來源：内容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自all about circuit，謝謝。

智能手機無處不在。平闆電腦很常見。筆記本電腦也正在繼續取代台式機。複雜計算設備的小型化是我們生活的基本特征，并且多年來一直如此。

随着真空管和房間大小的計算機的時代越來越深入到我們集體記憶的模糊深處，我們最好考慮一下那些勤奮、聰明和獨創性使數字革命成為可能的工程師。Robert Dennard 就是其中一位工程師。

從學生到 IBM 研究員

Robert H. Dennard 于 1932 年出生于德克薩斯州的特雷爾。他就讀于達拉斯的南衛理公會大學，獲得電氣工程學士學位和碩士學位。然後，他繼續在卡内基理工學院（現為卡内基梅隆大學）攻讀博士學位。

Dennard 于 1958 年完成博士學位。同年，他加入 IBM 擔任研究工程師，開始研究新的邏輯和數據存儲電路。

羅伯特·H·丹納德。圖片由IBM提供

在 IBM 的早期，他可能從未想過五十年後，他會在同一家公司工作并在同一領域進行研究——使用由他發明的數字存儲電路制成的個人計算機！

單晶體管存儲單元

1966 年，在 IBM 的 Thomas J. Watson 研究中心探索基于半導體的磁性數據存儲設備替代方案時，Dennard 開發了這種電路，他的名字現已永久銘刻在微電子和數字計算系統的曆史上。

他的成就的本質是：他的新架構使用一個晶體管（和一個電容器）來存儲一位數據；之前的架構需要六個晶體管。

SRAM 與 DRAM

數字計算系統需要内存，即在輸入狀态不再存在後能夠“記住”（并再現）給定輸入狀态的電路。基本邏輯門（AND、OR、XOR 等）以及基本邏輯門的标準前饋組合不能以這種方式運行：當輸入信号發生變化時，輸出信号會立即響應。

然而，當邏輯門在反饋配置中互連時，它們可以用作存儲元件。下圖描繪了一個基本的存儲電路，稱為鎖存器，由兩個反饋連接的或非門組成。

SR鎖存器的邏輯圖

當 Dennard 首次制定單晶體管方法時，IBM 的研究工程師正在研究六晶體管存儲單元。六晶體管配置仍然有用；它現在被稱為“靜态”随機存取存儲器 (SRAM)，因為隻要為電路供電，存儲的位值就穩定。

可以存儲一位數據的六晶體管電路。

雖然有效且概念上簡單明了，但 SRAM 是高密度數據存儲的障礙。Dennard 的突破是實現了邏輯電壓可以由普通電容器臨時存儲，并且這種臨時存儲可以通過定期刷新電容器來無限期地延長。

這種洞察力使 Dennard 發明了動态 RAM (DRAM)。與靜态 RAM 相比，動态 RAM 通過固有的不穩定機制存儲數據。為了充當計算機系統的存儲器，DRAM 單元需要持續供電和由輔助邏輯電路實現的持續刷新。

如下圖所示，DRAM 單元中的電容器通過場效應晶體管 (FET) 充電或放電，場效應晶體管 (FET) 由内存模塊的讀/寫控制信号之一選通。

Dennard 的 DRAM 架構允許一位數據由一個較小的電路存儲，該電路僅包含一個晶體管和一個電容器。

當 FET 被切斷時，它對電容器呈現高阻抗，電容器仍然會經曆洩漏放電，但仍然可以保持足夠的電壓直到下一次刷新。當 FET 被驅動導通時，電容器通過低阻抗連接到位線，位線要麼感測電容器的電壓（用于讀取操作），要麼将電容器的電壓驅動到所需的邏輯狀态（用于寫入操作）。

這種新的 RAM 架構顯着提高了内存密度，因此有助于數字計算系統的快速發展。約翰·馬爾科夫 (John Markoff)發表在 IBM 的 THINK 博客上的一篇文章說得很好：丹納德的發明“成為重塑人類社會的行業的基礎技術”。

摩爾定律和Dennard縮放

盡管最重要的是他的單晶體管存儲單元，但羅伯特·丹納德 (Robert Dennard) 還擁有另一個工程聲譽：他是 MOSFET 縮放方程的主要開發者，該方程成為摩爾定律的理論基礎。這一著名的微電子“定律”——由英特爾聯合創始人戈登·摩爾制定——描述了與集成電路中晶體管密度穩步增加有關的趨勢。

MOSFET 比例關系來自 Dennard 1974 年的開創性論文，題為“Design of Ion-Implanted MOSFET's with Very Small Physical Dimensions”。圖片由 奧本大學提供

摩爾定律本質上是一個粗略的預測，後來變成了觀察到的現實。相比之下，Dennard 的工作披露了 MOSFET 尺寸與基本電氣和制造參數之間的特定數學關系。這些關系于 1974 年出版，統稱為 Dennard scaling，這些關系成為集成電路技術發展的關鍵指導原則。

“态度決定一切”

動态 RAM 和 MOSFET 縮放絕不是 Dennard 作為研究工程師的漫長而卓有成效的職業生涯的充分總結。其實他擁有 40 多項專利，衆多技術出版物的作者，榮獲了EEE 愛迪生獎章、本傑明富蘭克林電氣工程獎章、IEEE 榮譽獎章等獲得者。Dennard 為他的工作帶來了才華、勤奮和創造力，并最終在現代技術的發展中創造了一個轉折點。

丹納德在他的卧室裡張貼了一句警句“态度就是一切”，他每天都會在那裡看到它。在獲得京都先進技術獎的獲獎感言中，他堅稱态度“是釋放創造力的關鍵。很多人有智慧，很多人有準備，有些人在正确的時間出現在正确的地點，隻有少數人意識到他們有使命和能力對我們的世界産生重大影響。”

現代社會面臨着層出不窮的新問題，我們一直需要新的解決方案。羅伯特·丹納德 (Robert Dennard) 的事業鼓舞了所有為人類家庭尋求更光明未來的人，他的話應該提醒我們，我們的态度——而不是智力、教育或物質資源——可能被證明是人類生活的最大障礙。豐富而持久的成就。

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