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“手机智人”、手机与半导体 EP.1

By 2022年10月06日 11月 30th, 2022 No Comments

SK海力士与《手机智人》的作者崔在鹏教授展开交谈

“手机智人(Phono Sapiens)”是“智能手机是如何成为我们身体的一部分的呢?

要回答这一问题,就要先了解智能手机的起源、发展历程、以及对人类产生的影响。为此,SK海力士新闻中心精心策划了崔在鹏教授与SK海力士团队成员(NAND设计崔元载TL以及DRAM产品规划李佳恩TL)的这次对话。除了讨论智能手机带给人类的影响外,此次对话还将聚焦智能手机时代前夕,回顾手机的发展变迁史。当然,话题中也少不了智能手机的核心“功臣”——半导体的故事。现在,就让我们和他们一起走进位于韩国骊州的“手机博物馆”(市立博物馆),纵览手机智能化的发展变迁史,聆听这段有趣的故事吧。


崔在鹏教授
今天我想和两位SK海力士的团队成员一起,围绕“社会沟通技术与工具”这个主题,来聊聊手机。众所周知,手机给人类文明的发展带来了深远的影响,我相信今天的交流一定能让大家获益良多。首先,让我们来认识一下SK海力士的两位成员吧。

崔元载 TL
大家好,我一直在SK海力士从事NAND半导体设计领域的工作,入职已经十年了。

李佳恩 TL
大家好,我是 DRAM 产品规划部门的李佳恩TL。我主要负责策划像LPDDR等用于智能手机适用的半导体产品。今天,我主要想和两位聊聊智能手机及其诞生之前手机发展的有趣故事。

 

“手机”—— 人类进行社会活动的沟通手段

崔在鹏教授
我参观完手机博物馆后,感受到人类为了互相沟通真是付出了不少努力。人本身就是社会性动物,我们对沟通的欲望推动了语言的进化。而为了将口述的内容记录下来,把知识和信息传递给他人甚至是下一代,语言的进化又推动了文字和造纸术的发展。绘画也是一种高层次的沟通,它让我们可以更淋漓尽致地表达自己的情感,更深层次地与他人沟通,难以言表的信息或想法往往可以通过绘画这种方式表达出来。那么,随着科技进步,绘画发展成什么了呢?

▲崔在鹏教授正在与李佳恩TL讨论人类的沟通方式。

 

李佳恩 TL
是不是照片? 为了把自己的所见所闻更仔细、更准确地描述给对方,我们一般会选择拍照。我跟朋友聊天的时候也是这样,用语言或文字表达不清楚的东西,就会直接拍照发给对方。

崔在鹏教授
是的,你说得很对。照片已经成了非常重要的沟通手段。比起绘画,照片的优点就是可以更确切地传达现有的情况。除照片外,视频也是一种非常重要的沟通媒介。一张照片很难描述的复杂场面,一个视频就可以搞定,着实高效。照片和视频等媒介以及YouTube等新媒体的爆发式发展,让人类的沟通方式进一步升级。这就是从古至今人类交流工具和技术的发展历程。

▲人类发展过程中的各种沟通方式

崔元载 TL
我其实有些惊讶,像智能手机这样一个小小的电子设备,就可以让人同时使用所有沟通媒介,例如收发短信,发送表情包,或在社交媒体上发照片和视频分享生活等等。正所谓“一机在手,无所不能”呀。

崔在鹏教授
这正是我想说的。一部智能手机,汇集了人类数千年发展的所有沟通方式。而且,有望成为全新沟通方式的元宇宙,未来也很可能通过智能手机等移动端来实现。我写《手机智人》这本书的目的其实也源于人类发展的这种变化。智能手机有时成为我们的眼睛,有时成为耳朵,有时甚至是大脑。总而言之,我认为智能手机带来的革新将对人类社会产生相当大的影响,而引领智能手机发展的半导体当然也会变得愈加重要。

