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矽谷的起源:蕭克利誕辰|科學史上的今天:2/13

張瑞棋_96
・2015/02/13 ・1025字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

無可否認地,形塑現今這個數位時代的種種發明幾乎都是源自於矽谷,一直以來主宰著科技產業走向的也是矽谷的企業,令人不禁好奇這一切究竟是怎麼開始的?

威廉.蕭克利。圖/Stanford Library

如果我們像回溯人類起源那樣追溯矽谷的源頭,會發現在演化樹的最底部是一家名為「蕭克利半導體實驗室 (Shockley Semiconductor Laboratory)」的機構,其創辦人正是物理博士蕭克利。

蕭克利 26 歲在麻省理工學院取得博士學位後,即加入貝爾實驗室,他的老闆正是發現電子繞射現象的戴維森 (Clinton Davisson)。在他的指導之下,蕭克利發表了多篇固態物理的論文,並在二次大戰後成為新成立的固態物理研究小組的組長,率領巴丁 (John Bardeen)、布萊頓 (Walter Brattain) 等人研發可以取代真空管的半導體;他們三人因為發明電晶體而共同獲頒 1956 年的諾貝爾物理獎。

獲獎前一年,蕭克利就因為看好電晶體的前景,已經回家鄉加州創業。他在大學好友的資助下,於 1956 年成立蕭克利半導體實驗室,地點則選在聖塔克拉拉 (Santa Clara) 郡的山景市 (Mountain View) 與帕洛阿托 (Palo Alto) 接壤處。此處原本就是真空管的誕生地,離他年邁的母親住家也近,而且離史丹佛大學不到十公里,可以就近吸收天資聰穎的人才。

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蕭克利的確有識人之明,他挖來諾伊斯 (Robert N. Noyce)、摩爾 (Gordon Moore) 與其他許多一時之選的青年才俊。然而蕭克利剛愎自用,對屬下不假辭色,得了諾貝爾獎後更目空一切,聽不進任何建言,還對全體員工用測謊機測謊,導致以諾伊斯為首的八名重要技術幹部認清蕭克利空有高深理論,卻不懂公司營運,遂於 1957 年集體辭職,成立「快捷半導體 (Fairchild Semiconductor)」公司。

蕭克利氣憤地稱他們是「八叛徒」,但自己不但未反省改進,反而變本加厲,處處懷疑員工。隨著人才逐漸流失與快捷半導體迅速茁壯,蕭克利的公司每況愈下,蕭克利本人在 1963 年就回史丹佛大學教書,而公司在歷經兩次易主後,終於在 1968 年關門大吉。

「八叛徒」後來又分道揚鑣。諾伊斯與摩爾成立 Intel,另外幾人也自立門戶,其他快捷半導體培養出來的人也繼續開枝散葉。二十年內大約有七十家公司因此創立,而他們都座落於附近,形成了後來所謂的「矽谷」。這一切都起源於蕭克利當年在此成立蕭克利半導體實驗室;人去樓空後,原址只剩一個紀念牌寫著:「矽谷第一家研發製造矽產品的公司。此處的研究開啟了矽谷的發展。1956」

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1030 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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一顆科技巨星的隕落(下)—英特爾的沒落
賴昭正_96
・2025/03/20 ・4190字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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商業上的成功蘊含著自身毀滅的種子:成功會滋生自滿,自滿會導致失敗。只有偏執狂才能生存。
-Andrew Grove(英特爾首席執行官)

話說英特爾於 1986 年冒著丟掉大客戶百年 IBM 的危險,轉向成立僅 3 年多的小電腦公司推銷其最新微處理器的賭博,得到了回報:康柏電腦公司一炮而紅的成功加速客戶對新 80386 晶片的要求。90 年代中後期英特爾更大力投資新的微處理器設計,促進了個人電腦產業的快速成長,成為市場佔有率高達 90% 的微處理器主要供應商,使其自 1992 年以來一直保持半導體銷售額排名第一的地位,於 1999 年將英特爾推上代表美國 30 主要工業的道瓊指數之一成員。

