爆文《CMOS圖像傳感器35年史》的刪減內容和讀后感 | 科技老兵戴輝
智能手機的數(shù)碼攝像功能,是影響最大的科技之一。中國人和中國市場改變了世界。
爆文感謝各大媒體發(fā)表。存檔鏈接:CMOS圖像傳感器35年史和中國人的關鍵貢獻 | 科技老兵戴輝 (有修訂)
1、CIS芯片由來在大陸的中國人創(chuàng)造并發(fā)展,CCM模塊制造更是主要在中國。
2、極具活力的中國市場創(chuàng)造出了激情應用,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)是在中國率先大量使用的?,F(xiàn)在西方互聯(lián)網(wǎng)也會借鑒中國的互聯(lián)網(wǎng)新功能。
第一章:人生得一真成果足矣 王國裕
王國裕伉儷是第一顆CIS的核心開發(fā)人員(1987年開始)。他們和愛丁堡大學的同仁們將相關成果公開發(fā)表在多篇科技論文里,啟發(fā)了整個產(chǎn)業(yè)。回顧這段歷史,王國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原創(chuàng)技術的源頭。我們的工作改變了世界,使得膠卷相機消失了,使得獲諾貝爾獎的CCD成了配角,CIS是一個了不起的科學技術進步!“30多年前,我們預言CIS有光輝燦爛的未來,我們的首個芯片和論文吸引了很多人進入這個領域,他們又不斷做出新的貢獻。我從一開始就期望這個新技術能為我國所用,一直積極推動并親身實踐。隨著對芯片產(chǎn)業(yè)的重視,經(jīng)過數(shù)年艱苦努力,國內出現(xiàn)了幾家CIS龍頭企業(yè)(特別應提及清華和東大校友的業(yè)績,做產(chǎn)業(yè)他們比我厲害),如今我國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90年代我大力宣傳動員同行搞這個,我的論文寫得詳盡,是后來者的入門指南。有人不理解,說應該保密、壟斷??蓧艛嗄茏鲞@么大嗎?只有眾人拾柴火焰高,才會有現(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者角色)。其實做產(chǎn)業(yè)也十分不易,要看天時地利人和,并不總是能力決定成敗的。“回顧這個過程和我現(xiàn)在做的事,我很知足滿足,個人所有艱辛和磨難都微不足道?!?/span>清華大學校友總會去年給與了王國裕教授聘書:
第二章:另一個版本的CIS起源故事
關于CIS的起源,網(wǎng)絡上一直流傳著另外一個版本的故事。里面有Dr. Eric R. Fossum,有NASA的JBL,有美國CIS芯片巨頭美光,以及ON(安森美)這條敘事脈絡。以下部分內容來自劉斯寧:Understanding CMOS Image Sensor。
1936年時,加州理工大學的五個學生在宿舍里制作火箭燃料,結果發(fā)生了爆炸,把宿舍墻炸出了一個洞。令人不可思議的是,學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在那里繼續(xù)做實驗,于是他們就用學校的資助在河谷上建了一個火箭實驗基地,這就是JPL噴氣推進實驗室的前身。那五個學生中就有“中國導彈之父”錢學森。
1992年,Dr. Eric R. Fossum 在美國加州Pasadena(帕薩迪納)市的噴氣推進實驗室(JPL)工作,負責NASA一些雄心勃勃的太空探測器的建造和運行。那一年NASA向員工們發(fā)出了一個頗為有趣的要求 ——“更快,更好,更便宜”。作為JPL圖像傳感器研究的負責人,F(xiàn)ossum 負責重新發(fā)明NASA太空船上的巨型相機。當時在數(shù)碼攝影市場上已經(jīng)應用了CCD技術,但是CCD需要消耗大量的能量和相當多的支持芯片。Fossum 團隊發(fā)現(xiàn),如果能夠消除在成像陣列中反復轉移電荷的需要,那么這兩個問題都將解決,于是就誕生了CMOS有源像素傳感器。JPL的 首個CMOS APS 芯片,只有28x28個像素,像素尺寸40umx40um,誕生于1993年4月。APS 是Active Pixel Sensor (主動像素傳感器)的縮寫。
所以在1995年,F(xiàn)ossum、他的當時妻子和JPL同事Sabrina Kemeny共同創(chuàng)辦了Photobit公司。當Fossum繼續(xù)在JPL工作時,Kemeny以產(chǎn)假的原因離開了JPL,并在外運營公司。一年后,F(xiàn)ossum離開JPL,全職加入Photobit。
Photobit的第一個產(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(一款網(wǎng)絡相機),以及Logitech 后期版本的QuickCam提供動力。PB-100以它大約100,000像素(352×288)命名,將視頻會議帶入了工作場景。
Photobit還起訴豪威,最終和解。
