芯片战争-37：500美元的跟投，低漂移直流差分放大器
原创 科技真相 科技红利及方向型资产研究 2019-08-11
中国半导体产业的思考—随笔之《芯片战争——亮剑！国运之战》 芯片战争37—500美元的跟投，低漂移直流差分放大器（黎明之前，1950-1959年） 美国半导体产业四大派系之“仙童系”龙头公司—仙童半导体公司成立；仙童启动资金为3600美元，其中500美元要求八叛逆跟投，德州仪器开发第一款低漂移直流差分放大器；仙童系衍生的公司有92家，30多家是上市公司，总市值高达2.1万亿美金。 正文： 第二章 黎明之前第二十三节：500美元的跟投，低漂移直流差分放大器 最先想离开肖克利半导体实验室的七个人都是有才华有抱负的年青人，他们可不愿意把生命中最有激情、最富创造力的大好年华奉献给肖克利肆意“糟践”了。他们也曾含蓄地向肖克利反映过意见，但最终都被老板一顿臭骂了回来。看来没其他办法了，他们七个决定瞒着肖克利，悄悄到实验室的主管部门—贝克曼仪器公司进行“投诉”。贝克曼一看，哎呦，嘛呀，这可是“要命的事件”啊，马虎不得，他亲自接访了这七位年青人。问明来意后，贝克曼坚决而诚恳地表态说：“大家反映的意见我都清楚了，你们的意见很好，我们一定会认真总结，认真反思，认真整改。大家要相信我、相信公司，不要冲动，和谐稳定才能求发展，回去继续努力工作吧！” 七位年青人听到领导的表态后纷纷表示很鼓舞，很受启发，相信大老板一定会切实维护他们的利益，问题最终会得到解决，于是他们又回到了工作岗位上。然后，很快他们就发现星星还是那颗星星，月亮还是那个月亮，肖克利还是那个肖克利。这可咋整呢？实验室如今这样已经没法再呆下去了，继续闹下去吧，又怕被当成“精.神病”给逮起来，真是进退两难啊。一天，惶恐不安的七个年轻人又聚在一起，嘀嘀咕咕地合计着正没个主意，不知谁嘟哝了一句：“俺将来要是当了老板，决不会这么干！”一言惊醒梦中人，没错啊，许他肖克利当老板，就不许咱们自己当老板啊。自立门户，这是要得！七个人兴奋得就像在黑暗中见到了手电筒，迷茫中见到了。。。呵呵，七嘴七舌地计划着、憧憬着，激动得一宿没睡好。 第二天起来，他们才醒觉，钱呢？要自立门户，谈何容易啊，现在说的是办个半导体企业，那可是需要大把大把的“金牛”地。在那个年代，风险投资不要说圣克拉拉还没出现，就算在全美国，也还没成气候。何况他们七个现在也没有肖克利那样的名声可以去吸金。巧妇难为无米之炊，七个人掰着手指头算算家里头的亲戚和朋友圈里的朋友有没有哪个是有地有米，最好是家里有矿的。最后还是克莱尔自告奋勇：“我银行里有人！”于是由他执笔，给纽约的海登斯通投资银行（Hayden，Stone & Co.）写了一份所谓的“商业投资计划”。这份计划书实在没什么亮点，但卖点倒是有一个，就是他们曾在诺贝尔奖得主及晶体管发明人的手下工作过：“我们是一个经验丰富、技能多样的团队。我们精通物理、化学、冶金、机械、电子等各个领域。我们能够在资金到位后的三个月内开展半导体业务”克莱尔信心十足的写到。 图：尤金.克莱尔（Eugene Kleiner）给投资银行的“自我推荐信”
其实，克莱尔并不认识海登斯通的人，之所以给他们写信，仅仅是因为克莱尔的父亲是这家银行的一个客户而已。但除此这外，他们这七个人再也没有谁能与一家投资银行有更密切的关系了。信寄出去之后，七个人仍然装作若无其事地回公司上班，一边忐忑地等待消息，一边策反他们的大哥—罗伯特.诺伊斯（Robert Noyce）。 罗伯特.诺伊斯凭借着他对晶体管的长期研究以及丰富的实践经验，成为了公司的技术带头人之一。加上他与生俱来的领导范儿，使得肖克利半导体实验室的一众小兄弟都把他视为带头大哥。这也是为什么摩尔等七人要回公司策反诺伊斯的原因。毕竟，做那啥事也得有个领头人不是。这次策反并没有费多大的劲。