崔元载 TL
我完全赞同您的意见。就像您说的那样,从根本上看,我们现在使用的智能手机和电脑的半导体,都是为了满足人类对沟通的欲望而发明出来的。在1947年发明了世界第一个晶体管的,正是发明了世界第一台电话的贝尔研究所(取名自电话之父贝尔)。晶体管就是为了满足电话系统的需求应运而生的,可以说是足以获得诺贝尔奖的创新技术,它能放大信号,还可以开关,真的是非常了不起的发明。1959年,贝尔研究所的姜大元(Dawon Kahng)博士又发明了一款新型晶体管——金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor),这其实就是我们现在所熟悉的半导体的雏形。
到了20世纪80年代,诺基亚、摩托罗拉等第一代手机制造商开始制造出可以随身携带的移动电话。1983年,摩托罗拉推出了全球首款手机——DynaTAC 8000X,这就是我们常说的“大哥大”。当时,DynaTAC 8000X搭载的存储器可以保存约30多个电话号码。此后,手机行业就开始以惊人的速度发展至今。

▲智能手机问世前的一系列历史创举

崔在鹏教授
手机的问世,可以说是人类为进一步促进彼此之间交流而不懈努力的成果。特别是移动通信技术的发展,大幅减少了空间对人们的制约,真可谓是一次伟大的创举。这种技术的背后肯定也有半导体的功劳吧?

崔元载 TL
是的,半导体在移动通信技术中扮演着举足轻重的角色。第一代蜂窝移动通信技术之后, 高通(Qualcomm)第二代(2G)移动通信技术的引入使韩国手机用户迅猛增长。 采用码分多址(CDMA,Code Division Multiple Access)方式的第二代移动通信系统,让更多人可以通过同一频段通信。
简单介绍一下CDMA的原理:为了令多人可使用同一频段通信,在信号中混入各自的编码(Code),计算后再接收信息。这种方式要求给各移动通信用户进行编码,并处理其信号,因此需要半导体技术的支持。半导体的发展进一步推动了移动通信技术的纵深发展。

 

手机博物馆 —— 纵览手机变身、进化的变迁史

▲李佳恩TL、崔元载TL和崔在鹏教授(从左到右)围绕最初的翻盖手机展开交谈。

崔元载 TL
半导体技术的发展让手机变得更加精巧,功能也更加齐全。全球首款手机DynaTAC上装有可以保存电话号码的存储器,而此后,存储器在手机中的作用变得愈加重要。起初,人们希望能在手机上储存更多的电话号码,这种需求反向推动了半导体的发展。如今的手机,别说是电话号码,要储存成千上万张照片或视频、音乐等非常庞大的数据也不费吹灰之力。可见手机与半导体的发展相互推动,协同发展至今。

再仔细说说半导体存储器,因为这也是我们SK海力士的主打市场。如今,韩国企业正在引领存储器市场的发展,对此我感到骄傲。其实,半导体存储器最先是由美国企业开发1) 的,他们是当时的行业先锋。日本也一度在这一领域领跑。而事到如今,SK海力士等韩国企业成了领头羊。今天参观完手机博物馆,我意识到SK海力士在半导体研发制造领域留下了自己的足迹,内心充满自豪。

崔在鹏教授
韩国半导体制造商的挑战精神真是令人佩服。韩国企业在半导体和手机领域都实现了惊人的发展,这是如何实现的呢?

李佳恩 TL
我觉得这背后少不了许多工程师的汗水,但消费者不断升级的需求应该也发挥了非常重要的作用。刚才参观的时候我们也看到了,在智能手机出现之前,手机的更新换代其实就是在只有移动通信功能的手机上,不断植入MP3、摄像等各种其他功能。这些新功能让消费者为之疯狂不已,这一过程也助推了手机的快速发展。

