“芯片之父”杰克·基爾比

楊義先　鈕心忻

2000年，杰克·基爾比因發(fā)明了集成電路被授予諾貝爾物理學(xué)獎。諾獎評審委員會評價他“為現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”，《洛杉磯時報》評選他為“20世紀對美國經(jīng)濟最有影響的50人”之首。

他被稱為“芯片之父”。人們盛贊他“點燃了一個信息時代”，做出了“20世紀下半葉最有價值的發(fā)明”，革新了電子工業(yè)，奠定了第三次工業(yè)革命的技術(shù)基礎(chǔ)，改變了人類的生活方式。

當(dāng)瑞典國王將2000年的諾貝爾物理學(xué)獎頒給杰克·基爾比，以獎勵他在42年前發(fā)明首枚芯片時，這位時年77歲的老人一點也不買賬，他聲稱自己只是一位普通的工程師，最多算是發(fā)明家。他坦陳自己既不懂物理，更不是科學(xué)家。

杰克·基爾比還真稱不上物理學(xué)家，畢竟他并非出身于學(xué)術(shù)殿堂，也從未發(fā)現(xiàn)過任何科學(xué)規(guī)律，更沒思考過什么科學(xué)問題，甚至連一篇像樣的科學(xué)論文也沒發(fā)表過，只是擁有六十余項專利而已。不過，他確實是一名相當(dāng)有成就的工程師。

他說：“我知道這項發(fā)明很重要，但從來沒意識到它會這么重要，更未想到它會得到如此廣泛的應(yīng)用。”如今回過頭再看時，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)初他發(fā)明芯片的思路和方法并不復(fù)雜，但是他發(fā)揮了創(chuàng)造性思維，抓住了問題的核心，把數(shù)學(xué)技巧用在了解決實際工程問題上。

其實，就在他發(fā)明首款芯片僅僅幾個月后，億萬富翁、科學(xué)家、仙童半導(dǎo)體公司的羅伯特·諾伊斯發(fā)明了更先進、更強大、更實用的硅芯片，更早投入了商業(yè)領(lǐng)域。這也是為什么諾伊斯始終不服氣，想通過法律手段，甚至不惜花費10年工夫打官司，為自己爭取“芯片之父”的榮譽。只可惜諾伊斯于1990年去世了，從而與諾貝爾獎擦肩而過。

杰克·基爾比在發(fā)表獲獎感言時嘆息道：“要是諾伊斯還活著的話，他肯定會和我共同分享此獎。”后人公認，基爾比和諾伊斯是芯片的共同發(fā)明人。

1923年11月8日，杰克·基爾比以長子身份誕生于美國堪薩斯州杰弗遜城的一個普通家庭。他的父親是一位優(yōu)秀的電氣工程師，還擁有一家小型電力公司?；鶢柋葟男【徒?jīng)常懷著崇敬的心情看著爸爸在發(fā)電廠里搗鼓各種發(fā)電和輸電設(shè)備。他覺得非常好玩，立志要像爸爸那樣，也成為一名電氣工程師。

基爾比在學(xué)校成績一般。1941年，基爾比高中畢業(yè)。他本想進入美國最好的工學(xué)院——麻省理工學(xué)院，希望以后成為一名出色的工程師?？墒?，最后他以3分之差被拒，只能勉強進入父母的母校伊利諾伊大學(xué)讀本科。入學(xué)后不久，珍珠港事件爆發(fā)，基爾比應(yīng)召入伍，在印緬戰(zhàn)場待了數(shù)年，成了一名無線電通信設(shè)備維修員。

戰(zhàn)后，基爾比回到伊利諾伊大學(xué)，繼續(xù)讀電子工程專業(yè)。當(dāng)時的許多教授曾是在戰(zhàn)爭中實際使用過雷達和無線電設(shè)備的軍人，他們的動手操作能力很強，非常重視解決實際問題。教授們的工程思維對基爾比產(chǎn)生了很大的影響，所以，他對當(dāng)時的微型電路工藝非常清楚。

24歲那年，基爾比從伊利諾伊大學(xué)畢業(yè)，獲得了電子工程學(xué)士學(xué)位。正是在這一年，美國貝爾實驗室發(fā)明了晶體管。這意味著基爾比在整個大學(xué)期間所學(xué)的主要知識（電子管技術(shù)等）已過時。

