「DRAM之父」 Robert Dennard辭世享年91歲
Robert H Dennard,在他的朋友和同事中被親切地稱為Bob,於2024年4月23日去世,享年91歲。Dennard憑藉其對DRAM(動態隨機存取記憶體)的傑出貢獻而廣為人知,被譽為「DRAM之父」。
鮑伯1932年9月5日出生於德州的特雷爾,從小就展現出對科學和數學的好奇心和天賦。在卡內基理工學院(現為卡內基美隆大學)獲得電機工程博士學位後,Bob於1958年在IBM開始了他的職業,並在那裡度過了他漫長的工作生涯。
他在1960年代末期發明的動態隨機存取記憶體(DRAM)是一項突破,為現代電腦儲存系統奠定了基礎,他不斷突破半導體技術的界限,開創了標度理論的發展,也被稱為為德納德標度。
他的開創性工作為他贏得了廣泛的認可和眾多讚譽,包括1988年的國家技術與創新獎章和2013年久負盛名的京都先進技術獎。他的開拓精神和創新努力為無數的技術進步鋪平了道路,塑造了我們當代世界的軌跡。除了卓越的專業成就外,Bob還是無數有抱負的工程師和科學家的指路明燈和導師,留下了不朽的遺產。
01
科技里程碑:改變世界的晶片
靈感通常在夜深人靜時迸發,這次也不例外。
當時,34歲的IBM 電氣工程師Bob Dennard 正在思考他在當天早些時候看到的一位同事的研究簡報。
1966年的秋天,Dennard正忙於為公司設計一種基於矽基電晶體的新型電腦記憶體。這種「微電子學」的方法與當時電腦產業內依賴磁性記憶體(核心記憶體)的傳統技術形成了鮮明對比。而那份簡報,正是IBM競爭團隊對新型小型化磁性記憶體的探索,不禁讓Dennard感到一絲壓力與挑戰。
當時,世界上最大的磁存儲系統龐大得如同機房一般,卻僅能存儲一兆字節的信息,這相當於一本500頁的書或40首流行歌曲中的一分鐘內容。這種系統不僅體積龐大、速度慢,而且耗電量巨大。然而,Dennard的同事卻在努力將下一代磁性記憶體的尺寸縮小到驚人的25平方公分。
受到這份簡報的啟發,Dennard開始思考能否開發出更簡單、更經濟實惠的記憶體。他想到了半導體技術——一種在矽基材上蝕刻出由細電線、電晶體和其他組件組成的圖案的技術。
那時,IBM的矽晶片設計師們正在研究如何使用六個電晶體來儲存一位元數據,並且已經取得了成功。但Dennard意識到這種方法的效率並不高,對於建構大容量儲存系統來說,這並不是一個可行的方案。然而,在那一晚,他突發奇想:是否可以用一個電晶體來儲存一位元資料?
要實現這個想法,就需要使用極少的能量來反覆刷新能夠留住電荷的電容,以確保資料的穩定儲存。儘管這聽起來有些複雜,但Dennard堅信這是可行的。而如果他成功了,就意味著可以用更簡單、更小、更美觀的電路來實現相同的儲存容量。
在這個想法的指引下,Bob Dennard發明了動態隨機存取記憶體(DRAM)。這項發明不僅簡化了記憶體的設計,還大大降低了製造成本。隨著技術的不斷發展,DRAM的儲存容量也不斷增加。從最初的千比特(1000比特)記憶體發展到如今的8千兆比特(80億比特)容量,DRAM已經成為了電腦儲存領域的基礎技術。
如今,從人們口袋裡的智慧型手機到為全球經濟提供支援的超級電腦等各種裝置中都可以看到DRAM的身影。而這一切都離不開Dennard的這項偉大發明。透過DRAM技術,一般手機或智慧型手機能夠輕鬆儲存多個電影、數千張照片和整個音樂庫。全球三分之二的人口每天都在享受Dennard發明帶來的便利。
2019年,半導體產業協會向Dennard授予了業內最高榮譽——羅伯特·諾伊斯獎(Robert N. Noyce Award),以表彰他在職業生涯中取得的輝煌成就。而IBM執行副總裁John E. Kelly III博士也表示:“有了Bob的發明,我們才得以真正發揮可編程計算的能力。”
在2013年獲得京都基礎科學獎的致詞中,Dennard回顧了IBM當年如何安排他負責將電腦記憶體轉變為1960年代推出的新矽基技術的任務。他坦言自己非常幸運能夠接受這個挑戰。 “當時,我已經做好準備。”他說,“我在合適的時間完成了一項合適的項目,而且,我深知自己的使命。”
02
比肩膀戈登·摩爾
半導體,技術進步的黃金時代
Robert H. Dennard 的生平和職業生涯堪稱半導體產業和電腦科技發展的里程碑。作為DRAM(動態隨機存取記憶體)的發明者,他在1968年獲得專利,這項創新奠定了現代電腦儲存系統的基礎。
