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▲ 最早期的集成電路
Andrw Burton/Staff/Getty Images
也許上天有意要人類發(fā)明出集成電路（IC：Integrated Circuit），幾乎在同時(shí)，兩組人在個(gè)不知曉對方發(fā)明工作的情況下，獨(dú)立設(shè)計(jì)出幾乎相同的集成電路。
Jack Kilby，有著豐富的陶瓷基地絲網(wǎng)印制電路板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從 1958 年開始在 TI 公司工作，設(shè)計(jì)晶體管助聽器電路。比他早一年，Robert Noyce 參與創(chuàng)辦了仙童半導(dǎo)體公司。這兩個(gè)人，從 1958 年到 1959 年期間都在琢磨一件事情：如何用最少的器件設(shè)計(jì)更多功能的電路？
“What we didn't realize then was that the integrated circuit would reduce the cost of electronic function by a factor of a million to one, nothing had ever done that for anything before" - Jack Kilby
那時(shí)對于集成電路可以將實(shí)現(xiàn)相同功能的電子線路的價(jià)格可以減少到百萬分之一的概念我們一無所知，之前還從未有人做過 - Jack Kilby
▲ Robert Noyce，在 41 歲創(chuàng)建了 Intel 公司
為什么需要集成電路？
在設(shè)計(jì)類似于計(jì)算機(jī)這樣的電子設(shè)備，我們總是需要在電路中增加更多的元器件來推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。單晶體集成電路（從單個(gè)晶圓形成的集成電路）可以將原來屬于分離器件的晶體管、電阻、電容以及引線都集成在單一半導(dǎo)體晶圓（芯片）上。
最初 Kilby 使用半導(dǎo)體鍺材料， Noyce 使用了硅半導(dǎo)體材料制作集成芯片。
▲ 全球第一款基于鍺半導(dǎo)體集成芯片
集成芯片專利
在 1959 年，兩組研究人員都申請了集成電路專利。Jack Kilby 連同 TI 公司以 微型電子線路申請到美國專利（專利號#3,138,743）。Robert Noyce 和仙童半導(dǎo)體公司以基于硅材料的集成芯片獲得美國專利（專利號#2,981,877）。這兩家公司在經(jīng)過幾年關(guān)于專利所有權(quán)的法律爭斗之后，握手言和，決定將他們的專利合并成交叉許可，最終形成了當(dāng)今每年萬億美元的全球集成芯片市場。
商業(yè)發(fā)布
在 1961 年仙童半導(dǎo)體公司發(fā)布了第一款商用集成電路。此后，所有計(jì)算機(jī)都使用集成芯片來替代分離晶體管電路。TI 公司則在 1962 年將芯片應(yīng)用于美國空軍機(jī)載計(jì)算機(jī)中，以及民兵導(dǎo)彈中。
后來他們使用芯片制作了第一臺便攜式計(jì)算器。最初的集成芯片只包含一個(gè)晶體管、三個(gè)電阻以及一個(gè)電阻。大小相當(dāng)于人的小手指。現(xiàn)在一個(gè)硬幣大小的集成電路就會集成有 1.25 億個(gè)晶體管。
下圖是 TI 第一款開發(fā)的商用芯片 TI 502。芯片的內(nèi)部構(gòu)造如下圖所示：
▲ 第一款商用芯片 Ti 502，連線為金屬線
下圖為它的原理圖，可以看出，這個(gè)芯片的構(gòu)造非常簡單，包含兩個(gè)晶體管、四個(gè)二極管、六個(gè)電阻和兩個(gè)電容。
▲ 第一款集成芯片對應(yīng)的原理圖
不要看這個(gè) Ti 502 的電路如此簡單，它當(dāng)時(shí)的售價(jià)比現(xiàn)在主流旗艦處理器的售價(jià)都要高。
在剛發(fā)布的時(shí)候售價(jià)高達(dá) 450 美元，但是在一年之后真正交付的時(shí)候價(jià)格卻還遠(yuǎn)高于這個(gè)價(jià)格。
這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)集成電路是給軍方、航天領(lǐng)域用的，一般小公司都買不起，如果能讓電路板上少一個(gè)電子元器件，那么將會有一定幾率降低事故的發(fā)生，還有就是在那個(gè)年代很少有競爭的對手，因?yàn)檫@個(gè)東西太先進(jìn)（仙童算一個(gè)競爭對手）。
▲ Jack Kilby 以及他的集成芯片
Jack Kilby 總共申請超過六十個(gè)發(fā)明專利，并被公認(rèn)為便攜式計(jì)算器的發(fā)明者（1967 年發(fā)明計(jì)算器）。1970 年被授予美國科學(xué)獎(jiǎng)?wù)?。Robert Noyce，擁有超過 16 項(xiàng)發(fā)明專利，創(chuàng)建了 Intel 半導(dǎo)體公司，后來制造了第一個(gè)微處理器。他們所發(fā)明的集成芯片是人類歷史上最為重要的發(fā)明?，F(xiàn)在產(chǎn)品中幾乎無不包含著集成芯片。
看完這些、你能體會到半導(dǎo)體與電路集成的偉大了嗎？
