大約在70多年前，當(dāng)物理學(xué)家沃爾特·布拉頓像往常一樣寫下他的實(shí)驗(yàn)日記時(shí)，他不曾預(yù)料，一個(gè)時(shí)代即將開啟。

在沃爾特記錄下的這場實(shí)驗(yàn)中，主角是一個(gè)比火柴棍短且粗的半導(dǎo)體放大器。后來，它被命名為點(diǎn)接觸式晶體管。點(diǎn)接觸式晶體管成了人類打開晶體管大門的第一把鑰匙。而這扇大門推開后，迎來的是一場信息技術(shù)的大變革。今天的節(jié)目，我們就從晶體管開始說起。

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，晶體管已經(jīng)變得幾乎無處不在。它是一種固體半導(dǎo)體器件，科學(xué)家們把它當(dāng)做磚瓦，搭建出一個(gè)個(gè)虛擬世界。以晶體管為基礎(chǔ)的集成電路，被人們長期依賴。

晶體管誕生之前，已經(jīng)有了電子管，或者叫真空管。電子管具有信號(hào)放大作用，但是存在一些短板，例如，壽命短、體積大、可靠性也比較差。所以，科學(xué)家們希望找到一種器件替代電子管。這個(gè)探尋過程，我們需要先來了解一下美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室。

貝爾實(shí)驗(yàn)室在1925年創(chuàng)建。成立初期，它是世界上規(guī)模最大的工業(yè)實(shí)驗(yàn)室。3600名工作人員中，有2000名是技術(shù)人員。

20世紀(jì)四五十年代，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展環(huán)境，貝爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了各個(gè)研究部門的改組。這次改組中，物理部門成立了3個(gè)研究小組，其中之一就是固體物理研究組。這個(gè)組又分為半導(dǎo)體和冶金兩個(gè)小組，麻省理工大學(xué)博士肖克萊兼任半導(dǎo)體小組組長。他把小組的研究計(jì)劃，定為研制“半導(dǎo)體放大器”。半導(dǎo)體指的是常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，比如硅和鍺，就是常見的半導(dǎo)體材料。

貝爾實(shí)驗(yàn)室對晶體管的構(gòu)思由來已久。晶體管的誕生，是長期積累的結(jié)果。在清華大學(xué)微電子所所長魏少軍看來，要理解晶體管的工作原理，可以想象一個(gè)大壩的水閘。當(dāng)大壩閘門合上，沒有水流出，水力發(fā)電機(jī)就沒有辦法發(fā)電；當(dāng)閘門打開，水流涌出，水力發(fā)電機(jī)就可以輸出電流。閘門的開合直接影響到了水力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是用一個(gè)弱信號(hào)，去控制了一個(gè)強(qiáng)信號(hào)。而晶體管的基本原理，就是“放大”，用小電流去控制大電流。

在提到晶體管的重要性時(shí)，魏少軍這樣說道：“從移動(dòng)計(jì)算到智能計(jì)算，當(dāng)今時(shí)代的種種變化，都離不開電子信息系統(tǒng)。而晶體管，是其中最為基礎(chǔ)的器件。晶體管之于信息革命，如同鐵器之于農(nóng)業(yè)革命，如同蒸汽機(jī)之于工業(yè)革命，它的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。”

在物理學(xué)家眼中，晶體管應(yīng)該被拿來做更多的事情。不過前提是，它要足夠小。所以，如何找到一種高效的晶體管、導(dǎo)線和其他器件的連接方法，是研究人員面臨的直接問題。

大約在1958年左右，美國的兩名年輕人提供了自己的方案，也就是我們今天已經(jīng)熟知的集成電路。如果說，晶體管的誕生，是蝴蝶扇動(dòng)了翅膀。那么，我國也敏銳地嗅到了技術(shù)風(fēng)暴來襲的信號(hào)。

事實(shí)上，我國集成電路的研發(fā)，起步也并不算晚。

20世紀(jì)50年代中期，也正是我國開始實(shí)施第一個(gè)五年計(jì)劃期間。半導(dǎo)體這門新興科學(xué)技術(shù)受到了高度重視。1956年，在沒有技術(shù)資料和完整設(shè)備的條件下，我國成功研制出了首批半導(dǎo)體器件——鍺合金晶體管。到1965年的時(shí)候，我國又擁有了集成電路。

