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集成电路的故事

  • 林一平

林一平手绘之华生(左)与潘文渊(右)。林一平

晶体管的发明最初目的是想大幅改善电话网络的效能,而其对计算机技术的影响更是惊人。

早期的电子计算机采用真空管技术,体积庞大,既耗电又容易坏。晶体管技术并未马上用于计算机,而是先用于生产收音机。第一部晶体管收音机是在1954年制造出来的。IBM的老板华生(Thomas John Watson) 看到了晶体管这玩意,心中一喜,立刻买了一箱,拿给公司的工程师们,要求他们把晶体管装到计算机。

1955年,IBM以3,000颗晶体管完成它的第一台商用晶体管计算机IBM 608。与真空管的计算机相较,IBM 608可节省50%的空间及90%的电力。于是晶体管很快取代真空管在计算机零件的地位。台湾第一部计算机是IBM的真空管计算机。IBM千里迢迢将之运到新竹,运行两小时后就烧坏。IBM赶紧再送一部晶体管计算机,终堪使用。

将晶体管技术扩大,发展出集成电路(Integrated Cictuit;IC)的巨人是奇尔比(Jack Kilby)。1990年代末期交通大学张俊彦校长邀请奇尔比来交通大学。他在交通大学的校史馆见证了台湾IC的发展,以及其对全世界半导体的巨大贡献。交通大学颁发奇尔比荣誉讲座教授,没多久,他就获得诺贝尔奖。

自从晶体管发明以后,因为具备体积小、省电,以及耐用等优点,取代了真空管。然而各个单独的晶体管、电容、电阻等元件仍须以手工方式焊接成电路系统,无法大量自动化生产。

1958年奇尔比刚加入德州仪器(TI),当年夏天大部分的同事都去休假,奇尔比一个人留在实验室中。奇尔比回忆说: 「身为一名新员工,我没有休假时间,因此当别人度假之时,我独自思考IF放大器的制作。成本分析让我第一次了解以半导体制程制作电路的成本结构。」因此想出解决集成晶体管的问题,于1958年7月24日画出了全世界第一个IC设计概念的草图,将晶体管、电阻,与电容这些独立元件集成在单一块锗或矽芯片上,开发出体积更小的元件。两个月之后,奇尔比成功展示了全球第一片IC。这是大小约有0.5英寸长的简单设计。1958年9月12日成为IC发明的纪念日。

刚开始,业界一开始对IC技术持怀疑态度,一直到美国空军于1961年第一次实际使用后,才确立了IC在电子系统设计中的重要地位。奇尔比于2000年获得了诺贝尔物理奖。当时美国总统克林顿(Bill Clinton)称赞他的贡献,说「You can take pride in the knowledge that your work will help to improve lives for generations to come. 」于是,IC撑起半导体的一片天。

今日台湾在半导体产业有重要的地位,最早的推手为潘文渊(Wen-Yuan Pan)。1974年他受邀由美国返台,建议台湾未来的产业方向。当时他建议发展IC技术。然而由美国移转IC技术的经费超过千万美金,并且是当时不被看好的CMOS技术。财政部举双手反对,认为金额太大,浪费公帤。幸好在孙运璿、李国鼎及施敏等人力挺之下,说服蒋经国,支持此计画,而CMOS技术又很幸运的成为后来的主流技术,台湾才有今日举足轻重的半导体产业。工研院为了纪念潘文渊对台湾IC之贡献,于院内成立「潘文渊文物纪念馆」,并由胡定华等人发起成立「潘文渊文教基金会」的各种奖项,我亦有幸成为荣获潘文渊研究杰出奖的一员!

现为交通大学资工系终身讲座教授暨华邦电子讲座,曾任科技部次长,为ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究兴趣为物联网、行动计算及系统模拟,发展出一套物联网系统IoTtalk,广泛应用于智能农业、智能教育、智能校园等领域/场域。兴趣多元,喜好艺术、绘画、写作,遨游于科技与人文间自得其乐,著有<闪文集>、<大桥骤雨>。