崔在鹏教授
是的。人们为了在这一部小小的手机上植入新功能,真是绞尽了脑汁。起初是半导体存储器促使了MP3产品的开发。MP3一流行,人们就开始想如何把MP3的功能嫁接到手机上。拍摄功能也是这样:在从胶卷相机过渡到数码相机的时期,人们对数码相机的需求爆发,手机商家就思考如何将数码相机的功能嫁接到手机上。此外还有很多集成各种新功能的手机,包括投影手机、数字多媒体广播手机(DWB,Digital Multimedia Broadcasting)、拥有游戏手柄功能的手机、能像手表一样戴在手腕上的“腕机”等,真是不胜枚举。

几经更新换代,手机最核心的功能莫属音乐(MP3)和摄影(照片)了。其实,音乐和摄影,可以说是人类最喜欢的领域。在手机问世前,音乐就是人类共享的艺术文化,摄影也是如此。自照相技术问世以来,人类的历史无不与照片有关。通过照相,我们能将每一个幸福的瞬间永远定格下来。人类对音乐和摄影的欲望已是经千百年来历史检验的事实,而我们现在使用的手机,便能轻而易举地满足这些欲望。我们用手机听歌、照相,是不是也是得益于半导体技术的发展?

▲人们为了在手机上植入MP3或电视等各种新功能付出了不懈的努力。

崔元载 TL
是的。MP3功能的核心就是数据存储,半导体存储器的发展必然为MP3带来了非常大的支持。其实,不光是MP3,摄影功能也深受半导体技术的影响。过去,从胶卷相机过度到数码相机的过程中,基于半导体技术的CCD2) 和CIS3) 起了非常重要作用。90年代以来,成本较低的CIS技术得到进一步升级并随之实现商用化,因此大部分的手机都拥有了摄影功能。如今的智能手机摄影也仍在使用 CIS技术。这也意味着早在数年前,我们每个人都已随身携带了一款个人专用摄影机。

另外,在我看来,屏幕的升级在推动手机发展上也起到了不小的作用。过去的大哥大只能显示数字,随后发展为文字。液晶显示器(LCD,Liquid Crystal Display)的引入,让手机可以显示各种复杂的信息。前面提到的DMB和摄影功能,如果没有显示屏的发展做支撑,也是无法实现的。虽说显示屏技术不是单凭半导体技术就能推进的,但没有半导体,显示屏就无法正常驱动。综合上面的几点,我们不难看出半导体技术的发展对于手机的发展来说,的确是至关重要的。

▲崔在鹏教授、李佳恩TL、崔元载TL(从左到右)参观手机博物馆。

崔在鹏教授
好的,我们今天一起在手机博物馆回顾了手机发展的变迁史。再一次觉得,在手机的发展史上,半导体真是起到了核心作用。现代人不离手的智能手机,可以说是这一发展的结晶,也是这一发展长河中的一个节点。接下来,我们将聊聊智能手机,看看它给人类带来了什么样的影响,并一起了解一下组成智能手机不可或缺的半导体都又有哪些吧。

崔在鹏教授与崔元载TL、李佳恩TL的交谈仿佛给我们展示了一幅人类沟通方式与手机的发展路线图。在下一篇内容中,我们为大家准备了更多有关智能手机使用和各种智能手机半导体的有趣故事,包括可以保存更多数据的NAND和高性能低耗电、拥有超高性价比的LPDDR等等。SK海力士与崔在鹏教授的半导体故事未完待续。

 

11966年,美国电子计算机制造商IBM的Watson研究所第一次研发出DRAM半导体存储器。1986年,美国英特尔在其成立后首次推出了DRAM产品。
2CCD(Charge Coupled Device Image Sensor):电荷耦合元件,即通过把光转换成电荷来形成图像的传感器。图像画质优秀,噪点及残像处理效果也非常出色。
3CIS(CMOS Image Sensor):互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)结构的低耗能图像传感器,其耗电量仅为CCD的十分之一。CIS采用3.3V单一电源,与其他电路可实现一体化。传感度虽然没有CCD高,但近来CIS的画质得到了显著的改善,主要用于手机、高分辨率的数码相机和车载后视摄像头等产品。

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