Photobit 于2001年被美光半導體(Micron Technology)收購,成為了美光的CMOS業(yè)務部門。我的文章里提到2007年發(fā)布的蘋果手機采用了美光的200萬像素芯片,就來源于此。不過,在之后的iPhone 3GS和iPhone 4上,蘋果采用了豪威的CIS(和臺積電合作)。
美光是一家以內存為核心業(yè)務的公司,和CIS的關聯(lián)度不夠,華爾街主張分拆業(yè)務。于是,美光CMOS部門于2008年獨立出來成為了Aptina,后來又在2014年被ON Semiconductor(安森美) 收購。
由于發(fā)展理念上的分歧,F(xiàn)ossum 在被美光收購之后,離開了美光,攜巨款去南加州大學過起了安穩(wěn)的教授生活,憑借歷史上的貢獻還能時不時獲個伊麗莎白女王獎。他在網(wǎng)絡上寫了很多歷史文章,有意無意地讓大家誤以為他是CIS第一人。
不過,在網(wǎng)絡留言區(qū)他的發(fā)言中,可以看到,他了解并尊重愛丁堡大學(以及VVL公司)的率先發(fā)明。
關于愛丁堡大學(1990年CIS)和FOSSUM的發(fā)明的關系,有權威定論:后者是在前者之后發(fā)展起來的。
2008年得獎之后,《蘭克獎得主王國裕談原始創(chuàng)新》文內寫道:這次評獎他們做了很深入的工作。在頒獎后的宴會上,一個評委就跟我們說,他們把這個項目該調查的都調查遍了。We know you better than yourself。有一個重要的問題,就是美國人有源器件那個專利(注:93年Fossum做的發(fā)明)也比較重要,那么誰更重要?那么他們就請獨立的機構進行評估,進行打分鑒定,結論:那個專利是在我們的基礎(愛丁堡大學90年的發(fā)明)上進行發(fā)展的,我們的專利是最原始的,是最重要的發(fā)明。
第三章:臺積電、華虹、中芯國際都很關注CIS,是關鍵環(huán)節(jié)
90年,愛丁堡大學研發(fā)出第一顆CIS,是黑白的,在英國的一個FAB廠流片,實力有限。
在研發(fā)彩色CIS的時候,要找更好的代工廠。王國裕找到臺積電歐洲的銷售部門匯報,臺積電啟動了這項工作。不過,因為臺積電的廠在亞洲,愛丁堡大學后續(xù)還是選擇在歐洲流片。
1995年,王國裕回國創(chuàng)業(yè)做CIS,在韓國LG流片,并創(chuàng)造了多項大陸第一。
后來起步的909工程上海華虹NEC也和王國裕接觸。華虹了解到CIS的光輝未來,并有濃厚興趣投資。不過,母公司開元集團和華虹沒有談攏條件。
2000年,上海華虹NEC投資了硅谷的豪威。豪威的洪老板中學畢業(yè)于上海南洋模范中學,大學是上交大。上海華虹和他聯(lián)系上并不是難事。負責投資的是陸德純。
硅谷的豪威起步時候,是和臺積電深度合作而成長起來的。2000年8月的招股書中披露,與臺積電有非常深入的合作。
該招股書也披露,中國臺灣力晶(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計與測試中心。豪威上海于2001年在松江綜保區(qū)成立,2002年,設廠生產(chǎn)模組,潔凈車間是從食堂改的。小姑娘用肉眼目測來確定芯片的成像效果,供應摩托羅拉。
2003年,趙立新到格科微創(chuàng)業(yè),中芯國際很有熱情地和他合作開發(fā)CIS,還愿意出資。這當然是受到了華虹的影響??!
目前國內上規(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。青島國資控股的榮芯收購了爛尾的CIS項目淮芯。
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,當時OV的第一顆芯片回來,大家心情非常緊張所有都在,當時負責測試的哥們把芯片放上后,不work,他滿頭大汗,大家都著急,結果突然發(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”—— 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)計有:
徐辰 思特威 CIS
杜崢 芯視達 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 中國臺灣晶相光
.....
清華大學王志華教授給與本文好評。清華官網(wǎng)介紹:王志華博士,清華大學教授,IEEE Fellow(會士)。清華大學學術委員會委員、清華大學集成電路學院學術委員會主任。
第五章:熱血沸騰之后,更是“耗盡/耗干”后的無奈
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。
傻天生的傻。剛才又是“熱血沸騰”,因為看了《CMOS圖像傳感器35年史和中國人的關鍵貢獻》,戴輝老師今天(2022-09-19)剛剛貼出的帖子。就像當年看宋德生老師的《信息革命的技術源流》(成都:四川人民出版出版的圖書,1986-04)。
數(shù)學大師陳省身說:“要做學問就要安靜,甚至電話都不要接,不能打斷思路?!?/span>數(shù)學比較容易,一般大研究需要 7 年以上的專心致志。物理學更難。正如大數(shù)學家希爾伯特說:“物理對于物理學家來說實在是太難了!”物理學大研究“至少需要保證 10 年以上的研究時間?!?/span>