對于階段性的技術(shù)發(fā)展，中科院微電子研究所所長葉甜春感慨道：“說起我國第一代半導(dǎo)體人，那真是非常了不起。他們帶著知識(shí)歸國，自己研制設(shè)備，自己制備材料，自己培養(yǎng)了第一批學(xué)生，完全白手起家。前20年，我國集成電路和國際上的差距并不大；但在第二個(gè)20年，道路開始曲折。差的不在技術(shù)，而是產(chǎn)業(yè)。這個(gè)時(shí)候，發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，可謂難上加難。產(chǎn)業(yè)發(fā)展不起來，技術(shù)研發(fā)也步履維艱，陷入惡性循環(huán)。我記得，1986年自己剛?cè)爰呻娐愤@一行時(shí)，整個(gè)行業(yè)都處在痛苦的轉(zhuǎn)型期。大家還在學(xué)習(xí)高質(zhì)量低成本地批量制造產(chǎn)品，在混沌中摸索。”

在20世紀(jì)八九十年代，國際集成電路產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展。而我國在這一領(lǐng)域真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，發(fā)生在2008年。這一年，國家科技重大專項(xiàng)啟動(dòng)。例如，“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”、“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”等專項(xiàng)，都指向了集成電路。5年后，我國在這一領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備到了一定程度，加大產(chǎn)業(yè)投入，也就被提上議事日程。

到了2014年，我國發(fā)布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，這時(shí)，還專門設(shè)立了國家產(chǎn)業(yè)投資基金。中科院微電子研究所所長葉甜春總結(jié)發(fā)展成果的時(shí)候，說出了自己的一些看法：“效果一下子就顯現(xiàn)出來了。為什么能這么快？因?yàn)榧夹g(shù)體系已經(jīng)建立起來了，能支撐產(chǎn)業(yè)體系的快速發(fā)展了。這是一套組合拳，堪稱完美。”

雖說我國集成電路的設(shè)計(jì)和制造，還處在起步發(fā)展階段。但是，畢竟集成電路的發(fā)展，需要全球化的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，需要巨額投入，也需要大量技術(shù)人才。這些，都是沒有辦法一蹴而就的。

從我國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)來看，2016年我國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)4335.5億元，比上年增長20.1%，這一增長速度算得上“高歌猛進(jìn)”。不過，清華大學(xué)微電子所所長魏少軍的看法是，這4000多億元的銷售額，還包括了在華外商的貢獻(xiàn)。我們自身的能力還有限。根據(jù)他的判斷，我國自己生產(chǎn)的集成電路，大約可以滿足國內(nèi)需求的1/4。

如果從技術(shù)水平上來看，我國最新的集成電路技術(shù)，跟國際上最新技術(shù)水平，還差了一代到兩代。但葉甜春所長認(rèn)為，糾結(jié)在這個(gè)最新技術(shù)的代際差異上，其實(shí)是一種誤區(qū)，并沒有太大意義。比如，如今依然在大量生產(chǎn)的55納米、40納米和28納米芯片，進(jìn)入市場已近10年，但它們并沒有因?yàn)楦〕叽缧酒某霈F(xiàn)，就退出歷史舞臺(tái)。

根據(jù)葉甜春所長介紹，集成電路尺寸縮小速度確實(shí)很快，但并不是下一代對上一代的完全替代。每一代技術(shù)都有大約10年的生命周期。我國55、40、28納米三代成套工藝已研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而更先進(jìn)的22、14納米先導(dǎo)技術(shù)在研發(fā)上也取得了突破，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。所謂趕超，也無需要求在各個(gè)領(lǐng)域全面超越，只要我國的集成電路能夠支撐我國信息化和智能化的發(fā)展就可以。

站在新時(shí)代，我們回望微電子技術(shù)的發(fā)展，可以肯定的是，這場由晶體管開啟的信息技術(shù)變革，將會(huì)更深、更廣地重塑人類社會(huì)。未來，芯片的重要性也將會(huì)呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。在集成電路技術(shù)領(lǐng)域，我們有了“戰(zhàn)”的能力，雖然能力有限，但和以前相比，大不一樣了。用葉甜春的一句話說，天時(shí)地利人和，沒有理由超不過別人，這只是時(shí)間早晚的問題。她常說到一個(gè)詞，叫做“傳承”。的確，正是因?yàn)橐淮忠淮雽?dǎo)體科研人員的砥礪前行，才有了我國在微電子技術(shù)上的新局面。