《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》第一部分：諾伊斯、基爾比和集成電路

《芯片戰爭：世界最關鍵技術的爭奪戰》是美國經濟史學家克里斯·米勒撰寫、蔡樹軍翻譯的科技類著作。該書以半導體產業全球分工為主線，追溯從冷戰至今的芯片技術發展歷程，闡釋芯片在現代軍事、經濟和地緣政治中的戰略地位。全書涵蓋美國通過技術博弈確立主導地位、臺灣半導體產業崛起、華為5G技術受限等案例，分析全球芯片短缺與供應鏈危機背后的國家競爭。書中提及美國《芯片法案》補貼政策、EUV光刻機研發困境等議題，揭示大國在人工智能與軍事技術領域的核心博弈。

諾伊斯、基爾比和集成電路

晶體管如果能夠簡化并大規模銷售，就能取代真空管。構建理論和發明晶體管僅僅是第一步，人們現在面臨的挑戰是大量制造它們。沃爾特·布喇頓和約翰·巴丁對商業或大規模生產幾乎沒有興趣，因為他們本質上是研究者。在獲得諾貝爾獎后，他們繼續從事教學和實驗工

作。相比之下，肖克利的雄心壯志日益增長。他不僅想出名，還想發財。他告訴他的朋友們，他夢想著自己的名字不僅要出現在《物理評論》（Physical Review）等學術刊物上，也要出現在《華爾街日報》（Wall Street Journal）上。 1955年，肖克利在加利福尼亞州舊金山郊區山景城創辦了肖克利半導體公司（Shockley Semiconductor），其公司設在帕洛阿爾托的一條街上，他年邁的母親就居住在那里。

肖克利計劃制造出世界上最好的晶體管，這是可能的，因為貝爾實驗室和晶體管專利的擁有者美國電話電報公司提出以25000美元的價格向其他公司許可該器件專利，這是一筆最尖端的電子技術的交易。

肖克利認為，晶體管會有市場，至少是在取代現有電子產品中的真空管方面。不過，晶體管市場的潛在規模尚不清楚。每個人都認同晶體管是一種基于最先進物理學的聰明技術，但只有在比真空管做得更好或生產成本更低的情況下，晶體管才會被大規模應用。肖克利很快就因為他的半導體理論而獲得了諾貝爾獎，但如何使晶體管變得更加實用是一個工程難題，而不是理論物理問題。

晶體管很快就開始取代電腦中的真空管，但數千個晶體管之間的布線如同叢林般復雜。1958年，TI工程師杰克·基爾比在他的得克薩斯州實驗室里度過了一個夏天，專注于尋找一種方法來簡化晶體管布線。

基爾比說話溫和，有學院精神，好奇而且很聰明?！八麖牟豢燎?，”一位同事回憶道，“你知道他想要什么發生，你會盡最大努力讓它發生。”另一位同事喜歡和基爾比一起吃燒烤午餐，他說，“他是一個你最想見到的人”。

基爾比是貝爾實驗室以外最早使用晶體管的人之一，他的第一個雇主（位于密爾沃基的中心實驗室）從美國電話電報公司獲得了這項技術的許可。 1958年，基爾比離開中心實驗室，在TI的晶體管部門工作。TI總部位于達拉斯，成立的目的是生產地震波探測設備，幫助石油工人決定在哪里鉆探。在第二次世界大戰期間，該公司被美國海軍征召建造聲吶設備以跟蹤敵方潛艇。 戰后，TI的高管們意識到這種電子技術在其他軍事系統中也會很有用，于是他們雇用了像基爾比這樣的工程師來研制這些系統。

基爾比大約在公司7月份的假期期間來到達拉斯，但他沒有假可以休，所以他在實驗室里獨自待了幾個星期。他一直琢磨如何減少將不同晶體管串在一起所需的導線數量。他沒有用一塊單獨的硅或鍺來制造每個晶體管，而是想到在同一塊半導體材料上制造多個元器件。當他的同事們過完暑假回來時，他們意識到基爾比的想法是革命性的。

