晶體管：半導(dǎo)體硅產(chǎn)業(yè)70周年

晶體管是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的無名英雄，但是半導(dǎo)體行業(yè)之外的人卻很少注意到它們的存在。1947年12月16日，威廉·肖克利（下圖中坐在布雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上）、約翰·巴丁(左)和沃爾特·布雷達(dá)(右)三位工程師在位于美國(guó)新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一個(gè)晶體管。這可能是20世紀(jì)最重要的電子產(chǎn)品事件了，因?yàn)樗髞硎沟?a href="http://ttokpm.com/v/tag/123/" target="_blank">集成電路（IC）和微處理器成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)。在晶體管之前只有真空管（熱電子管）才能代替它的電流調(diào)節(jié)和開關(guān)功能，但它只能在一定程度上做到微型化，而且以發(fā)熱的形式浪費(fèi)掉了大部分能量。

世界上第一個(gè)晶體管（1947）

晶體管在1947年12月23日第一次向世界展示，當(dāng)時(shí)沒有人真正知道如何利用這項(xiàng)發(fā)明，后來工程師意識(shí)到它可以有助于將產(chǎn)品做得更小、更可靠，消耗更少的電力，直到1952年12月美國(guó)Sonotone公司開發(fā)出一款助聽器，使得它從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品首次成為一個(gè)應(yīng)用產(chǎn)品。

這是一個(gè)細(xì)分并且小型的市場(chǎng)，一些成熟的電子公司比如RCA、Sylvania和Philco仍然不愿意采用晶體管且不愿意與Regency（獨(dú)立的合同電子設(shè)備制造商IDEA的產(chǎn)品專利部門）和TI（德州儀器，一家新興的快速發(fā)展的晶體管開發(fā)商）展開聯(lián)合合作。通過結(jié)合Regency的視覺和無線電技術(shù)、TI的技術(shù)以及雄厚的資金支持，世界上第一臺(tái)晶體管收音機(jī)Regency TR-1于1955年12月正式推出。

晶體管的影響

便攜袖珍式的Regency TR-1是世界上尺寸最小、價(jià)格最便宜的收音機(jī)，它引起了全球范圍對(duì)于小型化和便攜式電子產(chǎn)品的需求。這是第一個(gè)為當(dāng)今個(gè)人電子產(chǎn)品培育的DNA級(jí)設(shè)備。

世界上第一臺(tái)晶體管收音機(jī)——Regency TR-1（1955）

從社會(huì)發(fā)展的角度來看當(dāng)時(shí)正趕上好時(shí)機(jī)。1954年比爾·哈利的《日以繼夜》(Rock Around the Clock)和貓王的第一張唱片（《這一切都好媽媽》）一起登上了排行榜。將收音機(jī)藏到口袋里，十幾歲的孩子們可以聽到父母?jìng)儾幌矚g的音樂，這是發(fā)明家們沒有預(yù)料到的，當(dāng)然也不是令他們高興的事。當(dāng)Regency的聯(lián)合創(chuàng)始人約翰·派的孩子成為青少年時(shí)，經(jīng)常也會(huì)在家庭聚會(huì)中聽到父母咆哮“把音樂關(guān)掉”。而晶體管的共同發(fā)明人之一沃爾特·布爾達(dá)常常感嘆，他唯一的遺憾就是刺激了搖滾音樂。

也許廣播最重要的社會(huì)貢獻(xiàn)是它在信息時(shí)代成為主流之前的幾十年打開了全球信息閘門。它尺寸小巧、采用電池驅(qū)動(dòng)、易攜帶，使得之前拒絕獲得外部信息的人在處理外部事務(wù)時(shí)能早些獲得消息。

日本的Tokyo Tsushin Kogyo (Totsuko)公司也意識(shí)到了晶體管收音機(jī)的潛力，1956年它憑借一款具有競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，該產(chǎn)品迅速成為該公司第一個(gè)成功產(chǎn)品，最終使其成為全球消費(fèi)電子主宰。1957年后，它陸續(xù)推出電子產(chǎn)品，現(xiàn)在這家公司更名為索尼（Sony）公司，這樣美國(guó)人更容易發(fā)音，營(yíng)銷的宣傳語是“世界上可放進(jìn)T恤口袋的最小晶體管收音機(jī)”，該公司的銷售人員因此都配備了大號(hào)口袋的襯衫。

TR-1的重要性對(duì)于IDM總裁托馬斯·j·沃森(Thomas J. Watson)也是尤其明顯，他曾用它來激勵(lì)那些不情愿的工程師們接受新技術(shù)——使用晶體管制造計(jì)算機(jī)。然而還有另一個(gè)事件證明了計(jì)算機(jī)的引爆點(diǎn)，即蘇聯(lián)在1957年10月4日發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星（Sputnik）。美國(guó)政府決心趕上并超越蘇聯(lián)技術(shù)，轉(zhuǎn)而向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展以制造足夠復(fù)雜的控制和制導(dǎo)計(jì)算機(jī)，使之可以應(yīng)用于實(shí)際尺寸和重量的火箭。

蘇聯(lián)在1957年發(fā)射了Sputnik，促使美國(guó)轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體工業(yè)幫助他們?cè)谔崭?jìng)賽中競(jìng)爭(zhēng)

行業(yè)影響

第一批電子產(chǎn)品是由單個(gè)的晶體管制成的，但是不久之后，工程師就學(xué)會(huì)了如何同時(shí)集成多個(gè)電子產(chǎn)品，于1957年誕生了第一塊集成電路（IC）。此后的工業(yè)發(fā)展主要是演化過程，IC上的晶體管數(shù)量每年都會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)，這個(gè)過程被稱為摩爾定律（Moore Law）。

集成電路生產(chǎn)技術(shù)以硅（沙）為主，它成功地結(jié)合了包括物理、化學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的幾個(gè)學(xué)科的分支，從而制造出越來越復(fù)雜的產(chǎn)品。

TR-1使用了四個(gè)晶體管，1971年的一個(gè)微處理器具有2300個(gè)晶體管，1978年Intel 8086集成了29000個(gè)晶體管，2003年的Intel Pentium集成了4.55億個(gè)晶體管，Intel最新推出的Skylake Xeon微處理器則集成了72億個(gè)晶體管。最新的臺(tái)式電腦則超過了100億個(gè)，三星和鎂光公司最先進(jìn)的內(nèi)存器件則集成了近400億個(gè)晶體管。

一款典型的智能手機(jī)，比如Meizo Pro 7 Plus集成了PowerVR系列7XTP GPU，包含約1000億個(gè)晶體管

一款采用Imagination PowerVR GPU IP的尖端智能手機(jī)現(xiàn)在將集成約1000億個(gè)晶體管，如果使用單個(gè)晶體管來實(shí)現(xiàn)那么將有60個(gè)足球場(chǎng)大小并且成本高達(dá)1500億美元。如果同樣的進(jìn)展被應(yīng)用到航空工業(yè)上，比如在1978年紐約到倫敦之間的商業(yè)航班費(fèi)用是900美元，耗時(shí)7個(gè)小時(shí)，那么現(xiàn)在將花費(fèi)不到一美分，而所需時(shí)間在只一秒鐘之內(nèi)。這個(gè)建立在沙上的產(chǎn)業(yè)還是不錯(cuò)的。

半導(dǎo)體硅產(chǎn)業(yè)70周年，生日快樂！

馬爾科姆·佩恩（Malcolm Penn）

未來地平線（Future Horizons）網(wǎng)站的的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官：全球半導(dǎo)體行業(yè)分析師。