工业革命—67.硅谷

上文书讲到了贝尔实验室发明晶体管，贝尔实验室是有9次15人获得了诺贝尔奖。我们必须好好梳理一下这些奖项，算是对上次内容的一个补充：

1937年，戴维森和同伴验证了电子的衍射，证明电子也有波动性。他和英国的汤姆逊分享了诺贝尔物理学奖，两个人彼此独立证明了电子的衍射。这个汤姆逊的老爹就是1906年的诺奖得主J·J·汤姆逊。

1956年，肖克利、巴丁、布拉顿获得诺贝尔奖，这3个人完完全全是贝尔的员工。巴丁下一次获得诺奖，那就不能算在贝尔实验室的账上了。

1977年，安德森和内维尔·莫特、约翰·凡扶累克一起获得诺贝尔物理学奖。安德森当时在剑桥大学，可能还算是贝尔实验室的人，这也算在贝尔的账上。

1978年，彭齐亚斯和威尔逊因为发现微波背景辐射而拿到了诺贝尔奖，他俩是贝尔实验室的员工，这个奖是属于贝尔实验室的。

朱棣文

1997年，朱棣文和克劳德、菲利普斯分享了诺贝尔物理学奖，他们发展了激光冷光捕获原子的技术。朱棣文的工作是在贝尔实验室完成的。他是一位华裔，祖籍江苏太仓。后来担任过美国能源部的部长。

崔琦

1998年，施特默、劳克林和崔琦因为分数量子霍尔效应而分享了诺贝尔物理学奖。他们当时是贝尔实验室的研究员。崔琦出生在河南的宝丰，是一位美籍华人。

高锟

2009年，史密斯和维拉德因为发明CCD而获奖，这二位是贝尔实验室的人。同年分享诺奖的还有高锟，他是因为光纤通信而获奖的。他这个诺奖算在了英国标准电信实验室和香港中文大学的名下，毕竟他在香港工作多年。

2014年，埃里克·贝齐格因为在超分辨率荧光显微镜方面的贡献，和斯特凡·黑尔、莫纳共同获得诺贝尔化学奖。埃里克·贝齐格是贝尔实验室的人。

2018年，阿瑟·阿什金获得诺贝尔物理学奖，他被认为是“光镊之父”，朱棣文的诺奖成果是建立在他的成就基础之上。他也是获奖年龄最高的诺奖得主，他有96岁了。

对这个实验室，我们只能是羡慕嫉妒恨。什么时候我们国内的工业实验室也能有这么多的成就啊。

德州仪器公司

言归正传，我们继续上次的话题。在当时，锗还是主流，硅晶体管在当时还是小众产品。当时德州仪器公司开发出了最早的硅晶体管技术。1955年，贝尔实验室发明了台面硅晶体管技术。仙童公司最开始卖给IBM的晶体管就是台面技术制造的。这一批晶体管每只150美元，一共是100只。它们被用在了B70高空高速轰炸机的计算机上，是IBM公司提供的。还有一些用到了民兵式导弹上。当时美苏争霸正如火如荼。不过IBM只买过他们这一批管子，人家和德州仪器合作自己开发生产线了。德州仪器是最早开始商业化生产硅晶体管的企业。

在市场竞争之中，仙童公司需要更好的技术。真正的突破是8个人之中的霍尔尼搞出来的平面工艺。要制造一个三极管是从一块纯净的硅片开始的，先在硅片上生长一层氧化绝缘层，涂上特殊的感光材料，然后再把做好的电路图用镜头投影到硅片上。照过光的地方和没照过的地方是有区别的。然后再把表面腐蚀一下，氧化绝缘层就会按照所电路图的样子腐蚀掉，暴露出下面的硅层。凡是有氧化物遮盖的地方，就没办法进行掺杂。这样就可以控制什么地方可以掺入杂质，形成晶体管的PN结。按照所需要的几何模式构成发射极、集电极和基极。这个平面工艺过程可以反复使用，构造出很复杂的半导体器件。

至此，硅元素可以非常方便的做成晶体管了。很重要的一个步骤就是表面生成氧化层。硅的氧化物二氧化硅可是很结实的哦，硅晶体本身也比较结实，经得起折腾。锗元素的氧化物就不行了，是溶于水的，会给制造工艺带来一定的麻烦。硅的优势开始一点点显露出来。

硅的另一个优势是适用的的温度范围比较大。在高温下锗晶体制造的晶体管会出问题。当时摩托罗拉公司研发了一款晶体管收音机，用的就是锗晶体管。但是没多久就收到一大堆投诉。他们的收音机在烈日下暴晒了一下午，一个个就全都罢工了，看来高温性能不佳。况且锗元素的价格比较贵，当时比银子都贵。因为锗在地球上相对来讲是比较少的。到现在，锗晶体也只能作为辅助，不能作为主要材料。