但到了 2000 年代,特別是 2010 年代末期,英特爾面臨日益激烈的競爭,導致其在 PC 市場的主導地位和市場佔有率下降。儘管如此,截至 2024 年第三季度,英特爾仍以 62% 的市佔率遙遙領先 x86 市場、更是筆記型電腦的明顯贏家(72%)。可是為什麼今天英特爾股價竟然倒退了 28 年,回到 1996 年底的價位呢(註一)?為什麼它已經不能再代表美國主要工業,於 2024 年 11 月 8 日被踢出道瓊工業指數,為英偉達(Nvidia,臺灣與香港譯為「輝達」)取代呢?

是什麼原因讓英特爾失去產業龍頭的位置? 圖/pixabay

英特爾的失足

在回答此問題之前,筆者得先指出:個人電腦到了 2000 年初已不再是一高利潤的高科技,而是一種日用商品。當初將英特爾培養壯大的 IBM 於 2004 年年底完全退出了個人電腦的市場;而避免侵權透過逆向工程、製造出第一台 IBM 個人電腦相容機的康柏公司,也在個人電腦市場的價格競爭日益激烈、及想打入主機電腦市場的錯誤政策下,於 2002 年被惠普 ( Hewlett-Packard ) 收購「消失」了。

冰凍三尺,非一日之寒。Google 的人工智慧謂:「英特爾在晶片產業落後的主要原因是多種因素」,包括:
(1)未能洞悉智慧型手機的崛起,在行動晶片市場明顯落後,錯失創新機會給高通(Qualcomm Inc.)等競爭對手;
(2)依賴過時的製造流程,未能像台積電、AMD、和英偉達(註二)一樣採用更靈活晶片設計和外包製造,來應付快速不斷變化的市場需求,導致失去了高效能運算和人工智慧等關鍵領域的市場;
(3)一些分析師認為英特爾在個人電腦市場長期佔據主導地位可能導致高階主管自滿,不願適應不斷變化的產業動態。

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筆者認為前述的(1)及(2)都是果,真正的原因只有(3)一個。80 年代,當英特爾的晶片和微軟的軟體成為快速發展之個人電腦行業的雙引擎時,公司充滿活力,專注於其在個人電腦和資料中心伺服器的特殊領域。英特爾高層曾半開玩笑地將公司描述為「地球上最大的單細胞有機體」:一個孤立的、獨立的世界。像 IBM 一樣,數十年的成功和高利潤也催生了英特爾目中無人及自大之企業文化!這種開會又開會、討論又討論、開不完的會、討不完的論正是公司成熟的標註。

英特爾企業文化

想當初英特爾剛成立時,諾伊斯只聽了幾秒鐘霍夫有關微處理器的激進想法後,就立即說:「做吧」!真是不可同日而語。又如到了 1983 年,其主要記憶體晶片業務受到日本半導體製造商加劇競爭而大大降低獲利能力時,格羅夫立即迅速地不怕「…微處理器是個非常大的麻煩」,脫胎換骨成為微處理器主要供應商━又豈是 90 年代不遺餘力地捍衛其微處理器市場地位而與 AMD 鬥爭的英特爾所能比?

事實上英特爾也曾多次嘗試成為人工智慧晶片領域的領導者,但都以失敗告終(註三):專案被創建、持續多年,然後要麼是因為英特爾領導層失去耐心,要麼是技術不足而突然被關閉。為了保護和擴大公司的賺錢支柱(x86 的數代晶片),英特爾對新型晶片設計的投資總是退居二線。史丹佛大學電機工程教授、英特爾前董事普盧默 ( James Plummer ) 曾謂:「這項技術是英特爾皇冠上的寶石——專有且利潤豐厚——他們會盡一切努力來維持這一點的」。英特爾的領導者有時也承認這個問題,例如英特爾前執行長巴雷特 ( Craig Barrett ) 就曾將 x86 晶片業務比作一種毒害周圍競爭植物的雜酚油灌木叢。

微軟 Copilot AI

英特爾能再放光芒嗎?