多個晶體管可以內置在同一塊硅或鍺板中。 基爾比稱他的發明為“集成電路”，但它被通俗地稱為“芯片”，因為每個集成電路都是由一塊從圓形硅片上“切”下來的硅制成的。

大約一年前，在加利福尼亞州帕洛阿爾托，肖克利半導體公司雇用的八名工程師告訴他們的諾貝爾獎得主老板，他們要辭職。肖克利雖然有發現人才的本領，卻是一個糟糕的經理。他矛盾的性格所制造的有害工作氛圍，疏遠了他所召集的聰明年輕的工程師。這八名工程師決定離開肖克利半導體公司，用東海岸一位百萬富翁的種子資金創辦自己的公司——仙童半導體。

肖克利半導體公司的八名叛逆者被普遍認為是硅谷的創始人。八位中的一位——尤金·克萊納（Eugene Kleiner），后來成立了世界上最大的風險投資公司之一克萊納·珀金斯（Kleiner Perkins）。戈登·摩爾負責仙童的研發，后來提出了摩爾定律的概念，以描述計算能力的指數級增長。最重要的是羅伯特·諾伊斯，他是“八叛逆”中的領袖，對微電子有著超凡的熱情和遠見卓識，他直觀地意識到需要哪些進步技術才能使晶體管變得更小、廉價和可靠。將新發明與商業機會相匹配，正是像仙童這樣的初創公司成功所需要的，也是芯片行業起飛所需要的。

到仙童成立時，晶體管的科學已經基本清晰，但可靠地制造晶體管是一項巨大的挑戰。第一個商業化的晶體管是由鍺制成的，上面有多層不同的材料，呈亞利桑那沙漠般的臺面形狀。臺面是通過用一滴黑色蠟覆蓋一部分鍺制成的：使用化學物質蝕刻掉未被蠟覆蓋的部分，去除蠟后，鍺上就形成了臺面形狀。

臺面結構的一個缺點是，灰塵或其他顆粒等雜質容易附著在裸露的臺面側壁上并與之發生反應。諾伊斯的同事簡·霍爾尼（JeanHoerni）是一位瑞士物理學家，也是一位狂熱的登山者，他意識到如果整個晶體管內置在鍺中而不是在其上，臺面就沒有必要存在了。他發明了一種制造晶體管的方法：在一塊硅片上沉積一層保護性二氧化硅，然后在需要的地方蝕刻孔并沉積額外的材料。沉積保護層避免了材料暴露在會導致缺陷的空氣和雜質中，這是可靠性方面的一大進步。

幾個月后，諾伊斯意識到霍爾尼的“平面工藝”可以用于在同一塊硅材料上制備多個晶體管。諾伊斯并不知道基爾比，那時，基爾比在一塊鍺基片上制作臺面晶體管并使用了鍵合線連接。諾伊斯在同一硅片上使用霍爾尼的平面工藝制作出了多個晶體管。 由于平面工藝在晶體管上覆蓋了一層二氧化硅絕緣層，諾伊斯可以通過在上面沉積金屬線，將“導線”直接放在硅片上實現晶體管之間的連接。和基爾比一樣，諾伊斯制造了一種集成電路：在一塊半導體材料上放置多個電子元器件。但諾伊斯的版本完全沒有鍵合線，晶體管和導線被制造在同一塊材料上面。不久，基爾比和諾伊斯基于半導體材料開發的“集成電路”被簡稱為“半導體”，或者被更簡單地稱為“芯片”。

諾伊斯、摩爾和他們在仙童的同事知道，他們的集成電路將比其他電子設備所依賴的錯綜復雜的電線更加可靠。與臺面晶體管相比，將仙童的“平面”設計小型化似乎要容易得多。與此同時，更小的晶體管意味著消耗更少的電力。諾伊斯和摩爾開始意識到小型化和低功耗是一個強大的組合：更小的晶體管和更低的功耗將為他們的集成電路創造新的應用。但剛開始，諾伊斯的集成電路的制造成本是用分立件搭建的50倍。 每個人都認為諾伊斯的發明很聰明，甚至絕妙，但它需要一個市場。