作者:汪波 来源:中国科学报 发布时间:2023/9/15 18:28:45
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为什么芯片相关的发明最初总不受待见?

 

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  《芯片简史:芯片是如何诞生并改变世界的》,汪波著,浙江教育出版社2023年4月出版,定价:149.90元

■汪波

关于这本书有两个场景。

两年多前,2020年6月9日下午3点多,我坐在电脑前,突然间一个想法击中了我。那一刻是一个起点,两年后有了这部书稿。

“芯片简史”是个宏大的题目,也是个巨大的挑战。在随后的两年时间里,我逐渐将当时的激情转换成一种理性,将其建立在数百篇文献以及对过去百年芯片发展史的思考之上。

那个夏天,我开始着手收集资料,起点是我讲过的一门课的绪论,介绍了微电子的发展历程,当然这只是起始的一小步。

随着写作的推进,我越来越感到自己的无知。我发现自己处于一片处女地中,大部分发明人从未得到关注,不仅公众不了解他们,甚至连一些业界人士也不知晓。

另一个场景是,一次我和微电子学的研究生聚餐,随口问了一句:“MOS场效晶体管是谁发明的?”

在我看来,这个问题对于微电子学专业的学生是基本常识,如今芯片中99%的晶体管都是MOS场效晶体管。普通人不了解没关系,但在座的是微电子学专业的,应该张口即来。

然而,这个问题一提出,餐桌上热闹的场面一下子安静了下来,没有人接话。安静了几秒钟后,我把话题引向了MOS场效晶体管的历史背景,然后又讲起了它的发明过程。最后,当我讲到它的发明人遭受公司打压、不被准许发表论文、项目组被撤、最后被迫出走的不幸遭遇时,学生们面露惊讶,这跟他们想象中的情景很不一样。

看到他们意犹未尽,我又讲了几个其他芯片发明的事例,包括中央处理器(CPU)、蓝色发光二极管(蓝光LED)、动态随机存取存储器(DRAM)等。

我没有责怪学生们不知道这些发明人的意思。如上所说,这些发明人的名字被历史有意无意地忽略了,而现今的历史需要对他们做出相应的补偿。

聚餐结束后,有个学生说聊得很开心。但那天讲的其实只是一小部分,而本书讲述的是一个相对完整的历史故事。

芯片发展史中经历了哪些波折?这些发明者是一群怎样的人,有什么样的经历?

梳理这段历史,会发现这些重大原始创新在刚面世时都遭到了业界的质疑和抵制,差点夭折。

这不是个例,浮栅晶体管、异质结、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、微机电系统(MEMS)、浸没式光刻等重大发明都遭到过抵制。而如今,这些差点被抛弃的技术正在帮人们上网冲浪、存储数码照片、播放视频、驱动电动汽车、撞车时得到安全气囊的保护、检测核酸序列、照亮黑夜……

为什么这些发明一开始都不受待见呢?芯片的发展离不开持续的创新和超越,然而创新越大,对传统的叛逆和颠覆也越大,因而遭到传统势力的抵制就越大。

试举两个例子。仙童半导体公司是集成电路的发明公司之一,然而在1960年,公司副总裁却对芯片项目的负责人杰·拉斯特大喊:“你为什么要去搞集成电路?这个玩意儿浪费了公司整整100万美元,却没有什么收益,必须裁掉!”

贝尔实验室是半导体技术的研究“重镇”,但1963年贝尔实验室的半导体研究部主任扬·罗斯撰文称,集成电路没有解决半导体产业面临的基本问题,它“只能治标,无法治本”。

这些芯片的首创之举遭到冷遇乃至遗弃,它们的发明人发不了文章、资金支持被中断、项目遭裁撤、被迫出走……他们绝不是一群诗意的科学家,而是一群失意的科学家,他们为此付出了10年甚至一生的代价。

当我沉浸在历史之中,跟那些遭到拒绝或抵制的发明人待在一起时,得以近距离观察他们,窥得一二真容。他们是一群不按直觉思考也不擅长表露情感的人。他们或是被拒绝发表文章,或是孤寂地去世,或是被褒奖和追忆。

集成电路的发明人之一基尔比曾说,他并没有建造出一座“大水坝”,只是构想出了建造“水坝”的方法。另外一位发明人诺伊斯说,他并没有独自提出关于集成电路的想法,只不过是把已有的想法整合起来而已。光刻技术的发明人之一莱思罗普说,他认为他采用的光刻技术不是一项发明,而是一种应用。

我想象不出还有谁比他们更谦逊。当然,书中没有将这些先驱塑造成神一样的人物,他们只是更好奇、更独立而已。除其中极少数天资聪颖的人外,他们的成功大都来自不懈追求、与人合作以及包容的环境。

因此,本书展示的是这些开创者在当时的社会和技术背景下、在个人的具体境遇下是如何抉择以及行动,如何质疑和背叛传统的,同时传达出他们的科学精神和态度。

芯片的发展史是一部创新史和叛逆史。这也是本书想要表达的主题:芯片的发明和发展历程,也是一群叛逆的人突破传统、不断创新的故事。

芯片的历史只有60多年,但要完整地了解芯片的来龙去脉,需要将时间向前回推到100多年前。在这一个多世纪里,半导体技术的创新故事不计其数,但本质只是一种创新模式的不断展开和复现,其主题仍是叛逆。

本书从半导体的起步之初量子力学讲起,它演化出了半导体物理学,进而催生了半导体器件,这些器件又由简到繁,像一颗发芽的种子,演化出了双极型晶体管、MOS场效晶体管、光电二极管等,并由此集成构造出了模拟芯片(通信和传感器芯片等)、数字芯片(CPU、存储器、现场可编程门阵列A芯片等)和光电芯片等。

为了创新,人们需要不断打破过往累积起来的知识和见解,并用新的知识和见解不断地推陈出新。因此,本书没有系统讲解固有的知识,而是讲述芯片如何被创造出来的鲜活过程。

我希望通过本书能在芯片领域和大众之间架起一座桥梁,因此在写作时做了以下努力。

一是还原历史中的创新过程,展现曾经盛行的观念和技术,以及新的技术是如何萌芽并与旧的传统斗争且最终突破的。

二是书中将历史的聚光灯打在实验台前的科学家和工程师身上,展现了这些创新个体内心的渴望、追求、困顿、嫉妒和欣喜。

三是将发明面世那一刹那的火花清晰地呈现出来。书中知识的“剂量”被压缩,但我希望这个最小知识集合能激起读者智识上的兴趣,它的惊险程度不逊于一部小说。作为“侦探故事”中的必要“物证”,本书展现了新知被创造出来的过程。

(本文根据《芯片简史:芯片是如何诞生并改变世界的》一书的“前言”“后记”编辑而成,标题为编者所加)

《中国科学报》 (2023-09-15 第3版 读书)
 
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