树为什么是非线性结构:集成电路发明50周年-那些不能忘却的人和事

引言

50年前，杰克·基尔比发明了集成电路，这一发明奠定了现代微电子技术的基础，如果没有他的发明，就不会有计算机的存在，信息化时代也能只空谈。50年过去了，谁能够想象到现在这些小小的芯片已经影响了整个人类社会，渗透到我们每一天的生活。2008年９月12日是集成电路发明50周年纪念日，50年来那些改变着人类社会里程碑式的人还有事历历在目，难以忘却。

一 杰克 基尔比（Jack S. Kilby） 集成电路之父

1947年12月23日第一块晶体管在贝尔实验室诞生，从此人类步入了飞速发展的电子时代。但是对于从小就对电子技术感兴趣的基尔比来说可不见得是件好的事情：晶体管的发明宣布了基尔比在大学里选修的电子管技术课程全部作废。但是这并没有消减这个年轻人对电子技术的热情，反而更加坚定了他的道路。

也许这就是天意，在晶体管发明十年后的1958年，34岁的基尔比加入德州仪器公司。说起当初为何选择德州仪器，基尔比轻描淡写道：“因为它是惟一允许我差不多把全部时间用于研究电子器件微型化的公司，给我提供了大量的时间和不错的实验条件。”也正是德州仪器这一温室，孕育了基尔比无与伦比的成就。

虽然那个时代的工程师们因为晶体管发明而备受鼓舞，开始尝试设计高速计算机，但是问题还没有完全解决：由晶体管组装的电子设备还是太笨重了，工程师们设计的电路需要几英里长的线路还有上百万个的焊点组成，建造它的难度可想而知。至于个人拥有计算机，更是一个遥不可及的梦想。针对这一情况，基尔比提出了一个大胆的设想：“能不能将电阻、电容、晶体管等电子元器件都安置在一个半导体单片上？”这样整个电路的体积将会大大缩小，于是这个新来的工程师开始尝试一个叫做相位转换振荡器的简易集成电路。

1958年9月12日，基尔比研制出世界上第一块集成电路，成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想，并通过了德州仪器公司高层管理人员的检查。请记住这一天，集成电路取代了晶体管，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，使微处理器的出现成为了可能，开创了电子技术历史的新纪元，让我们现在习以为常一切电子产品的出现成为可能。

伟大的发明与人物总会被历史验证与牢记，2000年基尔比因为发明集成电路而获得当年的诺贝尔物理学奖。这份殊荣，经过四十二年的检验显得愈发珍贵，更是整个人类对基尔比伟大发明的充分认可。诺贝尔奖评审委员会的评价很简单：“为现代信息技术奠定了基础”。

“我认为，有几个人的工作改变了整个世界，以及我们的生活方式——亨利·福特、托马斯·爱迪生、莱特兄弟，还有杰克·基尔比。如果说有一项发明不仅革新了我们的工业，并且改变了我们生活的世界，那就是杰克发明的集成电路。”或许德州仪器公司董事会主席汤姆·恩吉布斯的评价是对基尔比贡献最简洁有力的注解，现在基尔比的照片和爱迪生的照片一起悬挂在国家发明家荣誉厅内。

二 罗伯特 诺伊斯（Robert Noyce）：科学、商业双料巨人

罗伯特?诺伊斯，是一位科学界和商业界的奇才。他在基尔比的基础上发明了可商业生产的集成电路，使半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。同时，还共同创办了两家硅谷最伟大的公司：一个是曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司，一个是当今世界上最大设计和生产半导体的科技巨擎英特尔公司。

生活在美国大萧条时代的罗伯特?诺伊斯向来奉行“自己动手”，12岁的时候，他与二哥自造了一架悬挂式滑翔机。13岁的时候，他们用家里洗衣机淘汰的旧汽油发动机造出了一辆汽车。甚至还同朋友一起造出了一台粗糙的无线电收发两用机，互相发信息。当然诺伊斯这一生最大的发明，还属可商业生产的集成电路。