在一連串的機會錯失,決策錯誤及執行不力下,英特爾於 2021 年任命曾經主導其發展人工智慧晶片、2009 年離職去擔任 EMC 總裁的基辛格(Patrick Gelsinger)回來當執行長,積極嘗試透過其所謂的「五年、四個節點」進程追趕台積電。這位浪子回頭,被請回來拯救公司的基辛格於去年 4 月 25 日宣稱:即將推出的英特爾 3 奈米製程伺服器晶片的需求很高,可以贏得那些轉找競爭對手的客戶,謂『我們正在重建客戶信任。他們現在看著我們說:「哦,英特爾回來了。」』…但半年後,董事會對他的扭虧為盈計畫完全失去了信心,給了他辭職或被解僱的選擇。基辛格於 12 月 1 日辭職,現由領導英特爾全球財務部門和投資者關係的津斯納 ( David Zinsner ) 擔任臨時聯合執行長,正在務色下一任執行長。

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英特爾現在的處境事實上很像 1993 年的 IBM:在官僚體制、大型電腦利潤下滑,及失去個人電腦的主導權後,其股票從 1987 年 7 月的最高點倒退了 26 年!當總裁兼執行長阿克斯(John Ackers ) 於當年元月宣布首次下調股息 55% 及離職後,遴選委員會竟然找不到任何人願意來收拾這個爛攤子━曾幾何時 IBM 執行長還是眾人夢寐以求的職位呀!最後選委會只好推薦自告奮勇、完全外行(註四)、銷售菸草和食品的 RJR Nabisco 公司的首席執行官郭士納(Louis Gerstner Jr.)!郭士納在自傳中回憶說:重振 IBM 所面臨的最嚴峻挑戰是改變其企業文化。現 IBM 雖然不再像以前在科技界一言九鼎,但其股票已「趕上時代」屢創歷史新高,為道瓊工業指數中歷史最悠久的高科技成員(1979 年起);郭士納也被視為美國商界的偶像,IBM 轉型和重拾技術領導地位的救星。

IBM 和英特爾的股價走勢圖。圖/作者提供

股票名嘴克萊默(Jim Cramer)在年初謂:「我們需要將英特爾視為資產負債表非常糟糕的國寶」,因此有必要幫助英特爾公司渡過難關。美國政府顯然也同意,商務部根據 CHIPS 激勵計劃的商業製造設施資助機會,已經給英特爾公司提供高達 78.65 億美元的直接資助。但如前面所提到的 IBM 如何啟動發展個人電腦,錢真的是萬能嗎?英特爾能重新燃燒發光嗎?

英特爾不像 1993 年的 IBM 具有百年的歷史,各方面人才濟濟:多項技術創新和最多的專利,包括自動櫃員機、動態隨機存取記憶體 、軟碟、硬碟、磁條卡、關聯式資料庫、Fortran 和 SQL 程式語言、UPC 條碼、以及本文所提到之個人電腦等;其研究部是世界上最大的工業研究機構,員工因科學研究和發明而獲得了各種認可,包括六項諾貝爾獎和六項圖靈獎(Turing Award,註五)。因此筆者懷疑英特爾能夠重新奪回業界領先地位;CFRA Research 技術分析師齊諾 ( Angelo Zino ) 表示:「目前來看,它們重返輝煌的可能性非常渺茫。」

以目前來看,英特爾技術劣勢難以逆轉,重返業界領導地位機會渺茫。圖/unsplash

結論

這顆科技巨星真的要隕落了嗎?真的是「一失足成千古恨,再回頭已百年身」嗎?英特爾第三任首席執行官(1987-1998)格羅夫真的不幸言中了嗎:「商業上的成功蘊含著自身毀滅的種子」?當然,像英特爾這麼有成就的公司要徹底消失是不太可能,因此最可能的命運應該是分割拍賣或像仙童半導體公司一樣被其它公司收購(註六)。事實上去年高通公司就曾與英特爾洽談收購事宜,但最終放棄了這個想法。

