Federico Faggin

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Federico Faggin是一位意大利裔美国物理学家、工程师、发明家和企业家。他因设计第一个商用微处理器Intel 4004而闻名。他领导了4004 MCS-4项目和Intel微处理器工作最初五年的设计小组。Faggin还在1968年担任Fairchild Semiconductor公司员工期间创造了自对准MOS金属氧化物半导体硅栅极技术SGT,这项技术使MOS半导体存储芯片、CCD图像传感器和微处理器成为可能。在4004之后,他领导了Intel 8008和8080的开发工作,在随机逻辑芯片设计中应用了他的SGT方法论,这对早期Intel微处理器的创造至关重要。他与Ralph Ungermann共同创办了Zilog公司并担任首席执行官,Zilog是第一个完全专注于微处理器的公司,他领导了Zilog Z80和Z8处理器的开发。他后来共同创办并担任Cygnet Technologies首席执行官,然后是Synaptics公司的首席执行官。

2010年,他获得了2009年美国国家技术和创新奖章,这是美国为与技术进步相关的成就而颁发的最高荣誉。2011年,Faggin创立了Federico和Elvia Faggin基金会,以支持美国大学和研究机构对意识的科学研究。2015年,Faggin基金会帮助在UC Santa Cruz建立了一项100万美元的捐赠基金,用于建立Faggin家族信息物理学总裁讲座,以促进"物理学与相关领域(包括数学、复杂系统、生物物理学和认知科学)交界处的基础问题研究,以物理学中的信息作为统一主题"的研究。自1968年以来,Federico Faggin一直是硅谷居民,并已成为美国入籍公民。

教育和早期职业生涯

Federico出生于意大利Vicenza,在知识分子环境中长大。他的父亲Giuseppe Faggin是一位学者,著有许多学术著作,并将Plotinus的《九篇论文》从古希腊文翻译成现代意大利文并加以注释。Federico从小就对技术充满浓厚兴趣。他在Vicenza的一所技术高中I.T.I.S. Alessandro Rossi就读,后来从Padua大学获得物理学学位,成绩为优等。

Olivetti研发实验室

Faggin在19岁时加入Olivetti。在那里,他共同设计并领导了一个具有4 K × 12位磁存储器的小型数字晶体管计算机的实现工作,完成于1960年。Olivetti研发部门随后开发了世界上第一批可编程桌面电子计算器之一,即1964年的Olivetti Programma 101。在这次工作经历之后,Faggin在Padua大学学习物理,并在学年1965–1966年为三年级物理系学生讲授电子学实验课程。

SGS-Fairchild

1967年,他加入了SGS Fairchild(现为STMicroelectronics),该公司位于意大利,在那里他开发了其第一个MOS金属栅极工艺技术,并设计了其前两个商用MOS集成电路。SGS在1968年将他派往加州。当Fairchild出售SGS-Fairchild时,Faggin接受了与Fairchild合作完成硅栅极技术开发的邀请。

硅谷职业生涯

Fairchild半导体公司

硅栅极技术SGT是推动微电子学进步最具影响力的技术之一,仅次于MOSFET。没有SGT,在1970–1971年就不可能制造出第一个微处理器。

1968年2月,Federico Faggin加入Palo Alto的Fairchild Semiconductor公司,担任MOS硅栅极技术项目负责人,这是一种具有硅自对准栅极的MOSFET,他也是其独特工艺架构的发明者。SGT成为了所有现代NMOS和CMOS集成电路的基础。它使1969–1970年期间MOS半导体存储芯片的创造、1970–1971年期间第一个微处理器的创造,以及1970-1971年期间具有浮动硅栅极的第一个CCD和EPROM(可编程只读存储器)的创造成为可能。SGT取代了现有的铝栅极MOS技术,并在10年内被全球采用,最终使用双极晶体管构建的原始集成电路过时。

Fairchild 3708

在Fairchild,Faggin设计了第一个使用硅栅极技术和自对准MOSFET晶体管的商用集成电路:Fairchild 3708。3708是一个8位模拟多路复用器,带有解码逻辑,取代了使用金属栅极技术的等效Fairchild 3705。3708的速度快5倍,结漏极泄漏减少100倍,比3705的可靠性高得多,证明了SGT相对于金属栅极MOS的优越性。另参见:Faggin, F., Klein T. 1969. "A Faster Generation of MOS Devices With Low Threshold Is Riding The Crest of the New Wave, Silicon-Gate IC's." Electronics, 29 Sept. 1969.

Intel

Intel 4004。Federico Faggin在1970年从Fairchild加入Intel,担任MCS-4系列的项目负责人和设计师,该系列包括4004,这是世界上第一个单芯片微处理器。Fairchild没有充分利用SGT,而Faggin渴望利用他的新技术来设计先进的芯片。

4004(1971年)之所以成为可能,是因为硅栅极技术SGT的先进功能通过Faggin在Intel创造的新颖的随机逻辑芯片设计方法论得到了增强。正是这种新方法论加上他的若干设计创新,使他能够将微处理器装入一个小芯片。单芯片微处理器——一个预期在许多年后才会出现的想法——在1971年通过使用SGT和两项额外创新成为可能:1"掩埋触点"使电路密度增加一倍,2使用具有2相时钟的自举负载——以前被认为在SGT中不可能实现——提高速度5倍,同时与金属栅极MOS相比减少芯片面积一半。

