第一章　晶体管

一

1947年12月23日，新泽西州，默里山。

贝尔实验室的地下室里，两个男人盯着工作台上的一块东西。

一块锗晶体。两根金线，靠得很近——间距不到一张纸的厚度。一端接输入信号，另一端接输出。布拉顿把眼睛凑近示波器，然后直起身，和巴丁交换了一个眼神。输入端的波形进去了，输出端——被放大了。

巴丁在实验记录本上写了几个字：“增益——至少两倍。”

1947年的世界不需要一个指甲盖大小的信号放大器。那年美国刚打完二战不到两年，通用汽车生产了全美一半的汽车，贝尔电话公司垄断了全国的电话网，真空管是电子设备的心脏——又大又热又耗电，但够用。没有人坐在家里，盼望一个更小的真空管。

唯一可能需要它的人，叫威廉·肖克利。

肖克利是贝尔实验室固态物理组的组长，巴丁和布拉顿的上级。他在战前就开始琢磨一件事：能不能用固体材料——比如硅——替代真空管？真空管需要加热才能发射电子，像个微型的灯泡，不仅耗电，寿命也短。如果有一种东西，不需要加热，不需要真空间隙，只靠半导体材料本身就能控制电流——那电子学的整个基础就变了。

这个想法太超前了。肖克利在1940年写过一份备忘录，画了一个固态放大器的草图，然后把它放进了抽屉——战争开始了。之后五年，肖克利去了五角大楼，算轰炸机编队的效率，算盟军的损失率，用自己的数学天赋帮美国打完了战争。1945年他回到贝尔，从抽屉里拿出那份备忘录，吹掉上面的灰，对巴丁和布拉顿说：接着干。

两年后，1947年12月23日下午，巴丁和布拉顿把那个锗晶体接上电路，调好电流，盯住示波器。

放大。

他们成功了。

当天晚上，布拉顿开车回家。他妻子问他今天在实验室做了什么。布拉顿想了想，说：“没什么特别的。”

他撒谎了。他刚刚触摸到了人类文明史上最重要的物理发现之一。不是因为它能放大信号，而是因为它能被缩小。晶体管没有真空管那种物理限制——它不需要真空间隙，不需要加热灯丝，它能被做到几乎任意小的尺寸。这意味着，你可以把成千上万个晶体管，塞进一块指甲盖大小的硅片上。

但在1947年的那个冬夜，即使在贝尔实验室内部，也几乎没有人理解这意味着什么。管理层问过那个问题——“谁会需要它？”

布拉顿当时说：“所有人。”

他说对了。只是早了三十年。

二

晶体管发明以后，最先坐不住的人就是肖克利。

他是贝尔实验室固态物理组的主管，晶体管的专利上确实署了他的名——但署名顺序不对。巴丁和布拉顿的名字在前面。更让他难以忍受的是，这项发明本质上不是他设计的。巴丁和布拉顿的面结型晶体管，跟他当年草图上的场效应晶体管，原理完全不同。

肖克利感到了一种奇怪的情绪——不是愤怒，是嫉妒。他自己发明了晶体管的概念，但最终把它做出来的，是他的两个下属。

他想单干。

1955年，肖克利离开贝尔，回到了他长大的地方——加州帕罗奥图，在离斯坦福大学不远的一栋楼里创建了肖克利半导体实验室。他要自己造出更好的晶体管，他要证明他才是晶体管真正的父亲。

然后他做了一件事。

他给全国最顶尖的年轻物理学家和工程师发了邀请信。信很短，大意是：我在做一件改变世界的事，你需要来。

来的人有：罗伯特·诺伊斯，麻省理工物理博士，三十一岁，能在一张餐巾纸上画出一个芯片的电路图。戈登·摩尔，加州理工化学博士，二十七岁，性格安静，但眼睛里有一种”我能算出任何东西的极限”的光。还有朱利叶斯·布兰克、维克多·格里尼克、尤金·克莱纳、杰伊·拉斯特、谢尔顿·罗伯茨。

八个年轻人，平均年龄不到三十岁，全美国最聪明的脑袋，全挤进了一栋小楼。1956年，那年肖克利拿到了诺贝尔物理学奖——巴丁和布拉顿同台领奖。肖克利站在斯德哥尔摩的领奖台上，心里想的不是贝尔实验室的旧同事，而是帕罗奥图那栋楼里正在发生的事。

他坚信自己是正确的。

但他在物理上正确，在人事上错得离谱。

肖克利是个天才，也是个控制狂。他把所有晶体管设计都锁在自己办公室的保险柜里，不给工程师看。他对每个人做测谎测试，怀疑有人偷他的数据。他公开羞辱犯错的工程师，让全公司站在会议室里看他训斥一个人。最致命的是，他否定了诺伊斯和摩尔提出的一个方向——硅晶体管。

