爱华网作者：匡冬芳
展望未来50年，对速度的追求，低能耗的要求和对环境污染的担忧都意味着小小的芯片必须继续做出新的改变。 生活在50年前的人们很难想象今天电子产业惊人的变化：在1960年，一台价格在１千万美元左右的电脑体积大小能装满整个房子，然而其性能尚且比不上今天价值一千美元的PC！不过，这一切，因为一个小小的电子线路元件而得以改变，这就是集成电路的发明。 在集成电路问世七周年之际，Jack Kilby（杰克·基尔比）曾如此谦逊地评论自己的发明：“这在将来会是不值一提的事情。”时间行进到2008年9月12日，集成电路问世50周年，生活在今天的我们，对这句话的体会更加真切。从孩子们爱不释手的玩具，到手持无线视频游戏机，乃至因特网、便携式电子产品以及图形计算器等资源，集成电路无处不在。它使得电子产品体积变得更小，更节能、价格更低廉，可以满足人们的多种需求。 如今，全球各地对集成电路的需求支撑起了每年2500亿美元产值的产业，它已经成为因特网、PC、手机乃至整个世界的灵魂和源动力。因此，我们必须感谢Jack Kilby和Robert Noyce和其他很多不知名的科学研究员在发明、改善集成电路所做出的杰出贡献，以及那些将他们的发明成果转化为商用的公司，比如德州仪器、英特尔、贝尔实验室等等。 初创与追逐 20世纪50年代，电子产业刚刚开始使用晶体管、二极管、电阻器等其他配件来代替真空管，但当时电子制造商通常采用的方法是：工程师们需要手工组装和连接各种晶体管和电阻器以及其他零件，由于人工的灵活性有限，使得组件看起来体积很大。另一方面，由于晶体管数量会随应用的复杂度而大幅增加，这限制了电路在机器上的数量，并且效率低下，花费昂贵。 在1958年加入德州仪器之前，没有人知道Jack Kilby所隐藏的巨大潜力，和那些明星工程师比起来，他是如此默默无闻：麻省理工大学的落榜生，后来在美国伊利诺斯大学拿到了一个二流的学位，但因入伍参加二战而中断学业。1947年，在密尔沃基的Centralab公司开始了他的工程师生涯，而这也是当时唯一一个愿意接纳他的公司。1958年，Jack Kilby加入德州仪器，是为了微型模块计划。在德州仪器公司工作后不久，Jack Kilby就意识到，由于公司制造晶体管、电阻器和电容器，对其产品进行重新组装可能会提供出更有效的微型模块产品。在那年夏季，当其他同事和领导正在休假的时候，Jack Kilby独自留了下来，对IF放大器的试验效果进行思考。 “半导体车间唯一可以以高成本效益方式制造的产品就是半导体。经过进一步思考，我得出这样的结论，真正需要的实际上就是半导体：电阻器和电容器，具体说来，可以用与有源设备相同的材料来制造。我还认识到，由于所有的部件都可以用一种材料制造，那么可以先在一块材料上将它们做出来，然后将它们进行互连而形成一条完整的电路。”Jack Kilby回忆当时的经过时说。Jack Kilby发明的第一枚集成电路，是将晶体管、数个电阻、以及一个电容整合在一个约0.5英寸长的锗基板上，创建了一种更适合机器的理念，从而为机器同时可以兼容三个优点：精密、轻薄和价格低廉。 这个看似不起眼的小小发明却掀起了半导体产业的全新变革。1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。 从iPod到互联网，建立在Kilby发明之上的成就比比皆是，但同样振奋人心的是Kilby看待自己发明时的谦逊态度。他曾经引用1964年诺贝尔物理学奖获得者Charles Townes的一句名言：当我听到诸如此类事情的时候，我想起了站在胡佛水坝边上，海狸对水兔所说的话：“不，这不是我独自建造的，这不过是建立在我的一个想法之上。”他似乎始终将这样的观念铭记于心—当你创造了一项发明的时候，后来者的不断完善，有时候比你自己的贡献更为重要。 的确，当时的Kilby并非集成电路上孤独探索的前行者。1958年，就在Jack Kilby发明了集成电路的基本模式的６个月后，当时的美国仙童公司联合创始人、后来的英特尔的开山鼻祖Robert Noyce（罗伯特·诺伊斯）提出了一种“半导体设备与铅结构”模型，在前者的基础上进行了改善，第一次真正将芯片上的所有部件集成到一片单独的硅上面。