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最後讓我們在這裡以同時被 IBM 培養狀大、在個人電腦上一起嘯吒風雲的微軟公司,其創辦人蓋茨(Bill Gates)元月 8 日的美聯社訪談來結束本文吧。蓋茨聲稱:如果英特爾沒有在 70 年代初期取得技術突破,創造出能夠驅動個人電腦的微型晶片,他的職業道路可能會有所不同。他接著表示:微軟也像英特爾一樣,在 18 年前錯過了從個人電腦到智慧型手機的轉變,但微軟已經恢復元氣,而英特爾的困境卻惡化到需要尋找新執行長的地步(註七),他說:

他們錯過了人工智慧晶片革命,(因為晶片設計和製造方面落後)其製造能力達不到英偉達和高通等公司認為是簡單的標準。我認為基辛格非常勇敢,他敢說:「不,我要解決設計方面的問題,我要解決晶圓廠方面的問題。」我(曾)希望為了他自己、為了國家,他能夠成功。我希望英特爾能夠復甦,但目前看來它們的處境相當艱難。

今天微軟公司已是全美市值最大的前三名公司之一,而英特爾卻淪落至此,能不讓人感嘆造化弄人嗎?

(2025 年 2 月 3 日補註)本文完稿於元月 15 日;英特爾元月 30 日第四季業績報告謂:營收連續三季下滑,較去年同期下降 7%;本季淨虧損總計 1.26 億美元(即每股 3 美分),而去年同期的淨收入為 26.7 億美元(即每股 63 美分)。今年第一季的業績指引令分析師失望!

備註

  • (註一)同一期間道瓊股指上升了 7 倍多。
  • (註二)這三家公司現在全是中國人在主導。在英特爾全盛時期,這三家全是在後者的陰影下求生存;而現今這三家的市值均遠遠超過英特爾!
  • (註三)2005 年,當英特爾的晶片在大多數個人電腦中充當了大腦時,執行長歐德寧( Paul Otellini)就已經意識到了圖形晶片最終可能會在資料中心承擔重要的工作,向董事會提出了一個令人震驚的想法:以高達 200 億美元收購電腦圖形晶片的矽谷新貴英偉達(英偉達的市值現已超過 3 兆美元)。但因英特爾在吸收公司方面的記錄不佳,董事會拒絕了這個提議,歐德寧退縮了!反觀 AMD 於 2006 年收購英偉達對手 Array Technology Inc. 後,現正挑戰英偉達的圖形晶片市場。
  • (註四)在 1993 年三月宣布將擔任執行長的記者招待會上,被問及用什麼牌子的計算機時,新執行長說他有一台筆記本電腦,但不記得是什麼牌子。
  • (註五)公認為計算機科學領域的最高榮譽,被稱為「計算機界的諾貝爾獎」。
  • (註六)仙童半導體公司於 2016 年 9 月被安森美(ON)半導體收購,品牌已不存在。
  • (註七)英特爾於 2025 年 3 月任命陳立武出任新執行長。

延伸閱讀:圖形處理單元與人工智能

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賴昭正_96
47 篇文章 ・ 59 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此獲有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪,IBM顧問研究化學家退休 。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲它轉載我的科學月刊上的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」。

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一顆科技巨星的隕落(上)—英特爾的興起
賴昭正_96
・2025/02/22 ・5335字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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我當時負責管理一條用於生產記憶體晶片的裝配線。我認為微處理器是個非常大的麻煩。
-Andrew Grove(英特爾首席執行官)

