮助为 NASA 开发模拟和数字设备。1963 年,他继续加入飞兆半导体。

数字时代的模拟创新者

Widlar 因其在模拟单片集成电路 (IC) 方面的工作而广为人知。当他意识到 IC 不能以与分立电路相同的方式设计时,他是第一个针对平面工艺限制开发解决方案的人。

他独特的 IC 设计方法以第一款线性 IC 运算放大器µA702 达到顶峰。由于奇怪的电源电压、低输入/输出摆幅、低增益和其他奇怪的特性,该运算放大器最初并未受到好评,但 µA702 严重影响了后续 IC 设计趋势。

不久之后,Widlar 推出了 µA709,这是另一款从 702 显著改进的运算放大器:它拥有更高的增益、更大的输入/输出范围、更低的输入电流、更高的输出电流,并使用对称电源。709 被视为 IC 运算放大器的经典之作,标志着第一个广泛使用的单片 IC 运算放大器的里程碑。

1965 年,Widlar 离开 Fairchild 前往美国国家半导体公司工作。在那里,他发布了他设计的业界首款大功率稳压器 LM109。这一发现是在工程师们激烈争论是否有可能在单芯片上开发高功率稳压器时得出的。

Widlar 于 1969 年成为工程天才,他写了一篇论文解决了这场争论,声称温度波动和封装限制使该设备无法实现。业界相信了他的话,并停止了制造这种设备的一切努力。然而,在 1970 年,Widlar 以 20 W的 LM109 震惊了他的同时代人,这是业界第一款大功率稳压器。该设备包含了 Widlar 在一年前声称不可能实现的所有功能。

Widlar 的创新还为现代带隙电压基准电路奠定了基础,这是当今模拟设计的主要内容。

“硅仙人”Jim Keller

吉姆·凯勒(Jim Keller)一般人大概率都不知道,但只要放到芯片产业里可是要被不少人当作祖师爷供起来的名号。

他1984年大学毕业就加入到芯片行业,没有读研更没有读博,至今仍然处在芯片架构研发的前沿。

期间,他见证并引领了每个时代的芯片设计变革,CPU双核处理架构的诞生、AMD芯片业务的绝地反击、苹果自研芯片、特斯拉的自动驾驶芯片,每一个他都作为主导者参与其中。

以至于有些业内人士调侃,他有种特殊能力,只要看到芯片的架构设计图,图纸就会自己修复错误、提高性能;他之所以要在各家芯片企业反复横跳,为的是照顾芯片产业的均衡发展。

这些段子虽然有些夸张,确实很好的展现了吉姆在芯片业中的地位,这也就是大家称他为“硅仙人”的原因,通过神奇的架构创新让硅原材料诞生更大的算力!

吉姆·凯勒的传奇职业生涯始于 1984 年,在那个家用电脑刚刚崛起的年代,他就加入了数字设备公司 (DEC),那个时代的芯片技术巨头。

这家公司致力于开发性能最好芯片,吉姆作为工程团队的一员自然参与设计了这套以Alpha命名的芯片系列,1992年他们的产品推出时性能自然是傲视群雄,500兆赫兹的运行频率是同一时间英特尔处理器的近10倍性能。

然而当时的计算机产业刚刚兴起,相较于算力大小,人们更关注有什么用,英特尔的处理器性能不是最好的,却是与操作系统绑定最深的,加上摩尔定律的作用,性能差距也不能永远保持,很快这家公司就一蹶不振被另一个PC厂商康柏收购了。

吉姆在职业生涯的第一段中见证了英特尔简化指令集和生态协作的威力,也看到了英特尔处理器和内存协作存在的瓶颈,带着这些观察与思考,他加入了AMD开始了下一段的开发旅程。

几次带动芯片设计变革

在AMD吉姆把精力放到如何将处理器与内容、数据传输结构等其他单元集成在一起,最终推出了在一块芯片上集成管理不同单元的片上系统(SoC),成为了当时这一架构变革的先驱者。

AMD也借助在这方面的研发投入,成功抓住了英特尔在安腾处理器设计上的失误,在服务器这个高利润市场中成功立足。

根据后来的报道,AMD当时的首席执行官杰里·桑德斯(Jerry Sanders)认为他们没有开发服务器芯片的技术积累,并不支持踏足其中,但吉姆通过简化芯片架构设计成功克服了困难,并提出了用于服务器芯片互联的专用规范。

这些想法最后被应用到了AMD2003年推出的K8芯片上,成为了AMD当时的小巅峰。

不过这时的吉姆已经离开了AMD,加入了另一位芯片行业大神丹·多伯普尔(Dan Dobberpuhl)的公司,参与研发了网络处理器架构、双核架构等等极富开创性的技术创新中。

最终凭借出色的技术实力被苹果相中,挖过去带领了苹果自研芯片的开展。

始终站在产业潮头

有传言说他加入苹果后,长时间住在公司里,始终在研究如何设计符合苹果手机需要的自研芯片。

当时芯片产业多核处理器满天飞,所有人都在拼命往芯片里堆核心,从4核到8核,似乎性能的关键就在于核心的多少。

吉姆不为所动,他告诉乔布斯芯片基础架构的大小才是关键,多核处理器由于数据传输和协作管理的问题,往往只有一个核心在运作,与其浪费时间和资源堆核心,做出一个高效的单核架构更经济、也更有用,由此确定了很长一段时间苹果芯片研发的大方向。

完成了业务开辟的他再次马不停蹄的奔向下一个挑战,这次他要做的是回去拯救再次陷入困局的AMD。

2007年后,AMD在芯片研发上多次失误,再次被英特尔越甩越远,最终2012年再次把吉姆·凯勒召唤回来,带领AMD开发出了扭转乾坤的新产品ZEN。

如今回看历史,ZEN常常被作为吉姆封神一战,一个颠覆性的产品架构让AMD重新站回芯片产业的中心位置,不过他当时提出要让ZEN的性能提升40%时,面对的是整个公司的反对,他当时每天都要舌战群儒,说服开发团队相信这些目标都是可行的。

不过也正是有了这样的经历,让他此后在芯片产业中越发的受欢迎,特斯拉要研发自动驾驶芯片找到了他,也是他为特斯拉明确了芯片设计迭代的路线图。

2018年4月,失去芯片产业领先地位的英特尔找到了他,由他带领了新一代的架构设计;2021年,他又加入了TensTorrent,一家开发AI芯片的创业企业。

TensTorrent的芯片产品采用了张量处理单元的芯片架构,简单说就是芯片里的计算单元和人工智能算法一一匹配,相较于使用GPU运行同样的人工智能算法,能耗只需要十分之一。

吉姆加入这家公司被不少媒体誉为AI芯片产业开始加速的标志,他在新的征程上是否能够再创辉煌,我们也会持续关注。

文章来源: 半导体行业观察,王煜全

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