今年是集成電路（IC）發(fā)明60周年，在這風(fēng)風(fēng)雨雨的60個(gè)春秋，集成電路的發(fā)展對(duì)我們的科技有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，如今已經(jīng)成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，集成電路產(chǎn)業(yè)是培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、發(fā)展信息經(jīng)濟(jì)的重要支持，在當(dāng)今社會(huì)生活中發(fā)揮著重要的作用。它的發(fā)展關(guān)乎國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全，是信息社會(huì)發(fā)展的基石，在信息技術(shù)領(lǐng)域中處于核心地位。
然而，偉大的發(fā)明與人物，總會(huì)被歷史驗(yàn)證與牢記，有幾個(gè)人的偉大的人物改變了整個(gè)世界，以及我們的生活方式，這就是亨利·福特、托馬斯·愛(ài)迪生、萊特兄弟，還有集成電路的教父——杰克·基爾比（Jack Kilby）...... 60年前，杰克·基爾比發(fā)明了集成電路，這一發(fā)明奠定了現(xiàn)代微電子技術(shù)的基礎(chǔ)，如果沒(méi)有他的發(fā)明，就不會(huì)有計(jì)算機(jī)的存在，信息化時(shí)代也能只空談。
下面就來(lái)講一講這位偉大的發(fā)明家是如何發(fā)明出這個(gè)神奇的小玩意兒，從而改變了社會(huì)的走向。
60年前，Jack Kilby向少數(shù)幾名聚集在德州儀器半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的同事展示的其實(shí)是一個(gè)并不復(fù)雜的裝置——它僅僅是在一塊鍺片上嵌置了一只晶體管和一些其他的元件。當(dāng)時(shí)在場(chǎng)的人員根本不會(huì)想到，Jack Kilby的發(fā)明，也就是尺寸7/16×1/16英寸的集成電路，將會(huì)在整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)掀起一場(chǎng)革命。
Jack Kilby首次萌生發(fā)明集成電路的設(shè)想是在一個(gè)甚為冷清的實(shí)驗(yàn)室中，該實(shí)驗(yàn)室位于德州儀器新建成的半導(dǎo)體大樓內(nèi)。1958年7月，當(dāng)大部分員工都在享受德州儀器公司為期兩周的傳統(tǒng)假期時(shí)，初來(lái)乍到的Jack Kilby卻無(wú)緣長(zhǎng)假，只能待在車間里獨(dú)自研究。
那么到底是什么讓Jack Kilby開(kāi)始一步步思考深究，并最終發(fā)明出集成電路呢？和其他許多發(fā)明家一樣，Jack Kilby最初只是想要解決問(wèn)題，而他當(dāng)時(shí)要解決的問(wèn)題就是“數(shù)字暴力”。幾乎整個(gè)20世紀(jì)上半葉，電子產(chǎn)業(yè)可以說(shuō)是真空管技術(shù)一枝獨(dú)秀的天下。但真空管卻存在著固有的缺陷，它們易碎、笨重、可靠性低且功耗大，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量。
直至1947年，貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，才解決了真空管存在的問(wèn)題。晶體管的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于真空管，同時(shí)比真空管更加可靠、使用壽命更長(zhǎng)、產(chǎn)生的熱量更少，功耗也更小。借助晶體管，工程師得以設(shè)計(jì)出更加復(fù)雜的電子線路以及包含成千成萬(wàn)相互的獨(dú)立元件，如晶體管、二極管、整流管和電容器等設(shè)備。即便如此，問(wèn)題仍然存在，這些元件還是需要相互連接才能形成電子線路，而完全通過(guò)人工將成千上萬(wàn)個(gè)元件焊接到同樣數(shù)量的電線上，這整個(gè)工序耗時(shí)耗力且成本高昂。又由于每個(gè)焊接接頭都可能出現(xiàn)故障，所以實(shí)際上來(lái)看該裝置也并不可靠。工程師們面臨的挑戰(zhàn)是尋找可靠的高成本效益方式來(lái)生產(chǎn)并將這些元件彼此相連。美國(guó)通信兵團(tuán)提出了一種嘗試性的解決方案，即“微模塊”計(jì)劃。該計(jì)劃的理念是將所有元件的尺寸和外形統(tǒng)一成一模一樣，并將接線內(nèi)嵌至元件中。之后將各個(gè)模塊卡在一起，組成電路，從而省去了連接電線的需要。
藝高人膽大，Jack Kilby的IC之路
1958年，Jack Kilby加入德州儀器時(shí)，公司正在研究“微模塊”計(jì)劃。因?yàn)樵诿軤栁只闹行膶?shí)驗(yàn)室做過(guò)研究，Jack Kilby對(duì)電子產(chǎn)業(yè)所面臨的“數(shù)字暴力”問(wèn)題并不陌生。但他并不認(rèn)為“微模塊”技術(shù)就是萬(wàn)全之策，因?yàn)樗晕唇鉀Q復(fù)雜電路中存在著極大數(shù)量元件的這個(gè)最基本問(wèn)題。因此，Jack Kilby開(kāi)始研究替代性解決方案，并在過(guò)程中發(fā)現(xiàn)唯一能夠讓半導(dǎo)體公司高效利用成本的技術(shù)就是半導(dǎo)體技術(shù)。“細(xì)想之后，我發(fā)現(xiàn)我們真正需要的其實(shí)就是半導(dǎo)體，具體來(lái)說(shuō)，就是電阻器和電容器（無(wú)源元件）可以采用與有源元件（晶體管）相同的材料制造。我還意識(shí)到，既然所有元件都可以用同一塊材料制造，那么這些元件也可以先在同一塊材料上就地制造，再相互連接，最終形成完整的電路。” Jack Kilby在1976年發(fā)表的文章《集成電路的誕生》中寫道。