蕭克利(William Shockley Jr.)1910 年 2 月 13 日出生於英國倫敦,父母是美國人,1913 年返回美國,在加州帕洛阿爾托(Palo Alto)接受教育,1932 年加州理工學院畢業,1936 年取得麻省理工學院物理學博士學位後,到貝爾電話實驗室工作。第二次世界大戰爆發後,研究中斷,1942 年 5 月離職,擔任哥倫比亞大學雷達研究、反潛戰作戰小組的研究主任。

1945 年戰爭結束後不久,回到貝爾電話實驗室與化學家摩根(Stanley Morgan)領導新成立的固態物理小組; 1956 年與同事巴丁(John Bardeen)和布拉頓(Walter Brattain)因「在半導體和電晶體效應方面的工作」而榮獲諾貝爾物理學獎。1954 年蕭克利離開貝爾實驗室,到加州理工學院任國防部武器系統評估小組副主任兼研究主任。因想嘗試將新型電晶體設計商業化,於 1956 年回到故鄉附近的山景城(Mountain View),在 Beckman Instruments, Inc. 的資助下,建立了自己的公司「蕭克利半導體實驗室」(Shockley Semiconductor Laboratory),專注於開發矽基半導體裝置。

蕭克利半導體實驗室原址紀念牌。圖/wikimedia

「蕭克利半導體實驗室」為現在被稱為「矽谷」(Silicon Valley)的第一家致力於開發半導體裝置的高科技公司。蕭克利跑遍全美國招募了許多優秀員工,但因其傲慢;粗魯、專制、不穩定的管理、和研究方向不同而造成許多人才不久便紛紛離開,在附近創立新公司,將原本主要產業為種植李子、到處都是杏樹和櫻桃樹果園的舊金山灣區南部發展成為今天全世界科技中心的「矽谷」。在後來被稱為「叛徒八人」(traitorous eight)於 1957 年辭職後,「蕭克利半導體公司」就再也沒有從中恢復過來;在幾次轉賣後,終於在 1969 年壽終正寢。幾經曲折,當初引發半導體革命的建築物現在已經完全消失,為新建築及一些紀念蕭克利對矽谷開端所做之貢獻的噴泉、雕塑和幾塊牌匾等取代。

蕭克利雖然被《時代》雜誌評為「本世紀最重要的科學家之一」,但創業的目的完全失敗,只能眼睜睜地看著財富和權力落入他人手中。1963-1974 年蕭克利擔任史丹佛大學電機工程教授;在生命的最後二十年裡,他力倡種族主義和優生學,毀了其名譽;除了忠實的第二任妻子之外,他與大多數朋友和家人都疏遠了,非常孤獨。蕭克利於 1989 年 8 月 12 日死於攝護腺癌,享年 79 歲。

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誰是那被蕭克利稱為「背叛」(betrayal)的八位頂尖科學家呢?因為編幅的關係,我們在這裡只提將要出現在本文的四位:諾伊斯(Robert Noyce)、摩爾(Gordon Moore)、赫爾尼(Jean Hoerni)、與拉斯特(Jay Last)。

仙童半導體公司

諾伊斯 1953 年獲得麻省理工學院物理學博士學位,於 1956 年加入蕭克利半導體實驗室團隊。一年後,諾伊斯因對蕭克利的管理風格產生疑問與其他七人一起離開。諾伊斯說服了商人和投資家費爾柴爾德 ( Sherman Fairchild ),八人共同創立了仙童半導體公司(Fairchild Semiconductor)。新成立的仙童半導體很快就成長為半導體產業的領導者及「矽谷」的孵化器,直接或間接地促成了包括英特爾(Intel)和超微半導體公司(Advanced Micro Devices, Inc.,簡稱 AMD)在內的數十家「仙童小孩」(Fairchildren)公司的創建。