不過，即使用當(dāng)時最先進的晶體管，組裝出來的設(shè)備仍然十分笨重，完全不適于大規(guī)模應(yīng)用，還有許多小型化甚至微型化的制造工藝問題需要解決。此外，當(dāng)時晶體管的成本很高，很難普及。為此，基爾比懷著對晶體管技術(shù)的濃厚興趣，就職于威斯康星州的中心實驗室。在此期間，他掌握了當(dāng)時最先進的印制電路工藝。更為重要的是，他在這里完成了發(fā)明芯片所需的準(zhǔn)備工作。

其次，他利用業(yè)余時間參加威斯康星大學(xué)的電子工程學(xué)碩士班夜校，閱讀了大量介紹微型化電路的論文，全面學(xué)習(xí)了晶體管知識，堅定了晶體管是電子線路中最好的器件的信念。他還在1950年獲得了碩士學(xué)位。

英國雷達研究所的達默于1952年提出了集成電路的理論構(gòu)想，即把電子線路所需要的晶體管、二極管和其他元器件全部制作在同一塊半導(dǎo)體上。但如何從工藝上將其變成現(xiàn)實呢？當(dāng)時的產(chǎn)學(xué)研各界展開了激烈競爭，誰都想拔得頭籌成為芯片的首位發(fā)明人。隨著時代的發(fā)展，微電子技術(shù)的概念正迅速從科學(xué)理論轉(zhuǎn)變成工程思維。

集成電路已呼之欲出，研制微型電路的夢想在基爾比的心中更是越來越強烈。此時，他卻發(fā)現(xiàn)自己所在的貝爾實驗室已無法幫助自己實現(xiàn)夢想了。老板不想在硅課題上投資，因為硅工藝的造價確實太高?；鶢柋葓孕?，只有硅才是未來的電子材料，只有硅晶體管才是未來。1958年5月，基爾比跳槽到了德州儀器（TI）公司。這家公司愿意支持他研究“電子器件微型化”課題，并答應(yīng)給他提供足夠的時間和不錯的條件。在剛剛?cè)肼殐蓚€月后，一個天才的想法在他的腦海里漸漸清晰起來：采用相同材料，同時制造無源元件（電阻、電容）和有源器件（晶體管）；這些元器件還可以事先在同一塊材料上造好，再相互連接，然后形成完整的電路。

用什么當(dāng)作“同一塊材料”呢？基爾比當(dāng)然選擇了半導(dǎo)體硅。硅廣泛存在于巖石、沙礫和塵土中，是地殼中含量第二豐富的元素。

有關(guān)芯片發(fā)明的細節(jié)，基爾比幾乎在一天之內(nèi)就完成了。1958年7月24日，他將發(fā)明思路整理成了只有5頁的實驗日志，并畫出了相關(guān)設(shè)計圖紙和工藝流程?；鶢柋鹊膭?chuàng)意是利用單獨的一塊硅片做出完整的電路，如此便能將電路縮小到極致。

當(dāng)時，大家對這項發(fā)明的重要性都相當(dāng)認可。1958年8月28日，基爾比完成了關(guān)鍵部件。9月12日，TI公司的眾多主管懷著激動而緊張的心情圍住基爾比，見證了試驗的成功。人類歷史上第一塊芯片終于誕生了！TI公司馬上向全球宣布了這一振奮人心的喜訊，基爾比立即啟動了專利搶注工作。幸好他搶注得快，否則在隨后與諾伊斯打官司時就被動了。1958年9月12日被視為芯片的誕生日，它揭開了信息革命的序幕，開創(chuàng)了歷史新紀元，宣告了硅時代的來臨。

發(fā)明芯片后，基爾比還做了許多其他有意義的發(fā)明和創(chuàng)造工作。1966年，他研制出了第一臺袖珍計算器。后來，他又發(fā)明了一種硅質(zhì)太陽能裝置，但未得到市場認可。

有趣的是，基爾比雖然研制了許多電子設(shè)備，但他從不使用它們。計算時，他堅持只用計算尺；計時時，他拒絕用電子表，而只用傳統(tǒng)的手表。此外，他始終認定自己只是一個解決問題的工程師，對他來說解決問題比掙錢更重要。他甚至承認“對于那些用錢就能解決的問題，自己缺乏想象力”。只要能做自己喜歡的事情，他就心滿意足了。在生活方面，他也沒啥追求。一輛汽車用了數(shù)十年，即使已破爛不堪，他也舍不得淘汰，仍將其放在車庫里備用。

（摘自人民郵電出版社《通信那些事兒》）