和開拓者的靈魂一起踏上芯片之旅

MOS 場效晶體管是誰發(fā)明的？一次，我和微電子學(xué)的研究生聚餐，在酒酣耳熱之際，我隨口問了一句。

在我看來，這個問題對于微電子學(xué)專業(yè)的學(xué)生是基本常識，因為如今芯片中99% 的晶體管都是MOS 場效晶體管。普通人不了解沒關(guān)系，但在座的是微電子學(xué)專業(yè)的，應(yīng)該張口即來。

然而，這個問題一提出，餐桌上熱鬧的場面一下子安靜了下來，沒有人接話。安靜了幾秒鐘后，我把話題引向了MOS 場效晶體管的歷史背景，然后又講起了它的發(fā)明過程。后，當(dāng)我講到它的發(fā)明人遭受公司打壓、不被準(zhǔn)許發(fā)表論文、項目組被撤、后被迫出走的不幸遭遇時，學(xué)生們面露驚訝，這跟他們想象中的情景很不一樣。

我看學(xué)生們意猶未盡，就趁機(jī)講了幾個其他芯片發(fā)明的案例, 包括中央處理器（簡稱CPU）、藍(lán)色發(fā)光二極管（簡稱藍(lán)光LED）、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（簡稱DRAM）等。

后我總結(jié)道，這些發(fā)明都有一個共同點，雖然它們屬于重大原始創(chuàng)新，但在剛面世時都遭到了業(yè)界的質(zhì)疑和抵制，差點夭折。

而且這些并不是個例，浮柵晶體管、異質(zhì)結(jié)、絕緣柵雙極型晶體管（簡稱IGBT）、微機(jī)電系統(tǒng)（簡稱MEMS）、浸沒式光刻等重大發(fā)明都遭到過抵制。而如今，這些差點被拋棄的技術(shù)正在幫人們上網(wǎng)沖浪、存儲數(shù)碼照片、播放視頻、驅(qū)動電動汽車、撞車時得到安全氣囊的保護(hù)、檢測核酸序列、照亮黑夜……

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為什么這些發(fā)明在一開始都不受待見呢？芯片的發(fā)展離不開持續(xù)的創(chuàng)新和超越，然而創(chuàng)新越大，對傳統(tǒng)的叛逆和顛覆也越大，因而遭到傳統(tǒng)勢力的抵制也越大。

試舉兩個例子。仙童半導(dǎo)體公司是集成電路的發(fā)明公司之一，然而在1960年，公司副總裁卻對芯片項目的負(fù)責(zé)人杰·拉斯特（Jay Last）大喊：你為什么要去搞集成電路？這個玩意兒浪費了公司整整100 萬美元，卻沒有什么收益，必須裁撤掉！貝爾實驗室是半導(dǎo)體技術(shù)的研究重鎮(zhèn)，但1963 年貝爾實驗室的半導(dǎo)體研究部主任揚·羅斯（Ian Ross）撰文稱：集成電路沒有解決半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的基本問題，它只能治標(biāo)，無法治本。

這些芯片的首創(chuàng)之舉遭到冷遇乃至遺棄，它們的發(fā)明人發(fā)不了文章、資金支持被中斷、項目遭裁撤、被迫出走……他們絕不是一群詩意的科學(xué)家，而是一群失意的科學(xué)家，他們?yōu)榇烁冻隽耸�年甚至一生的代價。

芯片的發(fā)展史是一部創(chuàng)新史和叛逆史。這也是本書想要表達(dá)的主題。創(chuàng)新是對主流的偏離、對現(xiàn)有規(guī)則的破壞，它剛開始可能非常蹩腳、很難融入主流。幾乎沒有一項重大創(chuàng)新一出現(xiàn)就廣受歡迎。雖然人們口口聲聲地說要創(chuàng)新，但其實人們更喜歡的是改良，它的效果立竿見影，因而大受歡迎。

如今，芯片的重要性已經(jīng)無須贅言，每個人都從近幾年發(fā)生的一系列芯片危機(jī)事件中有了切身的體會。應(yīng)對芯片危機(jī)，我們需要原始創(chuàng)新，而的方法是誠摯，實事求是地面對現(xiàn)實和歷史。

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這本書為您完整地講述了芯片的發(fā)明和發(fā)展歷程，尤其是一群叛逆的人如何突破傳統(tǒng)、不斷創(chuàng)新的故事。

芯片的歷史只有60 多年，但要完整地理解芯片的來龍去脈，我們需要將時間向前回推到100 多年前。在這一個多世紀(jì)里，半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新故事不計其數(shù)，但本質(zhì)只是一種創(chuàng)新模式的不斷展開和復(fù)現(xiàn)，其主題仍是叛逆。

本書從半導(dǎo)體的起步之處量子力學(xué)開始講起，它演化出了半導(dǎo)體物理學(xué)，進(jìn)而催生了半導(dǎo)體器件，這些器件又由簡到繁，像一顆發(fā)芽的種子，演化出了雙極型晶體管、MOS 場效晶體管、光電二極管等，并由此集成構(gòu)造出了模擬芯片（通信和傳感器芯片等）、數(shù)字芯片（CPU、存儲器、現(xiàn)場可編程門陣列A芯片等）和光電芯片等。本書后還展示了芯片設(shè)計和制造方法由手工到自動化的發(fā)展過程，并指出了芯片未來面對的挑戰(zhàn)和可能的解決路徑。

為了創(chuàng)新，人們需要不斷打破過往累積起來的知識和見解，并用新的知識和見解不斷地推陳出新。因此，本書不打算系統(tǒng)講解固有的知識，而是講述芯片如何被創(chuàng)造出來的鮮活過程。

本書的讀者可以是對芯片感興趣的任何人。如果您是研發(fā)人員，您會認(rèn)清半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)，看出技術(shù)創(chuàng)新的模式和規(guī)律；如果您對行業(yè)發(fā)展感興趣，您會在本書中發(fā)現(xiàn)那些隱藏在背后的行業(yè)發(fā)展規(guī)律；如果您單純對歷史感興趣，您可以了解到芯片在社會歷史發(fā)展中所起到的作用。

芯片的創(chuàng)新可以是在各個層次上的。例如，在微觀結(jié)構(gòu)上，新器件顛覆了舊器件；在芯片層面上，新的芯片架構(gòu)突破了原有設(shè)計的瓶頸；在商業(yè)模式上，知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)模式讓芯片設(shè)計更靈活，使得自研芯片成為可能；在半導(dǎo)體行業(yè)的組織形式上，芯片代工廠的出現(xiàn)打破了垂直整合制造模式，催生出了蘋果、高通和華為海思等無廠芯片公司。本書展現(xiàn)出了這種多層次的創(chuàng)新態(tài)勢。

本書各章大體上按照芯片發(fā)展的時間進(jìn)程展開，同時也按照芯片的不同功能來獨立排布。你既可以從頭讀起，也可以直接翻到感興趣的任意一部分。

本文開頭所說的那次聚餐聊天，我并沒有責(zé)怪我的學(xué)生不記得這些發(fā)明人。

實際上，這些發(fā)明人的名字被歷史有意無意地忽略了，而現(xiàn)今的歷史需要對他們做出相應(yīng)的補(bǔ)償。如果我們能從歷史塵埃中重新體會到他們的精神核心：不盲從、不畏懼，從否定中汲取力量，那么我們就始終和這些開拓者的靈魂在一起。

聚餐結(jié)束后，有個學(xué)生說聊得很開心。但那天講的其實只是一小部分，而現(xiàn)在你正在閱讀的則是完整的故事。

接下來，讓我們一起踏上這段芯片之旅吧。