50 年代前,電路都是用手將許多離散零件(電阻器、電晶體、和電容器等)用電線連接在一起來控制內部電流的。1959 年德州儀器(Texas Instruments)的基爾比(Jack Kilby,註一)和諾伊斯分別同時發展出將所有零件放在矽(鍺)晶片上,再用銅線將它們連接起來。同年,赫爾尼開發出透過二氧化矽層保護的平坦表面來製造電晶體的平面製程(planar process),隨後諾伊斯提出在晶圓頂部沉積鋁「線」來互連晶圓上的電晶體;拉斯特的團隊於 1960 年製造出第一塊平面「積體電路」(integrated circuit,簡稱 IC )。這種製程不但使得電路更穩定,還可以完全避開緩慢手工接線的需求,使得大規模生產電路成為可能,催生了現代電腦晶片(chip)產業,開創了前所未有的電子設備小型化,徹底改變了我們的日常生活範式

1968 年,諾伊斯因未能晉升到公司的領導職位,及想尋求更多的自主權和建立具有新願景的新公司,與摩爾離開仙童半導體公司,共同創立英特爾;不久開發助理總監格羅夫(Andrew Grove)也離開仙童半導體公司,於英特爾成立之日加入,成為第三號員工。

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格羅夫、諾伊絲、摩爾三人合照(1978)。

英特爾成立

英特爾成立的初衷是做半導體記憶體。1970 年 10 月英特爾開發和製造第一款商用動態隨機存取記憶體 ( DRAM ) 積體電路;相對於當時廣泛使用的磁芯記憶體,因其較小的物理尺寸和較低的價格,它在許多應用中取代了後者,為 1981 年前英特爾的主要業務。

1971 年 10 月 13 日英特爾首次公開募股,為首批在當時新成立的全國證券交易商協會自動報價(納斯達克,NASDAQ)證券交易所上市的公司之一。

雖然英特爾解決了不少內部基本技術問題,但他們認為也應該進行一些根據客戶的特定規格製造晶片的客製化工作。因此於 1969 年 4 月與一家日本計算器公簽訂了一份晶片製造合約,為其一系列不同的計算器型號構建不同的顯示器、印表機、內存量等等的晶片。沒想到這決定竟然使英特爾能即時在日本以品質更優越、成本更低的記憶體晶片侵食其主要產品市場時,脫胎換骨成為今天我們所知道的英特爾,不再是記憶體的大供應商。  

霍夫 ( Ted Hoff ) 於 1962 年獲得是史丹佛大學電機博士,在史丹佛大學工作一段時間後,於1968年9月被諾伊斯挖角成為英特爾第 12 號員工。當他在塔希提島(Tahiti)裸露上身的海灘上時,不知道看到什麼(美女?),突然悟出了一種解決日本計算器製造商專案的革命性方法:類似於諾伊斯和基爾比的想法,將處理器的所有基本元件組合到一個小晶片上。在當時,處理器是由一個實際處理資料的核心晶片、一些準備資料供核心晶片使用的邏輯晶片、及一些記憶體等不同元件組成的,因此體積很大,為大型主機中的巨大部件。當時唯一存在的微型處理器是計算器內部的處理器,它們僅針對一些數學函數而設計,無法重新編程來處理文字、圖形或其它事物。

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1971 年 11 月 15 日英特爾推出首款霍夫的微處理器(microprocessor, 註二)4004。半年後發表第一款8位元微處理器 8008。1974 年 4 月,英特爾推出具有 4,500 個電晶體的第一款通用 8080 微處理器,啟動了個人電腦(PC)的開發。1978 年 6 月英特爾推出成為個人電腦業界標準(x86 指令集)的 16 位元微處理器 8086。

綽號「矽谷市長」的諾伊斯被認為是英特爾早期願景及其大部分企業文化的製定者,而摩爾則是一位技術奇才,以 1975 年預測未來 10 年積體電路上的電晶體數將每年翻倍的「摩爾定律」(Moore’s law)聞名;在他和格羅夫的領導下,英特爾在矽存儲器及微處理器領域取得早期領先地位,並成功地將公司從 80 年代中期的記憶體轉型到微處理器。英特爾雖然開創了電腦記憶體、積體電路、和微處理器設計的新技術,但它真正成為一顆科技巨星則是運氣加上豪賭的結果━且聽筆者道來。