1959年7月，诺伊斯研究出一种二氧化硅的扩散技术和PN结的隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出铝条连线，使元件和导线合成一体，从而为半导体集成电路的平面制作工艺、为工业大批量生产奠定了坚实的基础。与基尔比在锗晶片上研制集成电路不同，诺伊斯把眼光直接盯住硅－地球上含量最丰富之一的元素，商业化价值更大，成本更低。自此大量的半导体器件被制造并商用，风险投资开始出现，半导体初创公司涌现，更多功能更强、结构更复杂的集成电路被发明，半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。

当然在这个“商用时代”还诞生了诺伊斯最大的成就：1968年诺伊斯离开了曾经有半导体行业“黄埔军校”之称的-仙童(Fairchild)公司（孕育出包括英特尔、AMD、美国国家半导体等当今半导体行业著名公司）与戈登-摩尔、安迪-格罗夫同创建了英特尔（Intel）。

1971年，诺伊斯所在的Intel成功地在一块12平方毫米的芯片上集成了2300个晶体管，制成了一款包括运算器、控制器在内的可编程序运算芯片，也就是我们现在所说的中央处理单元（CPU），又称微处理器，这也是世界上第一款微处理器——4004。开始了英特尔（Intel）飞速发展，从1968年的收入为零直到今天超过三百五十亿美金营业额。

一个人同时置身科学界和企业界，最终还能功德圆满，实属罕见，而诺伊斯却做到了，他已经成为半导体工业的象征人物，人们尊敬的称他为：“硅谷市长”。这位“硅谷市长”的成就也成为半导体行业工程师日夜奋斗的目标。

三 戈登 摩尔（Gordon Moore）： 一个人一个行业的定律

在今天的IT行业有一个神话，这个神话就是一条定律把一个企业带到成功的巅峰，这个定律就是“摩尔定律”，而这个企业就是Intel。这个定律的发现者不是别人，正是世界CPU市场霸主Intel公司的创始人之一的戈登·摩尔。

1929年1月3日，戈登·摩尔出生在距离旧金山南部的一个小镇，1954年获物理化学博士学位，1956年同诺伊斯一起创办了传奇般的仙童(Fairchild)公司，主要负责技术研发。1968年在诺伊斯辞职后，戈登·摩尔跟随而去一起创办了Intel,1975年成为公司总裁兼CEO。

1965年，有一天摩尔离开硅晶体车间坐下来，拿了一把尺子和一张纸，画了个草图。纵轴代表不断发展的芯片，横轴为时间，结果是很有规律的几何增长。这一发现发表在当年第35期《电子》杂志上。这篇不经意之作也是迄今为止半导体历史上最具意义的论文。摩尔指出：微处理器芯片的电路密度，以及它潜在的计算能力，每隔一年翻番。这也就是后来闻名于IT界的“摩尔定律”的雏形。为了使这个描述更精确，1975年，摩尔做了一些修正，将翻番的时间从一年调整为两年。实际上，后来更准确的时间是两者的平均：18个月。"摩尔定律"不是一条简明的自然科学定律，尊它为发展方针的英特尔公司，更是取得了巨大的商业成功，而微处理器也成了摩尔定律的最佳体现，也带着摩尔本人的名望和财富每隔18个月翻一番。

当时，集成电路问世才6年。摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔当时的预测听起来好像是科幻小说；此后也不断有技术专家认为芯片集成“已经到顶”。但事实证明，摩尔的预言是准确的，遵循着摩尔定律目前最先进的集成电路已含有超过17亿个晶体管。

摩尔定律的伟大不仅仅是促成了英特尔巨大的商业成功，半导体行业的工程师们遵循着这一定律，不仅每１８个月将晶体管的数量翻一翻，更是意味着同样性能的芯片每18个月体积就可以缩小一半，成本减少一半。也可以说是因为摩尔定律让我们生活中的电子产品性能越来越强大，体积越来越轻薄小巧，价格越来越低廉。

1900年已经退休的摩尔从美国前总统布什的手中接过了美国技术奖。今天，他的名字就像他提出的“摩尔定律”一样，响彻在半导体行业每个人的心中。摩尔定律就像一股不可抗拒的自然力量，统治了硅谷乃至全球计算机业整整三十多年。