Robert Noyce的方案最终成为集成电路大规模生产中的实用技术。今天，人们对Kilby和Noyce各自的荣誉进行了评价：Kilby创建了基本的模式，开了先河，约傻缏方辛顺醮渭庸ぃ欢鳱oyce的发明则在Kilby的设计上进行了改善，并且，无可争议的，第一次真正将芯片上的所有部件集成到一片单独的硅上面。Kilby和Robert Noyce都被授予“美国国家科学奖章”。他们被公认为集成电路的共同发明者。 英特尔公司的联合创始人之一Gordon Moore(戈登·摩尔)也在集成电路的早期发展进程中扮演着重要的角色。除此之外，还有很多卓越的科学家同样对现代芯片产业做出了杰出贡献，包括来自贝尔实验室的晶体管发明者William Shockley(威廉·肖克利)、John Bardeen(约翰·巴丁) 、 Walter Brattain(沃特·布拉顿)，他们因此而获得了1956年的诺贝尔物理学奖，以及后来的索尼公司的研究员Leo Esaki（江崎玲于奈），他1973年因为发现半导体的穿隧效应而获得诺贝尔物理学奖。
展望与远景 芯片产业之父Carver Mead（卡福·米德）曾经在一本关于芯片设计的教科书中如此评价:“集成电路创建了一个新的时代。过去我们处在工业时代，现在我们处在信息时代。集成电路发明做到了这点，他们的发明使得我们从工业时代跨越到信息时代。” 不过，这些都是老生常谈了。现代计算机基本上在芯片的基础上构建起来的，这是否意味着芯片技术探索之路已经走到了尽头？我们每一代人似乎都在担心最好的东西已经被前辈发明了，但Mead以及其他很多观察者都坚信，虽然不能达到半导体行业早期那种疯狂增长的速度，集成电路的使用仍将大幅攀升。根据SIA数据，半导体芯片的销售额已从1976年的34亿美元增长到去年的2560亿美元。Gartner预测，今年芯片的销售额将达到2850亿美元，到2012年将有望增长到3530亿美元。 展望未来50年，对速度的追求，低能耗的要求和对环境污染的担忧都意味着小小的芯片必须继续做出新的改变。事实上，从单核到双核，再到四核、六核，芯片厂商们的多核竞赛如火如荼，他们的兴趣也从提高时钟速度转移到增加单一芯片上面的核心元件数量，而摩尔定律在多核时代也获得了新生。 芯片产业的巨头们在推动芯片产业新创造方面依然不余遗力：2008年9月17日，就在集成电路问世50周年当天，德州仪器宣布成立Kilby实验室 (Kilby Labs)，以致力研发突破性半导体技术的创新知识。Kilby Labs座落于的达拉斯北分区，设立这个实验室的构想来自早期的德仪实验室。也就是当年Kilby设计出首颗芯片，并从此开启通往3G手机、便携式超声波设备等科技的起源地。 “我们对Kilby Labs的愿景，” 德州仪器高级副总裁Gregg Lowe强调，“是将德州仪器在芯片新技术研发方面的经验，以及对消费者的理解，与新一代创造者的梦想结合起来。” “这项发明起始于1958年，但并没有就此终止。一切才刚刚开始。”德州仪器全球战略市场副总裁Mark Denissen说，“通过对诸如能源节约领域的突破性改善，我们希望在Kilby Labs的努力下，帮助所有的新用户享受到Jack多年前的发明的基础技术所带来的成果。” 从某种程度上来说，新实验室的成立象征着对过去的一种怀念，在那个时候，个人发明家同样可以做出惊天动地的重大发明。这个新成立的实验室将会更像一个单独的机构。拥有各种专长的研究者被鼓励就同一个项目相互交流，并且可以加盟多样项目。“我们花了很多时间去思考：究竟何种环境更适合像Jack Kilby这样的科学家去做研究？现在我们有意识的试图重新营造这种环境。” Gregg Lowe说，“会有什么样的成果在这个实验室中出现？我们不得而知。我们也是在暗礁遍布的大海中航行。” 无论是研发新的技术让医疗保健设备更便携、运用新的能源、或开发更节能的车辆，全世界的先进实验室正专注于研发影响深远的先进芯片。比如,科学家们正试图用光代替金属丝或在半导体上物质上储存更多的数据，更远的未来，他们将用蛋白质存储取代记忆芯片，或者是用叶绿素制造出光电细胞。 这或许就是希望所在。