IBM 的個人電腦

早在蘋果公司的小鬼們在車庫裡建造個人電腦之前數年,雄霸商用電腦、目中無人的 IBM(國際商業機器公司)就已看出了個人電腦的發展前途與機會。但十幾年過去了,卻只聞樓梯響,不見人下來;因此在 1980 美國國慶的前一個禮拜,舉行了最高階全權管理委員會會議。會中董事長卡里(Frank Cary)生氣地問:「我的蘋果電腦在哪裡?」當通用產品部負責人羅傑斯(John Rogers)回答說他的部門手頭緊,無法資助個人電腦研發時,卡里立刻說:「好,不用操心,我來資助它。」他轉問曾做過有關開發個人電腦演示的羅傑斯下屬洛比爾(Bill Lowe):「你是否有任何場外土地可以放置一個與他人隔離的開發團隊?」洛比爾回說:「有,佛羅裡達州的博卡拉頓(Boca Raton)。」卡里: 「你帶四十個人到那裡,然後挑選一位直接向我匯報的菁英來管理。我給你一個月的時間去組織起來向我匯報。」

事實上不是金錢,而是 IBM 的官僚及各部門之明爭暗鬥扼殺了其個人電腦的發展。因此洛比爾挑選了一位謙虛、穿牛仔靴、完全不符合 IBM 形象、幾乎被 IBM 踢出大門的 43 歲中階管理「菁英」伊斯基(Philip Donald Estridge)。既然有太上皇令箭,伊斯基就大膽地、毫無顧忌地違反所有 IBM 的規則去推進洛比爾的項目。基於過去失敗的經驗,為了避免內部不停的干擾,及像他人在個人電腦市場上花費兩三年的時間,伊斯基決定選擇開放式架構和現成元件,在 IBM 外部購買操作系统軟體和幾乎所有的硬體零件。當 IBM 個人電腦於 1981 年問世,1982 年和 1983 年真正開始流行時,IBM的收入開始起飛:從 1981 年的 290 億美元增加到 1984 年的 460 億美元;股票市值在 1984 年底達到約 720 億美元,為當時全球最值錢及最賺錢的公司。在《財星》雜誌的美國企業年度調查中,IBM 成為最受敬佩的公司。

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IBM 個人電腦。

當初領導一個只有 14 人的「臭鼬工廠」團隊,竟然開發出了 IBM PC 產業,伊斯基「瞬間」成為個人電腦界名人,被稱為「IBM PC 之父」,出現在各主流雜誌和報紙上,好像他就是 IBM;儘管外界不停地挖角,他都以「在 IBM 工作」為榮拒絕(註三)。但在 IBM 內部,伊斯基則成為高階主管既羨慕、又嫉妒、又恨的對象,於 1985 年年初表面上將他「提升」為製造副總,負責監督全球所有製造業務,但實際上是沒大權責的貶職;伊斯基私下向親友表示不懂為什麼會被打下來,也因此曾經想離開 IBM(註四)。正方興未艾的個人電腦事業則不再獨立、被歸入稱為「入門級系統」的公司部門編制,由伊斯基以前的老闆、IBM 官僚體系內的洛比爾接管。

英特爾興起

相信大部分讀者都已經知道,伊斯基決定在 IBM 外部購買操作系统軟體和幾乎所有的硬體零件的最大幸運受惠者是:前者是微軟公司(Microsoft Corp.),後者就是本文的主角英特爾。但如果僅此,英特爾可能將永遠只是活在 IBM 陰影下的零件供應商而已。