诺伊斯虽然崇拜肖克利，但肖克利却独断专横，多次否决诺伊斯的意见和建议，其中包括一次关于隧道二极管的研究建议。就在隧道二极管的建议被否决的一年多后，日本物理学家、索尼公司的研究员江崎玲于奈发表了关于隧道二极管的研究论文，迅速引起轰动。论文的内容与诺伊斯向肖克利建议开展的研究内容几乎一模一样，区别只在于诺伊斯的建议中，隧道效应只是一种理论上的假设，而且因为肖克利的扼杀而未能摆上实验台面上，而江崎玲于奈则通过实验实实在在地证实了隧道效应的存在。最终，江崎玲于奈在1973年因为在隧道效应方面的贡献，与他人分享了诺贝尔物理学奖。而诺伊斯则与诺贝尔奖失之交臂。 肖克利之所以否决了诺伊斯的建议，是因为他不希望员工自己选定研究方向，同时也不相信会有谁比他这位晶体管之父更了解晶体管了。而在诺伊斯看来，肖克利的做法严重打击了他的积极性，最终导致他对肖克利心灰意冷。丧失了工作热情的诺伊斯在小弟们的唆掇下，特别是小兄弟摩尔的极力游说，诺伊斯很快便下定决心，带领兄弟们揭竿而起，自立山头。“哥们是被逼的”，诺伊斯不断的安慰自己。但是，总觉得哪里有不对的味道。 最为重要的是，在8位年轻人和肖克利正式摊牌之前，他们那封已寄出多时的信件，已经带来了一个久违的好消息。 由此，美国半导体产业四大派系之“仙童系”龙头公司——仙童半导体公司成立啦。 1957年9月18号，诺伊斯、摩尔等八名小伙伴，离开肖克利实验室，在一位照相器材公司老板的资助下，获得了3600美元的创业资金，同年10月份，诺伊斯等8个年轻人在硅谷之嘹望山查尔斯顿路844号租下了一间小房子，由此，创建了仙童半导体（Fairchild）公司。 关于Fairchild的译法，用于人名的，我们按习惯直译为费尔柴尔德。而用作公司名称时，有的文章仍然直译为“费尔柴尔德”，也有的意译为“仙童”，而Fairchild Semiconductor，在中国大陆官方译法则是“飞兆”，港台地区则译为“快捷”。但是在本文中，用作公司名称时，随笔一律称为“仙童”。 图：仙童半导体创立之初的办公室，查尔斯顿路844号 
有意思的是，Fairchild Semiconductor最初的融资交易条款中要求，一部分融资要求是八位创始人为公司投资500美元，简言之，就是投资方要求创始人必须跟投。但是，8位年轻人，一身吃饱，全家不饿，哪里有什么的个人存款哦。为此，作为“带头大哥”的诺伊斯只好和家里要，他写信给他的父母，要求他们询问他的祖母，家里唯一一个有储备基金的家庭成员，是否可以借给他钱。在接下来的几年里，诺伊斯的财富随着Fairchild的成功而快速增长，他也很快就支付了奶奶最初给与的“天使赞助”资金。 图：罗伯特.诺伊斯向家里人求助500美元“天使赞助”的一封信 
仙童半导体公司为全球半导体发展做出的第一个贡献是，他们用“硅材料”取代了成本昂贵的“锗材料”，并研制出台面型双扩散半导体晶体管。第二个贡献是，他们是美国半导体专业人才的“西点军校”、“摇篮”，后期硅谷许多的半导体巨头或多或少都源自于此。 仙童摄影器材公司的前身是谢尔曼·费尔柴尔德（S.Fairchild）在1920年创办的航空摄影公司。费尔柴尔德不仅是企业家，也是发明家，其实他也是蓝色巨人—IBM公司的大股东之一哦。他的发明主要在航空领域，包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销，他在1936年将公司一分为二，其中，生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。当诺伊斯等8个年轻人向他寻求合作的时候，已经60多岁的费尔柴尔德先生不仅仅提供了3600美元的种子基金，要求他们开发和生产商业半导体器件，并享有两年的购买特权。于是，诺伊斯等8个年轻人创办的企业被正式命名为仙童半导体公司，而“仙童人”之“带头大哥”自然就是诺依斯。 图：1957年仙童公司，诺伊斯和他的七个小伙伴，这才是带头大哥的范 