Faggin创造的设计方法论被用于Intel所有早期微处理器的实现中,后来也被用于Zilog的Z80。

Faggin在计算机历史博物馆2009年院士奖活动中

Intel 4004是一个4位CPU(中央处理器)单芯片,是为日本计算器制造商Busicom设计的4个定制芯片系列的成员。构成MCS-4系列的其他成员是:4001,一个2k位金属掩模可编程ROM,具有可编程输入输出线;4002,一个320位动态RAM,带4位输出端口;和4003,一个10位串行输入和串行/并行输出的静态移位寄存器,用作I/O扩展器。Faggin推动了向Busicom以外的客户广泛营销MCS-4的想法,通过向Intel管理层展示客户如何使用4004设计控制系统。他设计并制造了一个4004测试器,使用4004作为测试器的控制器,从而说服Bob Noyce重新协商与Busicom的排他性条款,该条款不允许Intel向其他客户销售MCS-4系列。

2009年,4004的四位贡献者被计算机历史博物馆列为院士。应用研究部主任Ted Hoff在Stan Mazor的协助下并与Busicom的Masatoshi Shima合作制定了架构方案和指令集。然而,他们中没有人是芯片设计师,也没有人熟悉新的硅栅极技术SGT。硅设计是制造微处理器所缺失的关键因素,因为其他一切都已为人所知。Federico Faggin在不同的部门领导该项目,没有Hoff和Mazor的参与。Faggin在1968年在Fairchild Semiconductor发明了原始SGT,并提供了额外的改进和发明,使4004能够在单个芯片中实现。在Shima的常规帮助下,Faggin在1971年1月完成了芯片设计。

Intel 2102A是Intel 2102静态RAM的重新设计,Federico Faggin首次在Intel引入了耗尽负载,将硅栅极技术与离子注入相结合。该设计是由Federico Faggin和Dick Pashley在1973年年底完成的。2102A的速度比2102快5倍,为Intel开辟了新的方向。

Intel早期微处理器

Faggin的硅设计方法论被用于实现Intel所有早期微处理器。

Intel 8008是世界上第一个单芯片8位CPU,与4004一样,采用p沟道SGT构建。8008的开发原本在1970年3月分配给Hal Feeney,但在4004完成之前被暂停。它在1971年1月在Faggin的指导下恢复,利用他为4004开发的基本电路和方法论,由Hal Feeney进行芯片设计。8008的CPU架构最初由CTC Inc.为Datapoint 2200智能终端创建,其中以离散IC逻辑实现。

Intel 4040微处理器(1974年)是4004 CPU的一个功能大幅改进且机器代码兼容的版本,允许它直接与标准存储器和I/O设备接口。Federico Faggin创造了4040的架构,并监督进行设计工作的Tom Innes。

8080微处理器(1974年)是市场上第一个高性能8位微处理器,使用更快的n沟道SGT。8080由Faggin构思和设计,由Masatoshi Shima在Faggin的监督下设计。8080是对8008架构的重大改进,但它保留了与之的软件兼容性。它比8008的速度快得多,也更容易与外部存储器和I/O设备接口。8080的高性能和低成本使开发人员能够将微处理器用于许多新应用,包括个人计算机的前身。

当Faggin在1974年底离开Intel创办Zilog与Ralph Ungermann合作时,他是研发部门经理,负责所有MOS产品(动态存储器除外)。

Zilog

Zilog是由Federico Faggin和Ralph Ungermann在1974年11月创办的第一家完全致力于微处理器的公司。Faggin是Zilog的总裁和首席执行官,任职至1980年底,他构思并设计了Z80 CPU及其可编程外围组件系列。他也共同设计了CPU,其项目负责人是Masatoshi Shima。Z80-CPU是对8080的重大改进,但它保留了与之的软件兼容性。速度快得多,寄存器和指令数超过8080的两倍,它是包含多个智能外设的组件系列的一部分,这些外设包括Z80-PIO(可编程并行输入输出控制器);Z80-CTC(可编程计数器计时器);Z80-SIO(可编程串行通信接口控制器)和Z80-DMA(可编程直接存储器访问控制器)。这个芯片系列允许设计功能强大且低成本的微计算机,其性能与小型计算机相当。Z80-CPU具有比8080更好的总线结构和中断结构,可以直接与动态RAM接口,因为它包含了内部存储器刷新控制器。Z80被用于许多早期个人计算机,以及MSX、ColecoVision、Sega Master System和Game Boy等视频游戏系统。Z80在2017年仍在批量生产中,作为各种片上系统中的核心微处理器。

Zilog Z8微控制器(1978年)是市场上最早的单芯片微控制器之一。它集成了8位CPU、RAM、ROM和I/O功能,足以满足许多控制应用。Faggin在1974年创办Zilog后不久就构思了Z8,但后来决定优先开发Z80。Z8在1976–78年期间设计,至今(2017年)仍在批量生产。

通信CoSystem

通信CoSystem(1984年)。Cosystem由Faggin构思,由Cygnet Technologies公司设计和生产,这是Faggin的第二家初创公司。连接到个人计算机和标准电话线,CoSystem可以自动处理用户的所有个人语音和数据通信,包括电子邮件、数据库访问、语音通信期间的计算机屏幕传输、通话记录保存等。覆盖CoSystem的专利在个人通信领域被广泛引用。

Synaptics

1986年,Faggin共同创办并担任Synaptics首席执行官至1999年,从1999年到2009年担任主席。Synaptics最初致力于人工神经网络研发,用于使用模拟VLSI的模式识别应用。Synaptics在1991年推出了I1000,世界上第一个单芯片光学字符识别器。1994年,Synaptics推出了触板,用以替代当时在笔记本电脑中使用的笨重的轨迹球。触板被业界广泛采用。Synaptics还推出了早期触屏,最终被采用用于智能手机和平板电脑;这些应用现在主导了市场。Faggin提出了总体产品理念,并领导一组工程师通过许多头脑风暴会议进一步完善该理念。Faggin是分配给Synaptics的十项专利的共同发明人。他是主席名誉

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