爆文《CMOS圖像傳感器35年史》的刪減內(nèi)容和讀后感 | 科技老兵戴輝
智能手機(jī)的數(shù)碼攝像功能,是影響最大的科技之一。中國(guó)人和中國(guó)市場(chǎng)改變了世界。
爆文感謝各大媒體發(fā)表。存檔鏈接:CMOS圖像傳感器35年史和中國(guó)人的關(guān)鍵貢獻(xiàn) | 科技老兵戴輝 (有修訂)
1、CIS芯片由來(lái)在大陸的中國(guó)人創(chuàng)造并發(fā)展,CCM模塊制造更是主要在中國(guó)。
2、極具活力的中國(guó)市場(chǎng)創(chuàng)造出了激情應(yīng)用,足不出門而知曉天下。短視頻(抖音和TIK TOK等)和掃碼支付(微信支付與支付寶)是在中國(guó)率先大量使用的。現(xiàn)在西方互聯(lián)網(wǎng)也會(huì)借鑒中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)新功能。
第一章:人生得一真成果足矣 王國(guó)裕
王國(guó)裕伉儷是第一顆CIS的核心開發(fā)人員(1987年開始)。他們和愛丁堡大學(xué)的同仁們將相關(guān)成果公開發(fā)表在多篇科技論文里,啟發(fā)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)。回顧這段歷史,王國(guó)裕本人是什么想法呢?他寫出了他的感言。全文如下:”回顧這一段歷史,我很高興自己是這個(gè)原創(chuàng)技術(shù)的源頭。我們的工作改變了世界,使得膠卷相機(jī)消失了,使得獲諾貝爾獎(jiǎng)的CCD成了配角,CIS是一個(gè)了不起的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步!“30多年前,我們預(yù)言CIS有光輝燦爛的未來(lái),我們的首個(gè)芯片和論文吸引了很多人進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域,他們又不斷做出新的貢獻(xiàn)。我從一開始就期望這個(gè)新技術(shù)能為我國(guó)所用,一直積極推動(dòng)并親身實(shí)踐。隨著對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)的重視,經(jīng)過(guò)數(shù)年艱苦努力,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了幾家CIS龍頭企業(yè)(特別應(yīng)提及清華和東大校友的業(yè)績(jī),做產(chǎn)業(yè)他們比我厲害),如今我國(guó)CIS模塊出貨量全球第一。”能夠在有生之年看到CIS在世界和中國(guó)的巨大成功,我非常高興且得意,我也為自己的大格局驕傲。20世紀(jì)90年代我大力宣傳動(dòng)員同行搞這個(gè),我的論文寫得詳盡,是后來(lái)者的入門指南。有人不理解,說(shuō)應(yīng)該保密、壟斷。可壟斷能做這么大嗎?只有眾人拾柴火焰高,才會(huì)有現(xiàn)在的大局面。至于我自己,更適合做研究(所以我逐漸回歸了學(xué)者角色)。其實(shí)做產(chǎn)業(yè)也十分不易,要看天時(shí)地利人和,并不總是能力決定成敗的。“回顧這個(gè)過(guò)程和我現(xiàn)在做的事,我很知足滿足,個(gè)人所有艱辛和磨難都微不足道?!?/span>清華大學(xué)校友總會(huì)去年給與了王國(guó)裕教授聘書:
第二章:另一個(gè)版本的CIS起源故事
關(guān)于CIS的起源,網(wǎng)絡(luò)上一直流傳著另外一個(gè)版本的故事。里面有Dr. Eric R. Fossum,有NASA的JBL,有美國(guó)CIS芯片巨頭美光,以及ON(安森美)這條敘事脈絡(luò)。以下部分內(nèi)容來(lái)自劉斯寧:Understanding CMOS Image Sensor。
1936年時(shí),加州理工大學(xué)的五個(gè)學(xué)生在宿舍里制作火箭燃料,結(jié)果發(fā)生了爆炸,把宿舍墻炸出了一個(gè)洞。令人不可思議的是,學(xué)校竟然沒有收繳他們的作案工具,而是把他們趕到了郊外的一塊河谷上讓他們?cè)谀抢锢^續(xù)做實(shí)驗(yàn),于是他們就用學(xué)校的資助在河谷上建了一個(gè)火箭實(shí)驗(yàn)基地,這就是JPL噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的前身。那五個(gè)學(xué)生中就有“中國(guó)導(dǎo)彈之父”錢學(xué)森。
