芯片的前世今生

生活在50年前的人們很難想象今天電子產業驚人的變化：在1960年，一臺價格在1千萬美元左右的電腦體積大小能裝滿整個房子，然而其性能尚且比不上今天價值一千美元的PC!不過，這一切，因為一個小小的電子線路元件而得以改變，這就是集成電路的發明。

在集成電路問世七周年之際，Jack Kilby(杰克·基爾比)曾如此謙遜地評論自己的發明：“這在將來會是不值一提的事情。”時間行進到2008年9月12日，集成電路問世50周年，生活在今天的我們，對這句話的體會更加真切。從孩子們愛不釋手的玩具，到手持無線視頻游戲機，乃至因特網、便攜式電子產品以及圖形計算器等資源，集成電路無處不在。它使得電子產品體積變得更小，更節能、價格更低廉，可以滿足人們的多種需求。

如今，全球各地對集成電路的需求支撐起了每年2500億美元產值的產業，它已經成為因特網、PC、手機乃至整個世界的靈魂和源動力。因此，我們必須感謝Jack Kilby和Robert Noyce和其他很多不知名的科學研究員在發明、改善集成電路所做出的杰出貢獻，以及那些將他們的發明成果轉化為商用的公司，比如德州儀器、英特爾、貝爾實驗室等等。

初創與追逐

20世紀50年代，電子產業剛剛開始使用晶體管、二極管、電阻器等其他配件來代替真空管，但當時電子制造商通常采用的方法是：工程師們需要手工組裝和連接各種晶體管和電阻器以及其他零件，由于人工的靈活性有限，使得組件看起來體積很大。另一方面，由于晶體管數量會隨應用的復雜度而大幅增加，這限制了電路在機器上的數量，并且效率低下，花費昂貴。

在1958年加入德州儀器之前，沒有人知道Jack Kilby所隱藏的巨大潛力，和那些明星工程師比起來，他是如此默默無聞：麻省理工大學的落榜生，后來在美國伊利諾斯大學拿到了一個二流的學位，但因入伍參加二戰而中斷學業。1947年，在密爾沃基的Centralab公司開始了他的工程師生涯，而這也是當時唯一一個愿意接納他的公司。1958年，Jack Kilby加入德州儀器，是為了微型模塊計劃。在德州儀器公司工作后不久，Jack Kilby就意識到，由于公司制造晶體管、電阻器和電容器，對其產品進行重新組裝可能會提供出更有效的微型模塊產品。在那年夏季，當其他同事和領導正在休假的時候，Jack Kilby獨自留了下來，對IF放大器的試驗效果進行思考。

“半導體車間唯一可以以高成本效益方式制造的產品就是半導體。經過進一步思考，我得出這樣的結論，真正需要的實際上就是半導體：電阻器和電容器，具體說來，可以用與有源設備相同的材料來制造。我還認識到，由于所有的部件都可以用一種材料制造，那么可以先在一塊材料上將它們做出來，然后將它們進行互連而形成一條完整的電路。”Jack Kilby回憶當時的經過時說。Jack Kilby發明的第一枚集成電路，是將晶體管、數個電阻、以及一個電容整合在一個約0.5英寸長的鍺基板上，創建了一種更適合機器的理念，從而為機器同時可以兼容三個優點：精密、輕薄和價格低廉。

這個看似不起眼的小小發明卻掀起了半導體產業的全新變革。1958年，美國德州儀器公司展示了全球第一塊集成電路板，這標志著世界從此進入到了集成電路的時代。

從iPod到互聯網，建立在Kilby發明之上的成就比比皆是，但同樣振奮人心的是Kilby看待自己發明時的謙遜態度。他曾經引用1964年諾貝爾物理學獎獲得者Charles Townes的一句名言：當我聽到諸如此類事情的時候，我想起了站在胡佛水壩邊上，海貍對水兔所說的話：“不，這不是我獨自建造的，這不過是建立在我的一個想法之上。”他似乎始終將這樣的觀念銘記于心——當你創造了一項發明的時候，后來者的不斷完善，有時候比你自己的貢獻更為重要。

