前言

要是有人問起20世紀世界歷史上最重要的事件是什么，很多人會說是第二次世界大戰（簡稱二戰），有人會說是蘇聯和東歐社會主義國家的興起與衰落，還有人會說是中國的崛起。當然，這些事件都很重要。但是，從影響人們生活方式的角度來看，20世紀發生的最大的事件非晶體管和芯片的發明莫屬。

從人類發明蒸汽機開始，改變人類生活方式的技術發明不斷出現，其中以蒸汽機、鐵路運輸、石油工業、汽車、電子管、原子能、晶體管和芯片為代表。這些技術發明，不僅改變了當時的戰爭形勢和世界格局，而且改變了我們的日常生活形態。這些技術發明把這個世界變得很小，把人的力量變得很大，同時也把人的大腦變得極為強大。和地球上的其他生物相比，人類在這些技術發明的幫助下獲得了堪稱上帝般的。

成就一項改變人類歷史和生活方式的技術發明，需要具備哪些條件呢？

第一，要有實際的應用需求。二戰結束后，電子工業在戰爭和通信上有了極大的應用。雷達、計算彈道的計算機、有線及無線通話設備等大量戰時發明對高效的電子放大器和高速的電子開關產生了極大的需求。

第二，要有足夠的知識積累。20世紀初，以量子力學為代表的現代物理和化學為新型固體電子器件的產生。奠定了物理與工藝基礎。二戰后，美國的貝爾實驗室和斯坦福大學等研究機構在理論與工藝上為新型電子器件和隨之而來的芯片產業做好了準備。

第三，要有市場。隨著“冷戰”的深入，美國和蘇聯在軍備與太空開發上展開了競賽。這是一個巨大的市場，以往以真空電子管為代表的常規電子器件，在太空這種極端環境下已無法滿足需要。此時，理論和工藝都已成熟的固體電子器件應運而生。晶體管、芯片和整個半導體工業就是在“冷戰”的刺激下誕生的。

第四，要有勇于開創的發明家和企業家。他們是改革家和夢想家，且大多數出身于不太富裕的家庭，但他們從小就有夢想。他們對身邊的一些習以為常的事情表現得很不耐煩，他們要用自己的智慧去改變令人生厭的環境。他們確信靠自己的頭腦和經驗可以完成一些看似不可能完成的事情。是真正的社會改革者，他們為這個世界帶來了真正意義上的變革，他們改變了我們的生活方式，同時為人類提供了更多的自由和財富。

20世紀前半葉，第一個廣泛應用的電子器件——真空管在通信、雷達和電腦業中大展身手。此后無論是在軍事、工業還是在民用行業中，真空管大大改善了人們的工作和生活。二戰后，真空管已成為無可替代的產品。但是，真空管的質量和壽命都使其無法勝任當時最前沿的應用。

20世紀50年代，晶體三極管的出現讓人們看到了新希望。在不到10年的時間里，晶體管代替了真空管。晶體管的生產工藝、質量和壽命也有了極大的改善。隨著晶體管收音機的出現，晶體管成了人們日常生活中不可或缺的電子器件。

20世紀60年代，芯片的出現徹底改變了電子工業的現狀。過去需要幾個房間才能放下的電子設備所實現的計算能力，可以在幾個平方厘米大小的芯片上實現。此后，芯片技術和其應用改變了當時從衣食住行到天氣預報，從日常通信到衛星技術的所有產業。正是芯片技術開啟了以電腦和互聯網為代表的工業革命3.0。

20世紀80年代，以微處理芯片為核心的個人電腦出現。英特爾和ARM兩種微處理器的設計理念展開競爭。由于英特爾和微軟廣大的市場與驚人的資金投入，英特爾以性能為先的微處理器設計理念在20世紀八九十年代大行其道。而以ARM為代表的更為先進的能耗和性能并進的微處理器設計理念則在一些邊緣產品中慢慢成長。

20世紀90年代，個人電腦、無線通信、光纖通信、衛星通信及定位技術的應用已經日益普及。這是第三次工業革命達到高潮的10年，以ARM為代表的微處理器芯片、以GPS為代表的衛星通信芯片，以及以汽車雷達為代表的微電機芯片等不斷推陳出新，讓人應接不暇。這10年里，芯片技術從20世紀90年代初期的0.6微米制程，到2000年發展為90納米制程。芯片制造前端的制程技術進步了六代，芯片制造后端的連線金屬層也達到十幾層，芯片工藝的復雜程度超出了所有人的想象。以微處理器為例，芯片上的晶體管數量已超過了10億，一家生產12英寸芯片的廠家，造價超過10億美元，一張微處理器芯片的晶圓價值幾百萬美元。芯片產業的格局也從設計、制造、產品、營銷一體化，演變成設計與產品一家，制造、封裝、測試另起爐灶的局面。在這10年中，中國政府和企業真正認識到了芯片對國家未來的重要性，這也是中國政府開始放手讓芯片企業大干的10年。

2000年是科技史上的一個分水嶺。此前，人類的知識與技術積累已經為我們的生活帶來了數字電腦、遠程通信、衛星通信、互聯網。2000年，綜合了這些高新科技的改變世界進程的工業革命4.0發生了。這是一次由芯片和電腦發端的、以互聯網為觸角的、并以人們日常生活中的信息交流為中心的、即將改變我們生活中的每個方面的工業革命。工業革命4.0的核心就是芯片技術及其應用。

進入21世紀以來，芯片技術的發展顛覆了人類的生活方式，一部手機能做的事已遠遠超過了過去的大型電腦，一個沒有實體店面的電商的銷售能力遠超過去的大型百貨商店，人們的辦公、出行、購物、娛樂都發生了巨大的變化。與此同時，硅基芯片的工藝即將謝幕，因為，第三代半導體材料及工藝已出現在了人們的視線之內。微處理器的構架、高壓器件、全新的設計流程、封裝和測試的新方法也開始大量涌現。

工業革命4.0是一場由晶體管、芯片、電腦和互聯網點燃的工業革命，它讓這個世界變化得飛快，它將對我們的生活、社會和社會組織產生巨大影響。盡管我們無法預言10年后的電腦會是什么樣子，也無法預言10年后的汽車會是什么樣子，更無法預言10年后我們的工作環境會是什么樣，但是，作為芯片行業從業大軍中的一員，我會以樂觀、審慎的態度拭目以待。

本書是有關電子和芯片技術發展的科普圖書。書中重點講述了電子工業的產生，早期電子器件、半導體器件以及芯片的產生與發展的歷史，時間到2018年為止。本書的目的是把芯片技術與其發展史結合起來，描繪芯片產業與第三次、第四次工業革命的興起及發展過程。本書的主角是芯片技術的歷史沿革、發明家、創業家、風險投資家及企業家。

本書正文共有30章，附錄介紹的是具有開創性并被廣泛應用的芯片，它們中的大多數來自國際電工學會芯片名人堂。本書有三章介紹了中國的芯片歷史和兩位中國芯片業的奠基性人物——張忠謀博士和張汝京博士。

本書面向對芯片和科技史感興趣的讀者，可以作為微電子專業的大學生和研究生的輔助讀物，也可以作為芯片領域的專業人士了解芯片技術發展史的輔助讀物。

本書的出版主要歸功于機械工業出版社華章公司的策劃編輯歐俊先生和文字編輯鮮夢思女士。芯恩（青島）集成電路有限公司董事長張汝京博士和方向明女士為本書寫作提出了極為寶貴的意見。沒有他們的支持與合作，就不會有這本書的出版。

錢綱

2019年春