此後,他提出的「登納德縮放比例定律」(現稱「登納德縮放理論」)進一步為半導體產業的發展指明了方向,預言了晶體管尺寸的縮小將帶來運算能力的大幅提升和成本的顯著降低。
Dennard 的貢獻不僅限於技術創新。他在IBM 的Thomas J. Watson 研究中心工作期間,參與了一個匯集了全球頂尖科學家、電機工程師和物理學家的知識寶庫。他樂於分享智慧,為後輩工程師提供了寶貴的指導。
Dennard 的成就與摩爾定律相互輝映,共同推動了半導體產業的「黃金時代」。這段時期見證了微處理器頻率的快速提升和儲存空間的大幅增加,為軟體應用的創新提供了強大的硬體支持,形成了一個技術進步的良性循環。
How Dennard Scaling with Moore’s Law Revolutionised Modern World
Moore’s Law makes gadgets more powerful by adding more switches, and Dennard Scaling keeps them energy-efficient by making them smaller. Together, they’ve given us devices that are faster and better, without rain.
Robert H. Dennard 的生平和職業生涯是美國從農業社會向後工業資訊社會轉型過程中技術創新和創造力的生動體現。他的貢獻不僅改變了半導體產業和電腦技術,也深刻地影響了整個社會的運作方式和人們的生活方式。
03
在IBM,Dennard 被稱為“野鴨”
除了發明和理論,Dennard 也為公司的研究部門灌輸創新文化,在IBM 留下了自己的印記。從1950年代初到1970年代初,Thomas J. Watson Jr. 一直在擔任公司的領導,他稱Dennard 這樣的員工為「野鴨」。
「野鴨」是指那些拒絕「編隊飛行」的人。
IBM 研究員、前IBM 技術副總裁Russ Lange 曾與Dennard 共事過多年,他說,Dennard 的「野鴨」直覺意味著根本不存在無法克服的挑戰。
Lange 說:「你需要有超越規則的意願,不要被高階主管所說的『不行』嚇住。要想在該行業內取得進步,這是一個非常關鍵的方面。這是對『野鴨』的一種認可。
如今,晶片速度停滯,成本高昂,技術突破應對洩漏,投資巨大,技術良性循環放緩。
Lange 回憶:“Bob 和我總是激烈討論縮放是否會結束。他會說:是的,縮放終究會結束。但是,創造力永無止境。 ”
04
Dennard 被稱為
DRAM之父
Robert H. Dennard 工作經驗:
早年教育與學位:
1932年9月5日,Robert H. Dennard出生於美國德州的特雷爾。
1954年,在達拉斯南方衛理公會大學取得電機工程學士學位。
1956年,取得碩士學位。
1958年,在卡內基美隆大學的前身卡內基技術學院取得博士學位。
職業生涯開始:
1958年,加入IBM公司,開始了他的職業生涯。
DRAM的發明:
1966年,在IBM Thomas J. Watson研究中心,他率先發明了DRAM記憶體(動態隨機存取記憶體)。這種記憶體基於“MOS型電晶體+電容結構”,具有能耗低、讀寫速度快且整合度高的特性。
1968年,獲得了DRAM的設計專利,這個專利是整個儲存產業的基礎。
縮放理論(登納德縮放比例定律)的提出:
1972年,他提出了「縮放理論」(現稱為「登納德縮放比例定律」),為整個半導體產業指明了發展道路。這個理論指出,隨著電晶體的尺寸不斷縮小,在給定空間中能夠容納的電晶體數量會越來越多,功能更強大,價格更低廉。
後續研發與榮譽:
1970年代與1980年代,投入MOSFET的scaling equations研發。
1984年,當選為美國國家工程院院士。
1997年,入選美國國家發明家名人堂,獲得美國國家技術與創新獎章、麻省理工學院終身成就獎。
晚年與榮譽:
2013年,獲頒久負盛名的京都基礎科學獎。
直到去世(2024年4月23日),他的工作仍對半導體和電腦儲存技術產生深遠影響。
Robert H. Dennard的一生是對科學和技術不懈追求的典範,他的貢獻不僅改變了電腦儲存領域,也為整個半導體產業帶來了革命性的變革。