的確，當時的Kilby并非集成電路上孤獨探索的前行者。1958年，就在Jack Kilby發明了集成電路的基本模式的6個月后，當時的美國仙童公司聯合創始人、后來的英特爾的開山鼻祖Robert Noyce(羅伯特·諾伊斯)提出了一種“半導體設備與鉛結構”模型，在前者的基礎上進行了改善，第一次真正將芯片上的所有部件集成到一片單獨的硅上面。Robert Noyce的方案最終成為集成電路大規模生產中的實用技術。今天，人們對Kilby和Noyce各自的榮譽進行了評價：Kilby創建了基本的模式，開了先河，對集成電路進行了初次加工；而Noyce的發明則在Kilby的設計上進行了改善，并且，無可爭議的，第一次真正將芯片上的所有部件集成到一片單獨的硅上面。Kilby和Robert Noyce都被授予“美國國家科學獎章”。他們被公認為集成電路的共同發明者。

英特爾公司的聯合創始人之一Gordon Moore(戈登·摩爾)也在集成電路的早期發展進程中扮演著重要的角色。除此之外，還有很多卓越的科學家同樣對現代芯片產業做出了杰出貢獻，包括來自貝爾實驗室的晶體管發明者William Shockley(威廉·肖克利)、John Bardeen(約翰·巴丁)、 Walter Brattain(沃特·布拉頓)，他們因此而獲得了1956年的諾貝爾物理學獎，以及后來的索尼公司的研究員Leo Esaki(江崎玲于奈)，他1973年因為發現半導體的穿隧效應而獲得諾貝爾物理學獎。

展望與遠景

芯片產業之父Carver Mead(卡福·米德)曾經在一本關于芯片設計的教科書中如此評價：“集成電路創建了一個新的時代。過去我們處在工業時代，現在我們處在信息時代。集成電路發明做到了這點，他們的發明使得我們從工業時代跨越到信息時代。”

不過，這些都是老生常談了。現代計算機基本上在芯片的基礎上構建起來的，這是否意味著芯片技術探索之路已經走到了盡頭?我們每一代人似乎都在擔心最好的東西已經被前輩發明了，但Mea d以及其他很多觀察者都堅信，雖然不能達到半導體行業早期那種瘋狂增長的速度，集成電路的使用仍將大幅攀升。根據SIA數據，半導體芯片的銷售額已從1976年的34億美元增長到去年的2560億美元。Gartner預測，今年芯片的銷售額將達到2850億美元，到2012年將有望增長到3530億美元。

展望未來50年，對速度的追求，低能耗的要求和對環境污染的擔憂都意味著小小的芯片必須繼續做出新的改變。事實上，從單核到雙核，再到四核、六核，芯片廠商們的多核競賽如火如荼，他們的興趣也從提高時鐘速度轉移到增加單一芯片上面的核心元件數量，而摩爾定律在多核時代也獲得了新生。

芯片產業的巨頭們在推動芯片產業新創造方面依然不余遺力：2008年9月17日，就在集成電路問世50周年當天，德州儀器宣布成立Kilby實驗室(Kilby Labs)，以致力研發突破性半導體技術的創新知識。Kilby Labs座落于的達拉斯北分區，設立這個實驗室的構想來自早期的德儀實驗室。也就是當年Kilby設計出首顆芯片，并從此開啟通往3G手機、便攜式超聲波設備等科技的起源地。

“我們對Kilby Labs的愿景，”德州儀器高級副總裁Gregg Lowe強調，“是將德州儀器在芯片新技術研發方面的經驗，以及對消費者的理解，與新一代創造者的夢想結合起來。”“這項發明起始于1958年，但并沒有就此終止。一切才剛剛開始。”德州儀器全球戰略市場副總裁Mark Denissen說，“通過對諸如能源節約領域的突破性改善，我們希望在Kilby Labs的努力下，幫助所有的新用戶享受到Jack多年前的發明的基礎技術所帶來的成果。”

從某種程度上來說，新實驗室的成立象征著對過去的一種懷念，在那個時候，個人發明家同樣可以做出驚天動地的重大發明。這個新成立的實驗室將會更像一個單獨的機構。擁有各種專長的研究者被鼓勵就同一個項目相互交流，并且可以加盟多樣項目。“我們花了很多時間去思考：究竟何種環境更適合像Jack KHby這樣的科學家去做研究?現在我們有意識的試圖重新營造這種環境。”Gregg Lowe說，“會有什么樣的成果在這個實驗室中出現?我們不得而知。我們也是在暗礁遍布的大海中航行。”

無論是研發新的技術讓醫療保健設備更便攜、運用新的能源、或開發更節能的車輛，全世界的先進實驗室正專注于研發影響深遠的先進芯片。比如，科學家們正試圖用光代替金屬絲或在半導體上物質上儲存更多的數據，更遠的未來，他們將用蛋白質存儲取代記憶芯片，或者是用葉綠素制造出光電細胞。

這或許就是希望所在。