“DRAM之父” Robert Dennard辭世 享年91歲


RobertHDennard,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憑借其對DRAM(動態隨機存取存儲器)的傑出貢獻而廣為人知,被譽為“DRAM之父”。



鮑勃1932年9月5日出生於德克薩斯州的特雷爾,從小就表現出對科學和數學的好奇心和天賦。在卡內基理工學院(現為卡內基梅隆大學)獲得電氣工程博士學位後,Bob於1958年在IBM開始他的職業,並在那裡度過他漫長的工作生涯。

他在20世紀60年代末發明的動態隨機存取存儲器(DRAM)是一項突破,為現代計算機存儲系統奠定基礎,他不斷突破半導體技術的界限,開創標度理論的發展,也被稱為德納德標度

他的開創性工作為他贏得廣泛的認可和眾多贊譽,包括1988年的國傢技術與創新獎章和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道路,塑造我們當代世界的軌跡。除卓越的專業成就外,Bob還是無數有抱負的工程師和科學傢的指路明燈和導師,留下不朽的遺產。

01

科技裡程碑:改變世界的芯片

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晶體管的新型計算機存儲器。這種“微電子學”的方法與當時計算機行業內依賴磁存儲器(核心存儲器)的傳統技術形成鮮明對比。而那份簡報,正是IBM競爭團隊對新型小型化磁存儲器的探索,這不禁讓Dennard感到一絲壓力和挑戰。

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存儲器的尺寸縮小到驚人的25平方厘米。

受到這份簡報的啟發,Dennard開始思考能否開發出一種更簡單、更經濟實惠的存儲器。他想到半導體技術——一種在矽基材上蝕刻出由細電線、晶體管和其他組件組成的圖案的技術。

那時,IBM的矽芯片設計師們正在研究如何使用六個晶體管來存儲一比特數據,並且已經取得成功。但Dennard意識到這種方法的效率並不高,對於構建大容量存儲系統來說,這並不是一個可行的方案。然而,在那一晚,他突發奇想:是否可以用一個晶體管來存儲一比特數據呢?

要實現這個想法,就需要使用極少的能量來反復刷新能夠留住電荷的電容,以確保數據的穩定存儲。盡管這聽起來有些復雜,但Dennard堅信這是可行的。而如果他成功,就意味著可以用更簡單、更小、更美觀的電路來實現相同的存儲容量。


在這個想法的指引下,Bob Dennard發明動態隨機存取存儲器(DRAM)。這一發明不僅簡化存儲器的設計,還大大降低制造成本。隨著技術的不斷發展,DRAM的存儲容量也不斷增加。從最初的千比特(1000比特)內存發展到如今的8千兆比特(80億比特)容量,DRAM已經成為計算機存儲領域的基礎技術。


如今,從人們口袋裡的智能手機到為全球經濟提供支持的超級計算機等各種設備中都可以看到DRAM的身影。而這一切都離不開Dennard的這項偉大發明。通過DRAM技術,普通手機或智能手機能夠輕松存儲多個電影、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著Dennard發明帶來的便利。

2019年,半導體行業協會向Dennard授予業內最高榮譽——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辭中,Dennard回顧IBM當年如何安排他負責將計算機存儲器轉變為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行業和計算機技術發展的裡程碑。作為DRAM(動態隨機存取存儲器)的發明者,他在1968年獲得專利,這一創新奠定現代計算機存儲系統的基礎。


此後,他提出的“登納德縮放比例定律”(現稱“登納德縮放理論”)進一步為半導體行業的發展指明方向,預言晶體管尺寸的縮小將帶來計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,參與一個匯聚全球頂尖科學傢、電氣工程師和物理學傢的知識寶庫。他樂於分享智慧,為後輩工程師提供寶貴的指導。


Dennard 的成就與摩爾定律相互輝映,共同推動半導體行業的“黃金時代”。這一時期見證微處理器頻率的飛速提升和存儲空間的大幅增加,為軟件應用的創新提供強大的硬件支持,形成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 draining too much energy.

Robert H. Dennard 的生平和職業生涯是美國從農業社會向後工業信息社會轉型過程中技術創新和創造力的生動體現。他的貢獻不僅改變半導體行業和計算機技術,也深刻地影響整個社會的運行方式和人們的生活方式。

03

在IBM,Dennard 被稱為“野鴨”

除發明和理論,Dennard 還為公司的研究部門灌輸創新文化,在 IBM 留下自己的印記。從 20世紀 50年代初到 20世紀 70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,芯片速度停滯,成本高昂,技術突破應對泄漏,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 工作經歷:

早年教育與學位

1932年9月5日,Robert H. Dennard出生於美國德克薩斯州的特雷爾。

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,在卡內基梅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DRAM存儲器(動態隨機存取存儲器)。這種存儲器基於“MOS型晶體管+電容結構”,具有能耗低、讀寫速度快且集成度高的特點。

1968年,獲得DRAM的設計專利,這個專利是整個存儲產業的基礎。

縮放理論(登納德縮放比例定律)的提出:

1972年,他提出“縮放理論”(現稱為“登納德縮放比例定律”),為整個半導體行業指明發展道路。這個理論指出,隨著晶體管的尺寸不斷縮小,給定空間中能夠容納的晶體管數量會越來越多,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,當選為美國國傢工程院院士。

1997年,入選美國國傢發明傢名人堂,獲得美國國傢技術與創新獎章和麻省理工學院終身成就獎。

晚年與榮譽:

2013年,被授予久負盛名的京都基礎科學獎。

直至去世(2024年4月23日),他的工作仍對半導體和計算機存儲技術產生深遠影響。

Robert H. Dennard的一生是對科學和技術不懈追求的典范,他的貢獻不僅改變計算機存儲領域,也為整個半導體行業帶來革命性的變革。


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