50年前，Jack Kilby向少數幾名聚集在德州儀器半導體實驗室的同事展示的其實是一個并不復雜的裝置——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。當時在場的人員根本不會想到，Jack Kilby的發(fā)明，也就是尺寸7/16×1/16英寸的集成電路，將會在整個電子產業(yè)掀起一場革命。

問題的解答

Jack Kilby首次萌生發(fā)明集成電路的設想是在一個甚為冷清的實驗室中，該實驗室位于德州儀器新建成的半導體大樓內。1958年7月，當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，初來乍到的Jack Kilby卻無緣長假，只能待在車間里獨自研究。

那么到底是什么讓Jack Kilby開始一步步思考深究，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題，而他當時要解決的問題就是“數字暴力”。

幾乎整個20世紀上半葉，電子產業(yè)可以說是真空管技術一枝獨秀的天下。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，同時會產生相當多的熱量。

直至1947年，貝爾電話實驗室發(fā)明了晶體管，才解決了真空管存在的問題。晶體管的體積遠遠小于真空管，同時比真空管更加可靠、使用壽命更長、產生的熱量更少，功耗也更小。借助晶體管，工程師得以設計出更加復雜的電子線路以及包含成千成萬相互的獨立元件，如晶體管、二極管、整流管和電容器等設備。即便如此，問題仍然存在，這些元件還是需要相互連接才能形成電子線路，而完全通過人工將成千上萬個元件焊接到同樣數量的電線上，這整個工序耗時耗力且成本高昂。又由于每個焊接接頭都可能出現(xiàn)故障，所以實際上來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生產并將這些元件彼此相連。

美國通信兵團提出了一種嘗試性的解決方案，即“微模塊”計劃。該計劃的理念是將所有元件的尺寸和外形統(tǒng)一成一模一樣，并將接線內嵌至元件中。之后將各個模塊卡在一起，組成電路，從而省去了連接電線的需要。

走進Jack Kilby的世界

1958年，Jack Kilby加入德州儀器時，公司正在研究“微模塊”計劃。因為曾在密爾沃基的中心實驗室做過研究，Jack Kilby對電子產業(yè)所面臨的“數字暴力”問題并不陌生。但他并不認為“微模塊”技術就是萬全之策，因為它仍未解決復雜電路中存在著極大數量元件的這個最基本問題。

因此，Jack Kilby開始研究替代性解決方案，并在過程中發(fā)現(xiàn)唯一能夠讓半導體公司高效利用成本的技術就是半導體技術。“細想之后，我發(fā)現(xiàn)我們真正需要的其實就是半導體，具體來說，就是電阻器和電容器(無源元件)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。

1958年7月，Jack Kilby開始將所有想法整理記錄下來，并繪制設計草圖。到了9月份，他已經準備充分，打算演示自己的成果，即采用一整塊半導體材料制成實際可用的集成電路。1958年9月12日，包括前德州儀器總裁Mark Shepherd在內的數名高管匯聚一堂，共同見證了Jack Kilby的偉大發(fā)明。他們所見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。該裝置相當粗略，但是當Jack Kilby按下開關，示波器顯示屏上赫然出現(xiàn)了不間斷的正弦波形。試驗證明他的發(fā)明成功了，他徹底解決了此前一直懸而未決的問題。

早期成功

Jack Kilby的發(fā)明無疑是一項重大的突破，不過，雖然美國空軍對德州儀器的集成電路技術抱有一些興趣，但是整個行業(yè)仍持懷疑態(tài)度。實際上，集成電路及其特點“在接下來幾年的大型技術大會上經常被當成笑料”，Jack Kilby如此寫道。

然而，1961年與1962年，美國空軍先后在計算機及民兵導彈中使用硅晶片，這些項目促使集成電路首次在軍事市場占得一席之地。前德州儀器總裁Patrick E. Haggerty認識到要推進集成電路的廣泛運用，必須開發(fā)一款“模范性產品”。因此，他要求Jack Kilby設計一種特殊的計算器，這種計算器的功能要絲毫不遜于當時普遍使用的大型機電桌面型計算器，同時尺寸小巧，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算器，成功將集成電路推向市場。

影響

Jack Kilby發(fā)明的微型芯片影響深遠，沒有這項發(fā)明，很多今日人們習以為常的電子產品就不會存在?？梢哉f，芯片成就了現(xiàn)代計算機產業(yè)，使得昔日足有一間房那么大的計算機搖身一變成為今日我們所見的一系列主機、迷你電腦和個人電腦。

芯片重構了通信模式，使得人與人、企業(yè)與企業(yè)，甚至國家與國家之間得以通過各種全新的方式進行即時的信息交換。

· 沒有芯片，人類就無法探索太空，也不可能登上月球。

· 芯片幫助失聰者重獲聽力，也是各種醫(yī)療診斷設備的“心臟”。

· 芯片的影響力還延伸至教育、交通、制造和娛樂產業(yè)。

對于德州儀器而言，集成電路扮演著至關重要的角色。多年以來，德州儀器公司生產了數以十億計的芯片。但集成電路的意義遠不止于推動德州儀器的發(fā)展，它對整個行業(yè)都起到了帶動作用。1961年至今，全球的電子市場產值從290億美元增至近15000億美元。

未來這種發(fā)展有賴于科學家不斷研發(fā)出更新、更先進的技術——德州儀器帶來的眾多專利技術就是其中的代表。

未來展望

隨著半導體技術不斷進步，人們有望見識到更加不可思議的全新電子設備。也許有一天，你給日托中心打電話，就可以在手機屏幕上看到孩子的笑臉;也許有一天，工作結束之后，你來到停車場取車回家，通過車載電話就能讓家中的烤箱運轉起來，而當你到家的時候，晚飯已經差不多做好了;也許有一天，你可以把汽車設置成自動駕駛模式，然后在通勤回家的路上查看第二天的會議備注;也許有一天，你想看某部電影的時候，只需在網上訂好票，幾秒之后，你就可以在家里的電視上開始欣賞了。

這些聽起來都好似天方夜譚，但借助德州儀器研發(fā)的技術，我們距離新的突破并不遙遠，夢想很快就能變成現(xiàn)實。