小試牛刀
Jack Kilby開(kāi)始將所有想法整理記錄下來(lái)，并繪制設(shè)計(jì)草圖。1958年9月12日，包括前德州儀器總裁Mark Shepherd在內(nèi)的數(shù)名高管匯聚一堂，共同見(jiàn)證了Jack Kilby的偉大發(fā)明。他們所見(jiàn)到的是一塊上面帶有突出的電線，并粘在一塊載玻片上的鍺片。該裝置相當(dāng)粗略，但是當(dāng)Jack Kilby按下開(kāi)關(guān)，示波器顯示屏上赫然出現(xiàn)了不間斷的正弦波形。試驗(yàn)證明他的發(fā)明成功了，他徹底解決了此前一直懸而未決的問(wèn)題。
1959年Jack Kilby成功研制出世上第一塊集成電路
Jack Kilby的發(fā)明無(wú)疑是一項(xiàng)重大的突破，不過(guò)，雖然美國(guó)空軍對(duì)德州儀器的集成電路技術(shù)抱有一些興趣，但是整個(gè)行業(yè)仍持懷疑態(tài)度。實(shí)際上，集成電路及其特點(diǎn)“在接下來(lái)幾年的大型技術(shù)大會(huì)上經(jīng)常被當(dāng)成笑料”，Jack Kilby如此寫道。
然而，1961年與1962年，美國(guó)空軍先后在計(jì)算機(jī)及民兵導(dǎo)彈中使用硅晶片，這些項(xiàng)目促使集成電路首次在軍事市場(chǎng)占得一席之地。前德州儀器總裁Patrick E. Haggerty認(rèn)識(shí)到要推進(jìn)集成電路的廣泛運(yùn)用，必須開(kāi)發(fā)一款“模范性產(chǎn)品”。因此，他要求Jack Kilby設(shè)計(jì)一種特殊的計(jì)算器，這種計(jì)算器的功能要絲毫不遜于當(dāng)時(shí)普遍使用的大型機(jī)電桌面型計(jì)算器，同時(shí)尺寸小巧，能夠放入大衣口袋中隨身攜帶。最終Jack Kilby和其他工程師合作發(fā)明出了手持式電子計(jì)算器，成功將集成電路推向市場(chǎng)。
影響深遠(yuǎn)
Jack Kilby發(fā)明的微型芯片影響深遠(yuǎn)，沒(méi)有這項(xiàng)發(fā)明，很多今日人們習(xí)以為常的電子產(chǎn)品就不會(huì)存在。然而，1958年的9月12日，Jack Kilby的集成電路正式取代了晶體管。開(kāi)創(chuàng)了電子技術(shù)歷史的新紀(jì)元，為開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品的各種功能鋪平了道路，并且大幅度降低了成本，使微處理器的出現(xiàn)成為了可能，讓我們現(xiàn)在習(xí)以為常一切電子產(chǎn)品的出現(xiàn)成為可能。
芯片重構(gòu)了通信模式，使得人與人、企業(yè)與企業(yè)，甚至國(guó)家與國(guó)家之間得以通過(guò)各種全新的方式進(jìn)行即時(shí)的信息交換。
沒(méi)有芯片，人類就無(wú)法探索太空，也不可能登上月球。
芯片幫助失聰者重獲聽(tīng)力，也是各種醫(yī)療診斷設(shè)備的“心臟”。
芯片的影響力還延伸至教育、交通、制造和娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)。
直到2000年，集成電路問(wèn)世42年以后，人們才終于了解到它給社會(huì)帶來(lái)的巨大影響和推動(dòng)作用，基爾比因集成電路的發(fā)明被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)基爾比：“為現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。這遲來(lái)42年的諾貝爾獎(jiǎng)對(duì)于基爾比來(lái)說(shuō)實(shí)屬不易，這也許和他只有碩士學(xué)位有關(guān)，另外就是業(yè)界對(duì)于集成電路的發(fā)明是工業(yè)發(fā)明還是科學(xué)發(fā)現(xiàn)一直有爭(zhēng)議。不管怎么說(shuō)，基爾比獲此殊榮當(dāng)之無(wú)愧，集成電路的發(fā)明給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)了翻天覆地的變化。
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2005年6月20日，杰克·基爾比在與癌癥作了艱難的搏斗之后，在德州達(dá)拉斯市的家中與世長(zhǎng)辭，享年81歲。這位集眾多榮譽(yù)于一生的大師，卻始終保持著工程師的樸實(shí)與腳踏實(shí)地的精神，在其一生中，他始終投身于改變?nèi)祟惿畹碾娮影l(fā)明領(lǐng)域，他一生中有六十多項(xiàng)發(fā)明。迄今為止，正全面改造人類的個(gè)人電腦、移動(dòng)電話等3C產(chǎn)品，皆源于他的發(fā)明。
