今天,越来越多的电子产品正在改变着我们的生活。用电视机可以看到有趣的动画片,用手机可以玩好玩的游戏,还可以打开电脑和同学聊聊天。这些我们习以为常的电子产品都离不开一样东西,那就是电……呃,对了,其实我想说的是电路,准确说是集成电路。
集成电路是什么东东?回答这个问题,我得先讲讲世界上第一台电子计算机。
1942年,美国诞生了世界上第一台电子计算机,作为今天个人电脑的老前辈,它可是一个庞然大物,占地150平方米,重达30吨,就像一座小山似的。它身体里有17469只电子管、7200只电阻、10000只电容,还有50万条线,开机运行一小时要耗电150千瓦!虽然它有无与伦比的计算能力,但是占地面积大、无法移动、耗电量惊人这些缺点让科学家们也很头疼,每个月光是电费都比科学家们的工资多得多!如果能把它缩小该多好,一下就能解决所有问题。
很多科学家都思考过如何把一大堆电子元件放在一小块载体上,晶体管的发明让这种想法变成了可能。因为晶体管体积很小,而且可以完美地取代电子管,那么用晶体管制造的电子仪器肯定也能变小,但是还不够。
说起晶体管,还有一件有趣的事。发明了晶体管的肖克利先生创建了一个自己的实验室,准备大显身手,有八位年轻的科学家加盟了他的实验室。可惜肖克利先生是个天才的科学家,却对管理毫无经验,整整一年都没有研制出任何像样的产品。那八位年轻人觉得跟着肖克利好像没什么前途,还不如自己出来干呢!于是集体向肖克利提交了辞职信,气得肖克利大骂他们是“八个叛徒”。不过之后,这八位年轻人真的做得非常出色,创建了Intel、AMD、LDT这些大名鼎鼎的公司。他们有了巨大的成就之后,肖克利先生也在之后改了口,称他们为“八个天才的叛徒”。其中一个“叛徒”诺依斯还和我做了同样的工作呢!
有一天,我在工作的时候产生了一个想法:能不能把电路上那一大堆东西分开呢?把他们变成一个个小小的元件,然后连接起来,再形成一个完整的电路。我画了一些设计图,并拿给同事们看,虽然很多人表示怀疑,但是他们也看到了可能性。1958年的秋天,在德州仪器公司的实验室里,我成功地制造出了一个小小的电路,我把它叫做集成电路。当时我并没有意识到这玩意儿会带来什么,只是觉得用它制造电子仪器的话,体积会小很多。在今天,集成电路存在于人们的手机、电脑、电视机之中,它真的改变了世界。
那么回到一开始的问题,集成电路究竟是什么?我用房子来打比方吧!
在乡村我们可以看到这样的房子:一套房子有两三间平房,可以看做卧室。门口的小院子可以看做客厅,还有做饭的屋子,就是厨房。当然,在不远处还有一个小房子,那是厕所。现在我们都住在楼房里,每一套房子里都有卧室、厨房、厕所,功能和大房子是一样的,面积却比乡村房屋小很多,这就是集成。集成电路就是把很多微型化的元件装在一起,成为一个整体,实现所需的电路功能。俗称:“集成块”,比如左上图中长方形的黑块。
今天的集成电路越来越复杂,之前提到的“八个叛徒”之一的摩尔曾经提出了一个著名的定律:集成电路上可以容纳的晶体管数目,每隔18个月就会增加一倍,性能也会提高一倍。你可以理解为,每隔18个月,你就能买到性能更好的电子产品。这个定律我们可以简单地在电脑上得到印证,你用前年买电脑的相同价格,在今年肯定能买到更好的电脑。因为不断有更小的晶体管、导线等元件被研发出来,开发出性能更高的电脑。
今天的科学家对集成电路有了更深入的研究,不过他们也会做一些无聊的事,比如在电路芯片上“作画”——把构成集成电路的极微小的元件排列成一幅画……有一家芯片分析公司把一些计算机芯片放到显微镜下观察时,就惊奇地发现:一些工程师留下了上图中所展示的“艺术品”。
你看,我们科学家也不全是古板的宅男嘛,其中也有充满创意和艺术天分的!这也说明集成电路还可以更好,芯片上既然能腾出作画的地方,肯定还能插上几个晶体管。
集成电路这个小身材的家伙已经改变了世界,它还能不能变得更小?能不能实现更复杂的功能?这个问题的答案只有交给你们了。
搞笑诺贝尔奖
一组科学家获得了生物学奖,他们向世界展示了熊猫粪便中的细菌可以帮助消解90%以上的厨房垃圾。
授予了一组墨西哥科学家,他们主要是研究如何从龙舌兰酒中提炼出钻石。