但是，作为8位年轻人的带头大哥，罗伯特.诺伊斯在仙童半导体公司仅仅只是一个副总裁，而总裁和董事长来自于投资方所聘请的职业经理人。东部地区这些西装革履、衬衫领带的家伙们能够懂得什么是半导体？高科技？真真是笑话。。。人才不能尽其用，这为后来仙童半导体分崩离析埋下了伏笔。 图：罗伯特.诺伊斯在仙童半导体公司的名片，职位是副总裁 
沧海桑田，于1957年在查尔斯顿路844号成立的仙童半导体，这里距离肖克利半导体实验室只有约1.5英里的路程，而今天，目前在这里经营的是一家设计公司。 图：曾经仙童半导体创立的旧址，如今为一家设计公司 
1957年6月3号，德州仪器的工程师JamesR Biard博士和原来德州A&M教授Walter T.Matzen合作开发了一种新的放大器—低漂移直流差分放大器。 图：1958年Walter T.Matzen（上）和James R.Biard（下）在TI演示了一种低漂移直流差分放大器
JamesR.Biard，毕业于德克萨斯州立的农业机械大学，获得了博士学位。1957年6月3日，James R.Biard离开校园象牙塔的第三天，就正式加入了德州仪器公司从事研发工作，最开始是与Walter T.Matzen一起从事第一个低漂移直流晶体管功放电路的发明设计工作，这项工作也正式开启了德州仪器公司大规模生产和制造运算放大器的历史。后来，1959年，Biard与Gary Pittman一起合作进行德州仪器的半导体研究工作。他们重点研究的是砷化镓（GaAs）变容半导体在X射线频段接收器上的应用。到了1961年9月，他们共同发现了在正向偏置隧道二极管的半绝缘基板上出现的红外辐射，最终这项工作最早导致了全球第一个LED发明专利的诞生。 德州仪器公司生产和供应低漂移运算放大器的历史在全球半导体硅周期的历史长河中可谓是首屈一指了。到2017年，德州仪器公司推出了全球首款兼具超高精度和领先业内的超低电源电流运算放大器——LPV821。相信不少从事硬件电路设计的，特别是模拟电路设计的朋友对此应该毫不陌生，其具有零漂移、毫微功率，性能优秀，可帮助硬件工程师获得极高的直流精度，且功耗比同类零漂移器件低60%。LPV821设计用于高精密应用，如无线传感节点、家庭和工厂自动化设备以及便携式电子设备。LPV821运算放大器具有电池容量更低和系统寿命更长，可帮助工程师设计更轻、更小、更便携的应用，简直就是电子产品硬件工程师装13时必备的“神器”。 图：德州仪器推出的全球首款零漂移，超低电源电流运算放大器LPV821芯片
LPV821运算放大器的主要特性和优势：卓越的功率精度性能：LPV821在提供优化的偏移、漂移和1/ f噪声（闪烁噪声）的高精度优势同时，仅消耗纳安级电源电流，尤其适用于对高精度和低功耗都有严格要求的应用，例如工业气体检测器、现场变送器和电池组。功耗降低60%：凭借最佳的650 nA的电源电流，LPV821可延长电池寿命，并使精密系统的功耗预算低于同类零漂移器件。高直流精度：TI的零漂移技术提供了10μV的低初始失调电压和0.02μV/°C的失调电压漂移，消除了温度漂移和闪烁噪声，使工程师能够获得优良的直流精度和动态误差校正。此外，自校准技术还可帮助工程师节省系统开发成本，缩短上市时间。无需循环占空：毫微功耗可将应用始终保持在开启状态，如连续和血糖监测以及其它电化学电池应用。另外，低电流电压降低了打开和关闭放大器所需的外部电路。高阻抗传感器运行：以7 pA的输入偏置电流和3.9μVp-p的低闪烁噪声支持高阻抗传感器运行，从而在精密系统中提供更精确的测量。 苹果公司的传奇创始人—斯蒂夫·乔布斯曾经说道：“仙童是成熟的蒲公英，一经风吹，创业精神的种子就随风四散。”