1992年,Dr. Eric R. Fossum 在美國(guó)加州Pasadena(帕薩迪納)市的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)工作,負(fù)責(zé)NASA一些雄心勃勃的太空探測(cè)器的建造和運(yùn)行。那一年NASA向員工們發(fā)出了一個(gè)頗為有趣的要求 ——“更快,更好,更便宜”。作為JPL圖像傳感器研究的負(fù)責(zé)人,F(xiàn)ossum 負(fù)責(zé)重新發(fā)明NASA太空船上的巨型相機(jī)。當(dāng)時(shí)在數(shù)碼攝影市場(chǎng)上已經(jīng)應(yīng)用了CCD技術(shù),但是CCD需要消耗大量的能量和相當(dāng)多的支持芯片。Fossum 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),如果能夠消除在成像陣列中反復(fù)轉(zhuǎn)移電荷的需要,那么這兩個(gè)問題都將解決,于是就誕生了CMOS有源像素傳感器。JPL的 首個(gè)CMOS APS 芯片,只有28x28個(gè)像素,像素尺寸40umx40um,誕生于1993年4月。APS 是Active Pixel Sensor (主動(dòng)像素傳感器)的縮寫。
所以在1995年,F(xiàn)ossum、他的當(dāng)時(shí)妻子和JPL同事Sabrina Kemeny共同創(chuàng)辦了Photobit公司。當(dāng)Fossum繼續(xù)在JPL工作時(shí),Kemeny以產(chǎn)假的原因離開了JPL,并在外運(yùn)營(yíng)公司。一年后,F(xiàn)ossum離開JPL,全職加入Photobit。
Photobit的第一個(gè)產(chǎn)品是1998年的PB-159,第二年,Photobit推出了PB-100,這款芯片用于為突破性的英特爾Easy PC相機(jī)(一款網(wǎng)絡(luò)相機(jī)),以及Logitech 后期版本的QuickCam提供動(dòng)力。PB-100以它大約100,000像素(352×288)命名,將視頻會(huì)議帶入了工作場(chǎng)景。
Photobit還起訴豪威,最終和解。
Photobit 于2001年被美光半導(dǎo)體(Micron Technology)收購(gòu),成為了美光的CMOS業(yè)務(wù)部門。我的文章里提到2007年發(fā)布的蘋果手機(jī)采用了美光的200萬(wàn)像素芯片,就來(lái)源于此。不過(guò),在之后的iPhone 3GS和iPhone 4上,蘋果采用了豪威的CIS(和臺(tái)積電合作)。
美光是一家以內(nèi)存為核心業(yè)務(wù)的公司,和CIS的關(guān)聯(lián)度不夠,華爾街主張分拆業(yè)務(wù)。于是,美光CMOS部門于2008年獨(dú)立出來(lái)成為了Aptina,后來(lái)又在2014年被ON Semiconductor(安森美) 收購(gòu)。
由于發(fā)展理念上的分歧,F(xiàn)ossum 在被美光收購(gòu)之后,離開了美光,攜巨款去南加州大學(xué)過(guò)起了安穩(wěn)的教授生活,憑借歷史上的貢獻(xiàn)還能時(shí)不時(shí)獲個(gè)伊麗莎白女王獎(jiǎng)。他在網(wǎng)絡(luò)上寫了很多歷史文章,有意無(wú)意地讓大家誤以為他是CIS第一人。
不過(guò),在網(wǎng)絡(luò)留言區(qū)他的發(fā)言中,可以看到,他了解并尊重愛丁堡大學(xué)(以及VVL公司)的率先發(fā)明。
關(guān)于愛丁堡大學(xué)(1990年CIS)和FOSSUM的發(fā)明的關(guān)系,有權(quán)威定論:后者是在前者之后發(fā)展起來(lái)的。
2008年得獎(jiǎng)之后,《蘭克獎(jiǎng)得主王國(guó)裕談原始創(chuàng)新》文內(nèi)寫道:這次評(píng)獎(jiǎng)他們做了很深入的工作。在頒獎(jiǎng)后的宴會(huì)上,一個(gè)評(píng)委就跟我們說(shuō),他們把這個(gè)項(xiàng)目該調(diào)查的都調(diào)查遍了。We know you better than yourself。有一個(gè)重要的問題,就是美國(guó)人有源器件那個(gè)專利(注:93年Fossum做的發(fā)明)也比較重要,那么誰(shuí)更重要?那么他們就請(qǐng)獨(dú)立的機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估,進(jìn)行打分鑒定,結(jié)論:那個(gè)專利是在我們的基礎(chǔ)(愛丁堡大學(xué)90年的發(fā)明)上進(jìn)行發(fā)展的,我們的專利是最原始的,是最重要的發(fā)明。
第三章:臺(tái)積電、華虹、中芯國(guó)際都很關(guān)注CIS,是關(guān)鍵環(huán)節(jié)
90年,愛丁堡大學(xué)研發(fā)出第一顆CIS,是黑白的,在英國(guó)的一個(gè)FAB廠流片,實(shí)力有限。
