大規模積體電路的到來
積體電路：晶片時代的到來
1952 年，實用的電晶體問世不久，電子行業還盛行電子管之時，一家為石油行業提供地震勘探服務的公司以極其長遠的眼光向貝爾實驗室買下了專利許可，並斥資數百萬美元押注電晶體市場，而它當時的年利潤僅有 90 萬，這無疑是一場沒有後路的跨界豪賭，它就是如今的半導體巨頭——德州儀器。
就在人們還對電晶體抱有遲疑態度時，德州儀器早已建成強大的電晶體生產線。1954 年 10 月，其首款商用電晶體收音機 Regency TR1 上市。當時美國普通家庭中的電子管收音機都像餐櫃一樣龐大，而電晶體收音機則袖珍到足以放進口袋裡，這種革命性的差距在社會上引起了巨大轟動，電晶體的優越性從此深入人心。
世界範圍內，包括貝爾實驗室在內的各大高校和計算機公司紛紛開始研製電晶體計算機，這些計算機被稱為第二代電子計算機（電子管計算機是第一代電子計算機）。
與此同時，電晶體本身也在實驗室中不斷進化。
先是成分上，從鍺改換為矽，比起鍺電晶體，矽電晶體可以承受更高的溫度和電壓。而且矽元素極其常見，廣泛存在於岩石和沙礫中，如果地殼總重 100 斤，那麼其中 28 斤都是矽，可謂取之不盡用之不竭。
再是體積上，由於 PN 結的實現與電晶體的大小無關，電晶體被越做越小。1952 年，一位名叫傑弗裡·杜默（Geoffrey Dummer）的英國人更是提出了取消導線，將電子元件緊湊在一塊板上的想法，積體電路的概念橫空出世。但這對製作工藝的要求很高，整個電子界翹首以盼，等了 6 年多時間，世界上第一塊積體電路終於在 1958 年 9 月由德州儀器新聘的工程師傑克·基爾比（Jack Kilby）完成。這是一塊長 11.1mm、寬 1.6mm 的鍺半導體，上面整合了電晶體、電阻和電容等多種元件。在全人類的共同見證下，這項劃時代的偉大發明被時間沉澱出不可估量的價值，基爾比因此獲得了 2000 年的諾貝爾物理學獎。
傑克·基爾比肖像及第一塊積體電路（圖片來自維基百科）
除了德州儀器，還有一家實力雄厚的半導體公司在積體電路的早期發展中扮演著舉足輕重的角色，那就是史上大名鼎鼎的快捷半導體公司。這家公司在 1959 年發明了關鍵性的平面工藝，隨後，它的創始人之一羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）在 1960 年用矽發明了更實用的積體電路。從上圖可以看出，基爾比的積體電路並不完善，仍然用到了導線，諾伊斯的積體電路才是真正意義上的現代積體電路。結果是，兩家公司在整個 60 年代都為積體電路的發明專利吵得不可開交，最終法院判定，兩者的實現技術不同，基爾比和諾伊斯分別獨立發明了積體電路，共享了“積體電路之父”的稱號。
小歷史：說到快捷半導體，這家公司的來歷很有意思。當時，肖克利眼看著德州儀器靠自己發明的電晶體賺得盆滿缽滿，內心很不是滋味，於是在 1956 年，他回到家鄉加州聖克拉拉山谷，創辦起自己的公司。他招攬了八位能人（其中一位就是諾伊斯），對攻佔市場充滿信心。
起初，八位員工對他們的老闆十分敬仰，可經過一段時間的相處卻發現，這位技術上的巨人卻是管理上的矮子，他那專橫和偏執的作風令他們忍無可忍。更糟糕的是，在矽材料已經成趨勢的大背景下，他仍死守著自己發明的鍺半導體。八人終於在 1957 年選擇集體離職，併成立了快捷半導體公司。肖克利痛罵他們是“八個叛徒”，他的發財夢破滅了，只好轉賣公司，迴歸學術，受史丹佛大學之邀當了電氣工程專業的教授。
雖然肖克利沒能實現自己的宏圖偉業，卻無意間在聖克拉拉山谷播下了半導體的種子。“八個叛徒”在仙童之後又兵分幾路創辦了其他公司（比如 Intel），這些公司的僱員又很快創辦自己的公司（比如 AMD）。短短几十年間，這些種子像蒲公英般飄散，繁衍出一片引領世界的茂密森林。這片森林，就是如今的電子王國——矽谷。
摩爾定律
相比分立的電子元件，積體電路有著更小的功耗和更高的穩定性，上面單個元件的平均成本也更低。
接下來的歷史我們早已身處其中，積體電路的整合度越來越高，計算機的體積和能耗則越來越小，它最終獲得了計算以外的能力，以不可思議的影響力改變著一切。
1965 年，“八個叛徒”之一，不久後將與諾伊斯聯手創立英特爾的戈登·摩爾（Gordon Moore）無意中發現了積體電路的發展程序和時間的指數關係：每過一年，單個積體電路中的元件數量就會翻一番（而元件的平均單價會折一半）。他預言，接下來的十年內，這個規律依然有效。到了 1975 年，他根據實際情況，將預測修正為每兩年翻一番。後來人們統計發現，翻番的週期更接近於 18 個月。這就是著名的摩爾定律，說不上有多少科學道理，卻始終主宰著積體電路的發展軌跡。
摩爾定律早已從單純的統計規律和預測手段，演變成晶片行業所默守的產品迭代規則，畢竟誰跟不上這“翻番”的節奏就意味著在市場上落後。為此，各大晶片廠商想方設法不斷縮小 MOS 管的尺寸，我們常在有關報導中聽到晶片製程的說法，其實就是指 MOS 管柵極的長度（也稱線寬），柵極越短，導電溝道就越短，源極和漏極的工作效率就越高。如今，這個製程已經從 1971 年的 10 微米進化到 10 奈米以內。這意味著，把上千個 MOS 管並排在一起，才能趕上頭髮絲的粗細！
參考
- Wikipedia. Integrated circuit[EB/OL]. https://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit
- Wikipedia. Moore's law[EB/OL]. https://en.wikipedia.org/wiki/Moore's_law