基尔比和集成电路

这时候除了硅谷的仙童公司，其他的企业也在半导体方面下功夫。德州仪器就是一家实力极其强大的公司。德州仪器公司的一个年轻人基尔比有了一个非常绝妙的想法，能不能把几个晶体管做在一块基片上呢，过去就有人做过这方面的设想，但是没有技术条件去实现，现在完全有机会去实现它？公司的其他同事都去度假了，只有基比尔自己蹲在实验室里。他刚入职不多久，休假还没他的份儿，假期都是跟着资历来的。他成功的在锗片上制造了几个晶体管。他用很细的金线把这几个微小的晶体管连接成振荡电路。1958年的9月份12号，他把这个小东西拿到了领导面前，接上示波器，示波器上显示出了一个正弦波。这证明这块小小的芯片在正常工作。世界上第一块集成电路诞生了。2000年，基尔比获得了诺贝尔物理学奖，表彰他发明了集成电路。基尔比还是热敏打印机和掌上计算器的发明人。第二年，德州仪器申请了集成电路的专利。

几乎在同一时间段，仙童公司的诺伊斯也想到了这一层。但是仙童更有优势，因为他们对平面工艺非常熟练。一块硅片上集成多个原件不是一件费力气的事情。晶体管是不在话下，倒是电容电阻反而有点麻烦，不过诺伊斯还是解决了问题。现在剩下的一个难关是如何把元器件连接起来。

仙童公司有大批女工

仙童公司曾经请了一大帮年轻的女工，在放大镜之下手工连接。尽管女工们心灵手巧，但是电路上还是有很多的缺陷。假如连接导线的工作也能用平面工艺来完成就好了。诺伊斯想到了金属蒸汽。假如把金属烧成蒸汽熏蒸硅片，在硅片表面形成一层金属膜，那不就可以形成导线了吗？接下来就可以用光照蚀刻的办法把金属膜蚀刻成电路。

诺伊斯发现，铝是最好的导线材料。所以集成电路在很长时间内都是用铝导线的，很久以后才被铜代替。至此，几个难关都被攻克了，集成电路迎来了大规模量产的阶段。硅谷的企业也是遍地开花，硅谷成了名副其实的硅谷。人类就要进入一个新的时代。

戈登·摩尔

当然官司是少不了的，德州仪器和仙童打了10年的专利官司，最后法律判决是双方的专利都有效，集成电路是大家添砖加瓦的成果。1965年，八仙之一的戈登·摩尔在《电子学》杂志发表了一篇文章《让集成电路填满更多的组件》，他预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每18个月会增加一倍。后来，这个预言被称为“摩尔定律”。这个规律连续保持了几十年，到最近才被打破。可以说这个定律是IT界的第一定律。整个集成电路产业也差不多就是这么发展起来的。

1966年，德州仪器销量第一，第二就是仙童，第三是摩托罗拉。但是，花无百日红，仙童公司从日进斗金开始慢慢的没落，1967年开始出现亏空。母公司持续抽血是一个方面，自身的管理也有问题。当年那八个仙童也就各奔东西了。后期的仙童人才流失非常严重，也失去了技术领先的地位，业绩大幅下滑。逐渐走向平凡，到现在已经变成了一个没人关注的普通企业了。

安迪·格鲁夫、罗伯特·诺伊斯、戈登·摩尔

诺伊斯拉着戈登·摩尔和小弟安迪·格鲁夫创建了日后大名鼎鼎的INTEL公司。仙童公司销售部主任桑德斯离开以后创建了AMD公司。最强的时候，AMD能占下不少的CPU市场的地盘，如今已经难以和INTEL相提并论了。

INTEL公司最初的产品是半导体存储器芯片。1969年，英特尔推出自己的第一批产品3101存储器芯片，随后又推出1101和1103，这种价廉物美的产品深受欢迎，供不应求，它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡。磁芯存储器的发明人是位华人，他就是电脑大王——王安，如今已经没人记得他了。但是我们又不得不提到这个当年在美国市场与IBM大战300回合的悲情英雄。

王安

王安1920年出生在江苏的昆山，抗战时期他来到美国。一起来的还有杨振宁，他们都是同一批。王安曾经去IBM公司求职，人家看他是东方人，觉得他不适合搞高科技，面试的人种族倾向还挺严重，他觉得华人只能干点开饭馆洗衣服之类的工作，修理个自行车大概就算是技术活了。不过这个面试官要是被大Boss沃森知道，恐怕立马就开了，可惜大Boss不知道。大Boss没空，忙着呢，正在跟儿子吵架。当时IBM面临一个转型期，电子计算机开始兴起，机械式计算机开始走下坡路。老沃森多一事不如少一事，对新东西不关心。小沃森可不是这样，对新技术极其敏感，父子俩吵得脸红脖子粗。说到底，IBM是当时计算机行业的领军者，但是未来该何去何从呢？他们自己内部也是有分歧的。