改變IBM主導個人電腦市場的英特爾 80286 微處理器。圖/英特爾歷史網站

話說 IBM 的大佬們都想控制小型系統團隊,因此將伊斯基提升為公司製造副總,將他所帶領的獨立團隊併入母公司體系,依照官僚體制製定了一項基於英特爾 1982 年 2 月推出之 80286 微處理器的「個人系統二號」(PS/2)十年計劃。1985 年 10 月,英特爾推出一款可更快地同時運行多個軟體程式的 32 位元 80386 微處理器晶片時,IBM 還是圍繞著 80286 開會又開會、討論又討論、…。英特爾不能眼看這項先進技術擱置在哪裡等待別人來追趕,因此決定進行一豪賭:尋找新客戶。英特爾很清楚這項決定可能會摧毀它,因為 IBM不但是銷售最多個人電腦的大客戶,還擁有世界一流的製造處理器技術,惹惱了可以隨時推出更強大的英特爾晶片變體來取代 80386。

英特爾公司總部。圖/wikimedia

最後決定還是賭了:英特爾轉向1982年成立的康柏電腦公司(Compaq Computer Corp.)。1986 年 9 月,康柏電腦非常成功地在紐約市展示一系列首次能與 IBM 個人電腦相容、採用英特爾 80386 微處理器的個人電腦。這是 IBM 個人電腦主要元件由非 IBM 公司進行更新之首例:從 80286 處理器升級到 80386。《紐約時報》謂 Deskpro 386 的發布確立了康柏作為個人電腦行業領導者的地位,「在聲譽和金錢方面,沒有任何一家公司比 IBM 受到更大的傷害」。《資訊世界》(InfoWorld)在其 1986 年 9 月 15 日刊的封面上刊登了標題:「康柏推出 386PC,挑戰 IBM 與之匹敵」。IBM 終於在 1987 年 7 月發布了他們的第一台基於 386 的個人電腦 PS/2  Model 80,但為時已晚,IBM 標誌已經開始失去其商標價值,個人電腦的未來已經改由英特爾和微軟主導了!微軟創辦人蓋茨(Bill Gates)謂:

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個人電腦產業歷史上的一個重要里程碑是 IBM 的員工不信任 386。因此我們鼓勵康柏繼續生產 386 機器。那是人們第一次意識到不僅僅是 IBM 在製定標準,這個行業(已)有自己的生命力,而像康柏和英特爾這樣的公司正在做新的事情,人們應該關注。

英特爾這場賭博得到了回報:康柏的成功加速客戶轉向新的英特爾80386晶片後,英特爾在某些年份的獲利超過了 IBM,其股票市值在 90 年代初期也超過了 IBM,於 1999 年成為代表美國 30 主要工業的道瓊指數之一。

備註

  • (註一)基爾比獲 2000 年諾貝爾物理學獎;在他的「諾貝爾演講」中,三次提到了已經過世(1990年)的諾伊斯對積體電路的貢獻。
  • (註二)英特爾的微處理器事實上是一「中央處理器」(Central Processor Unit,CPU)。微處理器和 CPU 的相似之處多於不同之處。事實上,所有 CPU 都是微處理器,但並非所有微處理器都是 CPU。兩者之間的主要區別在於它們在電腦系統中的功能和用途。CPU 是一種具有多種角色的處理器;而微處理器通常僅負責一項特定任務,能夠非常出色地完成該任務。CPU 向微處理器發出指令,微處理器依令將資料傳送到 CPU 或 CPU 指定的其它元件。微處理器的任務是執行特定且可重複的操作,而 CPU 的任務則是執行廣泛且多樣化的任務。如果將 CPU 比喻成電腦中的大腦,那麼身體的腿和手將成為微處理器的區域。
  • (註三)蘋果電腦創辦人賈伯斯(Steve Jobs)曾提供一份身價數百萬美元的蘋果電腦總裁職引誘。
  • (註四)1985 年 8 月攜妻度假,飛機失事雙亡。

延伸閱讀 :日常生活範式的轉變:從紙筆到 AI

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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此獲有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪,IBM顧問研究化學家退休 。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲它轉載我的科學月刊上的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」。