上世纪80年代，当时的美国最畅销的一本书——《硅谷热》（SiliconValley Feve）中写到：“硅谷半导体公司的半数，是仙童公司的直接或间接后裔。1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上，400位与会者中，未曾在仙童公司工作过的还不到24人。” 仙童公司衍生了许多公司，2014年曾有人统计，2013年仙童衍生出来的公司有92家，其中有30多家是上市公司，这30多家上市公司2013年的市值加起来，总市值高达2.1万亿美金。 图：仙童公司以及衍生的公司
仙童衍生的公司主要有，其中属于肖克利半导体实验室的8个年轻人所创办的：Amelco公司：1961年，赫尔尼、拉斯特和罗伯茨辞职后所创立，后来被Teledyne公司所收购。Signetics公司：后来被荷兰飞利浦公司所收购。英特尔Intel公司：罗伯特.诺伊斯和戈登.摩尔所创立。Intersil公司：1967年，赫尔尼所创立。KPCB公司：1972年，克莱纳所创立。UCE公司：1964年，赫尔尼创立UnionCarbide Electronics公司。Xicor公司：1978年，布兰科所创立。 8个年轻人中没有创业的是维克多.格里尼克（Victor Grinich），后来他回到加州大学伯克利分校和斯坦福大学任教，1975年出版了一本书，书名叫《集成电路导论》。 图：维克多.格里尼克（Victor Grinich）编写的《集成电路导论》
其他仙童的工程师们所创办的公司主要有：Atmel公司、AMD公司、Computer Microtechonology、Cypress、Four Phase、LinearTechnology、National Semoconductor、Lsipmc-Sierra、Rheem Semiconductor、Seed Technology、Sequoia Capital、Synaptics、Synertek、VLSI Technology、Wafer Scale Integration、Xilinx、Zilog。。。如同繁星一般，举不枚举。 仙童半导体公司的历史，就是一部美国硅谷发展的历史，就是一部美国半导体的发展史，某种意义而言，仙童公司的历史也是一部全球半导体集成电路发展史的缩影。 图：IEEE纪念牌—仙童半导体的主要成就
今天的许多计算机科学史的史学家都认为，要想了解美国硅谷的发展史，就必须了解早期的仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor），这是一段无法绕开的历史。仙童半导体公司，这家公司，曾经是世界上最大、最富创新精神和最令人激动而振奋的半导体生产企业，为未来的美国硅谷的成长奠定了坚实的基础。更重要的是，这家公司还为硅谷孕育了成千上万的技术人才和管理人才，它不愧是美国甚至是全球半导体、电子、电脑业界的“西点军校”，是名符其实的“人才摇篮”。 图：硅谷的西点军校——仙童半导体公司
一批又一批精英人才从这里出走和创业，不仅书写了硅谷一段辉煌的历史，而且为全球半导体硅周期历史增添了许多令人感慨万千的故事。然而，也正是因为人才的大量流失，也造成了仙童半导体这家公司历经坎坷的商海沉浮，命运一波三折。 感谢您一直以来、长期持续关注《中国半导体产业的思考——随笔》和《芯片战争——亮剑！国运之战》相关系列报告以及敬请您持续关注后续系列！ 如果您喜欢本文，欢迎转发和转载。谢谢。 注1：本文部分图表、数据等引用于互联网、公司公告等；注2：本文相关专利信息和说明等引用于互联网以及国家相关专利机构等；注3：本文相关公司信息、产品等引用于互联网，外媒、公司公告等；注4：本文相关行业数据、产业信息等来自国家统计局、工信部等；