王安当然是对IBM的面试官憋了一肚子气，从此跟IBM就结下梁子了。他在哈佛大学念应用物理专业。三年就拿了个博士，而且个门功课都是优。当时的应用物理专业其实蛮杂的，都是电子技术、通信技术这些，其中最为前沿尖端的领域， 就是计算机。王安在拿下博士学位以后，进入了哈佛的计算机实验室当临时工。老板艾肯偏巧也跟IBM有过节，于是这二位一拍即合。他俩瞄准IBM的软肋就下了死手。

磁芯存储器原理图

IBM当时使用的存储设备是穿孔制带，对于这种东西，你也能想的出来，读写速度是极慢的。而且体积非常庞大。王安进了实验室以后没多久，就搞出了一个磁芯存储器。这东西可靠性很好，速度快，体积小。可比穿孔纸带厉害多了。艾肯一看这人太厉害了，很快就给王安就转正了，成了哈佛大学计算机实验室的正式工作人员。而且这个实验室并不阻碍王安为自己申请专利，所以王安就申请了磁芯存储器的专利。不过这个专利一直到1955年才正式批下来。

没多久，IBM就闻见味道了。现在是小沃森掌权，他开出价码跟王安谈判，要购买王安的专利。一开始开价是200万美元买断。后来发现买家只有IBM一家，那就好办了，沃森开始压价，最后压到50万美元。IBM买断了王安的磁芯存储器。当时王安已经离开哈佛，他总要为自己的饭碗着想，这也是没办法的事情。王安就用这笔钱开设了自己的公司，他的事业起步了。

就这样，王安忙碌了一年，卖磁芯存储器，卖各种小发明，到年底赚到的钱比在哈佛的工资还要高一点。他明白，自己养家糊口是没问题了。这个公司能够维持下去。就这样，王安过了十几年忙忙碌碌的日子。公司也在缓慢成长。

王安的LOCI-2计算器

第一次机会是在60年代到来的。王安搞出了一种名为“洛兹”的计算器，才开始进入爆发式增长阶段。这种计算器用了1275个分立的晶体管，商店可以用它来算账，教授们计算数据也少不了它。这个计算器能计算函数，一台要3000美元，价钱并不便宜。但是总比IBM的产品要便宜多了，IBM的机器就像冰箱那么大。太占地方了，而且多余的功能普通人也用不上。价钱还死贵，一个月租金就要1万美元，简直是抢钱。因此当时对计算要求最大的银行金融机构非常青睐王安的计算器。

王安电脑公司的洛兹计算器开始进入爆发期，几年以后，年销售额就达到了500万美元。后来因为融资的需要，王安的公司上市了，一下子股票大涨，王安也成了富豪。就在这一时期，王安作出了一个大胆的决策，那就是放弃计算器，全力研发文字处理机。王安盯准了白领阶层，当时的美国已经涌现了大批的白领阶层，他们还在用老古董打字机，这显然是一个巨大的市场，需要更新换代。

1971年，王安的第一款1200文字处理机上市了，利用磁带作为存储设备。每次按下回车键，就会把文字记录到磁带上，一盒磁带能记录20页的文字。而且机器提供了简单的编辑功能。最起码不会因为修改错别字而重新输入整页文字。调出来改完了打印就行了。带来的好处是显而易见的。

这套机器把IBM吓了一跳，因为办公市场一直是IBM的地盘。IBM船大难调头，手下有大批的人马是从事电动打字机业务的，要转型根本来不及，不是那么快能转的过来的。

1976年，改进后的王安的文字处理机上市了，这回还添加了CRT显示器。这个机器内部使用了INTEL的8080处理器，这个8位的CPU拥有4500个晶体管，2M的主频，速度比当初那个4位的4004处理器强得多。这几乎就是一台个人电脑，但是操作系统是专用的，只能用来做文字处理。同时期的王安2200型电脑倒是走了通用计算机的路子，可惜只有简单的解释性的BASIC语言。与现代意义上的个人电脑是有差异的。

INTEL8080处理器

当时很多人都在致力于计算机的小型化与个人化。参与这个进程的不仅仅是大公司，还有一帮子“极客”。王安当然不会想到，一个叙利亚移民的后代在车库里也开了一家小公司，这个年轻人日后会两次改变世界。或许王安已经知道民间暗流涌动，到处都有DIY的高手在自己家里拼凑简陋的计算机。在王安看来，这不过是一堆玩具罢了。毕竟王安的文字处理系统卖得太好了，在这个领域内，连IBM都不是对手，大家都丢掉了IBM的机器，改用了王安的WPS系统。没错王安的机器就叫WPS。

1971年，王安电脑公司和IBM的差距是200倍。过了10年，差距缩小到了20倍。王安拿到了一系列的荣誉。成了美国排名第5的富豪。就在这个时候，出麻烦了，王安得了癌症，谁来接班呢？下次再说……