在研發(fā)彩色CIS的時(shí)候,要找更好的代工廠。王國(guó)裕找到臺(tái)積電歐洲的銷售部門匯報(bào),臺(tái)積電啟動(dòng)了這項(xiàng)工作。不過(guò),因?yàn)榕_(tái)積電的廠在亞洲,愛丁堡大學(xué)后續(xù)還是選擇在歐洲流片。
1995年,王國(guó)?;貒?guó)創(chuàng)業(yè)做CIS,在韓國(guó)LG流片,并創(chuàng)造了多項(xiàng)大陸第一。
后來(lái)起步的909工程上海華虹NEC也和王國(guó)裕接觸。華虹了解到CIS的光輝未來(lái),并有濃厚興趣投資。不過(guò),母公司開元集團(tuán)和華虹沒有談攏條件。
2000年,上海華虹NEC投資了硅谷的豪威。豪威的洪老板中學(xué)畢業(yè)于上海南洋模范中學(xué),大學(xué)是上交大。上海華虹和他聯(lián)系上并不是難事。負(fù)責(zé)投資的是陸德純。
硅谷的豪威起步時(shí)候,是和臺(tái)積電深度合作而成長(zhǎng)起來(lái)的。2000年8月的招股書中披露,與臺(tái)積電有非常深入的合作。
該招股書也披露,中國(guó)臺(tái)灣力晶(力積電 PSC)與上海華虹NEC都投資了,并將合作。
2001年,新聞表示豪威將和華虹在上海成立合資的設(shè)計(jì)與測(cè)試中心。豪威上海于2001年在松江綜保區(qū)成立,2002年,設(shè)廠生產(chǎn)模組,潔凈車間是從食堂改的。小姑娘用肉眼目測(cè)來(lái)確定芯片的成像效果,供應(yīng)摩托羅拉。
2003年,趙立新到格科微創(chuàng)業(yè),中芯國(guó)際很有熱情地和他合作開發(fā)CIS,還愿意出資。這當(dāng)然是受到了華虹的影響!!
目前國(guó)內(nèi)上規(guī)模的晶圓廠基本上都可以做CIS,如合肥晶合、廣東粵芯、蘇州和艦、中芯紹興等。青島國(guó)資控股的榮芯收購(gòu)了爛尾的CIS項(xiàng)目淮芯。
第四章、豪威的軼事和創(chuàng)業(yè)系
1996年,豪威做出了低分辨率的黑白CIS,1997年做出了彩色CIS。99年4月財(cái)季之前一直都是虧損的。We shipped over 4.0 million image sensors in the year ended April 30, 2000.
1996年,當(dāng)時(shí)OV的第一顆芯片回來(lái),大家心情非常緊張所有都在,當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)測(cè)試的哥們把芯片放上后,不work,他滿頭大汗,大家都著急,結(jié)果突然發(fā)現(xiàn)電源沒插上,這是OV流傳的大笑話。
Marvell是90年代華人硅谷創(chuàng)業(yè)企業(yè),后來(lái)成為華人芯片創(chuàng)業(yè)黃埔軍校。我在文章里提到了:“拿出辦法來(lái)”—— 世界華人芯片往事 | 科技老兵戴輝
豪威也是一所華人芯片創(chuàng)業(yè)黃埔軍校,創(chuàng)業(yè)者不完全統(tǒng)計(jì)有:
徐辰 思特威 CIS
杜崢 芯視達(dá) CIS
董琪 GTI AI芯片
單記章 黑芝麻 智能駕駛芯片
諾磊科技 吳日正 邊緣AI芯片
何新平 中國(guó)臺(tái)灣晶相光
.....
清華大學(xué)王志華教授給與本文好評(píng)。清華官網(wǎng)介紹:王志華博士,清華大學(xué)教授,IEEE Fellow(會(huì)士)。清華大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、清華大學(xué)集成電路學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)主任。
第五章:熱血沸騰之后,更是“耗盡/耗干”后的無(wú)奈
楊正瓴專門寫了一篇博文作為讀后感,一些話很有意思,我專門摳出來(lái)。
傻天生的傻。剛才又是“熱血沸騰”,因?yàn)榭戳恕禖MOS圖像傳感器35年史和中國(guó)人的關(guān)鍵貢獻(xiàn)》,戴輝老師今天(2022-09-19)剛剛貼出的帖子。就像當(dāng)年看宋德生老師的《信息革命的技術(shù)源流》(成都:四川人民出版出版的圖書,1986-04)。
數(shù)學(xué)大師陳省身說(shuō):“要做學(xué)問就要安靜,甚至電話都不要接,不能打斷思路?!?/span>數(shù)學(xué)比較容易,一般大研究需要 7 年以上的專心致志。物理學(xué)更難。正如大數(shù)學(xué)家希爾伯特說(shuō):“物理對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)實(shí)在是太難了!”物理學(xué)大研究“至少需要保證 10 年以上的研究時(shí)間?!?/span>