從大到小，集成電路的發展史

CPU的製程工藝越來越先進，n年前還是幾百納米，現在都發展到了如今的7nm，這種速度真的想都不敢想的。那麼平常我們所說的製程到底是個什麼意思呢？

其實CPU本質上是個集成電路，製程工藝越先進，也就是說的器件特徵尺寸不斷縮小、集成度提高，CPU里能容納的晶體管也就更多了，速度更快還更省電。

那麼過去的集成電路長什麼樣子？它又是從何而來的，讓我們今天一起走進這段不那麼漫長的發展史吧。

正如大家所熟知的那樣，晶體管誕生以前，人們一直是用的電子管。1883年，愛迪生在尋找電燈泡最佳的燈絲材料時，在真空電燈泡里的碳絲附近裝了一小截銅絲，希望能阻止碳蒸發，雖然結果失敗了，但無意中發現沒有和電路相連的銅絲卻產生了微弱的電流，不過愛迪生只是給這個現象申報了個專利、取了個「愛迪生效應」的名字之後，就置之不理了。

1904年11月16日，英國一個30歲的電氣工程師約翰·安布羅斯·弗萊明卻對這方面很有興趣，他發現這麼做可以讓燈泡里的電子實現單向流動，最終研製出了一種叫「熱離子閥」的燈泡，也就是世界上第一支電子管（真空二極體）。

1906年美國發明家德·福雷斯特在這種二極體的燈絲和金屬片之間加了個柵極，只要在這個柵極上施加信號變化，就能有規律地改變通過的電流大小，微弱的信號電流都可以被放大許多倍。比如鐘錶的滴答聲經過放大後，甚至能震耳欲聾。

他比較沉得住氣，在公開之前一直悄悄地進行著改進實驗，不過做著做著就沒錢了，只能帶著這個重大的新發明去找大公司贊助。比較慘的是，因為他穿的不修邊幅，不僅連大門都進不去，還被當成騙子趕到了警察局。

但真理能戰勝一切，最後德福雷斯特的三極體贏得了世界的掌聲，也解決了貝爾電話公司當時設計長途電話的關鍵問題，也在1912年前後引領了無線電技術的發展。

在他的故居至今矗立著一塊小小的紀念碑，上面寫著「李·德福雷斯特在此發現了電子管的放大作用。」如今這個地方已經成長為了矽谷。

但是真空電子管這種器件缺點也很明顯，笨重、耗電、成本高、反應慢、一摔就碎，在之後的一戰、二戰時期禁不住苛刻的考驗，人們開始尋找更優的替代品。其實早在1918年人們就已逐步發現了半導體材料，但直到1946年那個ENIAC依然使用著18000隻電子管。

在二戰結束後的貝爾實驗室里，物理學家肖克萊打算著用硅來製造替代電子管的放大器。他們的工程師都很討厭電子管，心裡明白半導體才能實現工程師們心中所期望的平衡。可惜諸多實驗都面臨了失敗，2年後他拉來了2個下(天)屬(才)——巴丁和布拉頓。

三人行一定行，他倆發現硅還是太脆、不好提純，於是找來了特性和硅類似的鍺。它的外層電子能級較高，導電能力更好。1947年12月23日，人類歷史上第一塊晶體管在貝爾實驗室誕生了，他們三人最後都得到了諾貝爾物理學獎。

當然，貝爾實驗室只是提供了技術可行性方案，工業量產還是得交給大廠德州儀器來，1949年量產後，晶體管讓計算機的性能直接提升了一個次元，但鍺這種元素價格比銀還貴，真心用不起啊，最終大家還是把眼光放到了硅。你想啊，硅不就是沙子嘛，成本全靠浪啊（笑）。

但是這又該怎麼說服廠家呢？1954年的一次展會上，德儀的工程師戈登·蒂爾上台進行了一場表演，它把連著唱機的鍺晶體管給下油鍋了，唱機瞬間閉嘴。隨後他換上了硅晶體管再做一遍，而唱機依然工作。這場表演非常成功，給他們帶來了無數訂單。

1957年，德州儀器又來了一個聰明的新員工，他叫傑克·基爾比。他發現公司里雇了許多低收入的女工，每天就是盯著顯微鏡、把極小的硅元件焊接起來，導線一斷、工作白乾。

太蠢了，真的太蠢了，為什麼要讓幾千個人焊晶體管，乾脆把元件都刻在同一個半導體上不就行了嗎？（老闆：我tm這是解決就業問題好不好）

於是基爾比立馬行動起來（想像力豐富的人很多，行動力強的人很少），由於硅的純度達不到他的標準，最後他又選擇回了鍺。他把幾個鍺晶體管沾在一個鍺片上，用細金絲把他們連接起來，做出了「最初的集成電路」。可惜的是，老爺子直到2000年才獲得諾貝爾物理學獎，真可謂是獎遲但到。

而鍺元素很快又離開了歷史舞台，1960年，羅伯特·諾伊斯發明了基於硅的集成電路，畢竟便宜才是硬道理啊！其實他的才是第一塊實用化的集成電路晶元，其中包含了4個晶體管、6個電阻器，形成了一個環形振蕩器。

他也被成為集成電路之父，先後共同創辦了矽谷兩家最偉大的公司之——仙童半導體，以及英特爾。等等，你沒聽過仙童半導體公司？他可是Intel、AMD、LSI、VLSI、Intersil、Altera、Xilinx等眾多巨頭的老媽，可以說是電子界的黃埔軍校了，至於他的歷史，又可以有一篇文章好講了。

1963年，同樣是在仙童公司，26歲年輕工程師Bob Widlar設計了第一個單塊集成運算放大器電路——μA702，正是這個小東西，成為了日後模擬器件的基本構成部分。

1965年，Intel的創始人之一戈登·摩爾提出了摩爾定律，他預測硅晶元工藝每24個月就能翻一番，晶體管也的確越做越精細，一年年地發展成了如今的樣子。

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