四 安迪 格罗夫(Andy Grove) 微处理器之王狂妄的匈牙利人

“Only the paranoid survive．”只有偏执狂才能生存。说这句话正是安迪·格罗夫。

还记得没有电脑之前的生活吗？可以这样说，没有英特尔的微处理器，就算一万个年少轻狂才华横溢的比尔·盖茨也无济于事。从1987年接过英特尔的ＣＥＯ接力棒之后，他不断以打破传统、挑战现有逻辑的战略思维，使微处理器这颗数字革命的心脏强劲跳动，为数字时代提供源源不断的动力。同样地，没有安迪·格罗夫，也就没有今天最成功的半导体公司英特尔。

进入20世纪80年代，随着美国经济的衰退与日本人咄咄逼人的攻势，英特尔公司最终储存业务陷入了重重困境，财务周转失灵，库存积压成山。

1986年格罗夫提出的新的口号“英特尔，微处理器公司”，毅然舍弃储存业务把英特尔的主营业务转到微处理器上去。正是这个决策让英特尔顺利地穿越了存储器劫难的死亡之谷，使英特尔从一个二流的DRAM厂商转变为一个垄断性的CPU厂商。

同年英特尔推出386系列处理器，又相继推出486，奔腾系列中央处理器，处理器的性能越来越强大，速度越来越快，甚至不再是简单的单个核心，双核、四核的处理器逐渐步入人们生活，个人电脑时代来临了。印有“Intel Inside”品牌标志的处理器成了世界上80%计算机的心脏，“IntelInside”一度成为本产业的黄金标准响彻全球也在改变着世界。

五 张忠谋 新行业机构的缔造者

一个人定义了一个产业，一个人开创了一个新的代工时代，一个人让整个集成电路行业更有活力，这个人就是张忠谋。

27岁的张忠谋效力于德州仪器公司，并且一干就是25年。1985年，受台湾方面邀请，张忠谋辞去在美国的高薪职位返回台湾，出任台湾工业技术研究院院长，致力于台湾半导体业的崛起和产业升级，1987创建了全球第一家专业代工公司——台湾积体电路制造股份有限公司（台积电）开创了半导体代工时代。

在台积电之前集成电路行业的模式都是一样的：所有的集成电路都是自己设计自己做，Intel、三星等公司集芯片设计和生产于一体，全能但庞大臃肿。正是这种大而全的设计生产方式，带来了高成本，高门槛的弊端，放慢了整个集成电路行业的步伐。

看到这一商业机会的张忠谋，大胆成为第一家“纯”晶圆代工公司，不与客户竞争，不设计或生产自有集成电路，只帮助半导体公司生产已经设计成型的集成电路。正是这种模式为台积电带来巨大财富的同时也创造了两个新的行业－晶圆代工厂，Fabless（无生产线集成电路设计公司）。由于省去了费用高昂的晶圆制造环节，集成电路行业整体门槛降低，诞生了一大批新生的具有活力的集成电路设计公司，为整个集成电路行业带来了新活力与创意。

2007年，英特尔宣布与台积电同时生产45纳米工艺的芯片。这标志着台积电在技术提高方面如此可靠，以至于像英特尔这样的国际性大芯片公司都决定停止或放缓自己生产技术的发展步伐，把更多的精力放在技术研发领域。同时传统芯片公司NXP和德州仪器公司也宣布，将停止开发一些芯片生产技术，转而与台积电等亚洲晶圆代工企业制造芯片，集成电路细分工时代全面到来，一个崭新的更具活力的集成电路行业展现在我们面前。

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我的看法：

摩尔定律实际上是把硬件开发速度设定为类似于软件固定版本模式，同时也给相关产业链下游以穩定的配合时间，变成一种对未来多年的绩效考核方式，强制以定律或者祖训模式推动团队进步，也是英特尔至今保持优势地位的重要因素。

张忠谋部分，把代工这么一个本来该是制造业末流的搞成这么声名显赫，本身就是种不凡本事。