肖克利坚持用锗。锗是他最熟悉的材料，是他的舒适区。但诺伊斯和摩尔算过——锗在高温下会失效，硅不会。硅才是未来。

八个人私下里讨论了这件事。两次。三次。然后他们一起做出了一生中最重大的决定：

走。

他们去找了一位投资银行家，阿瑟·洛克。洛克问他们：你们要多少钱？

“一百万美元。”

洛克吃了一惊——那在1957年是一笔天文数字。但他还是把它写进了融资备忘录。备忘录寄到了谢尔曼·费尔柴尔德手上。费尔柴尔德是个东海岸的老派工业家，拥有一家做航空摄影和半导体设备的公司。他看了备忘录，签了支票。

1957年9月18日，八个人集体递了辞职信。史称：“八叛逆。”

肖克利暴怒。他把他们叫进办公室，一句话没说，把他们的辞职信往桌上一摔。然后他坐下来，用手指在所有八封信上弹了一遍，一字一顿地说：“你们不会成功的。”

他从此再也没有恢复过来。几年后，他在斯坦福做了一场演讲，主题是”为什么天才无法被管理”。台下有人小声说了一句：他自己就是原因。

肖克利一生的最后二十年，在斯坦福当教授。他发表了一连串关于优生学和种族智商的争议言论，从诺贝尔奖得主变成了被学术界唾弃的人。1989年，他死于前列腺癌。他一手发掘的八个年轻人，没有一个人来参加葬礼。

三

八叛逆出走以后，成立了仙童半导体。

“仙童”这个名字来自他们的投资方——费尔柴尔德摄影器材公司。英文都是Fairchild。但公司虽然叫仙童，本质上是个没有爸的孩子——没有肖克利那样独裁的领袖，八个创始人各自负责一块技术方向，像一个没有皇帝的小共和国。

这种结构有一个意想不到的好处：没有人告诉你不能做什么。

诺伊斯想试试硅。1958年，仙童的第一款产品——硅晶体管——出来了。IBM下了第一笔大订单，一百个晶体管，价格一百五十美元一个。八叛逆把晶体管塞进盒子里，开车去邮局寄出。回来的路上，他们知道：成了。

但诺伊斯心里在想另外一件事。

晶体管越来越小，越来越快，但有一个根本性的瓶颈：每个晶体管都需要手工焊接在电路板上。一根根金属线，一个个焊点。越复杂的电路，焊点越多，出错的概率越大。如果一个电路需要一万个晶体管——光是焊一万根线，就需要一整层楼的工人。这不是技术问题，这是物理极限。

诺伊斯的问题是这样：能不能把晶体管、电阻、电容、导线全部做在同一块硅片上？

他想了好几个月。然后有一天晚上，他在实验室的白板上画了一组交错的线条。

那是1959年。他画出来的是一个后来被称为”平面工艺”的概念。用光刻的方式，在硅片上逐层铺设金属线，连接各个晶体管。不需要手工焊接。微型化。

集成电路。

几乎在同一时间，德州仪器的一个工程师，杰克·基尔比，也独立发明了集成电路——他用的是另一种工艺，一种更粗糙但同样有效的办法。基尔比在1958年9月做出来了第一块原型——一块锗片上，焊着几个分离的元件，用金属线连在一起。在2000年，基尔比因此拿到了诺贝尔物理学奖。

但真正改变了世界的，是诺伊斯的版本。平面工艺可以大规模量产。只需要一台光刻机，就能在一小时内造出几百个集成电路。

这项技术的连锁反应，将在未来六十年里依次引爆：微处理器、个人电脑、互联网、智能手机、AI芯片。

但在1959年那个夜里，诺伊斯盯着白板上交错的线条，不知道自己炸穿了什么。

四

八叛逆之中的第二号人物，叫戈登·摩尔。

他不像诺伊斯那样光芒四射。诺伊斯开会时喜欢站在白板前面，一边讲一边画，画完把笔一扔，环顾四周，等人挑战。摩尔开会时通常坐在角落，不画图，不算账，只是偶尔问一个问题——问题通常精准到让全场安静五秒钟。

1965年，仙童半导体成立八年后，摩尔受邀给《电子学》杂志写一篇关于集成电路未来的短文。

他打开了一堆生产数据——从1959年到1965年，集成电路上能容纳的晶体管数量。一条逐年上升的指数曲线，斜率稳定得不像是真实的物理世界数据。

摩尔盯着那条曲线，做了一个简单的算术外推：如果这个趋势持续下去，到1975年——十年后——一块芯片上的晶体管将从五十个变成六万五千个。

六万五千个。

他把这个发现写成了一篇三页纸的文章，题为：“让集成电路填满更多元件。“语气平淡，像是在陈述一个物理常数，而不是在预言人类文明的方向。

当时的读者翻开那期《电子学》，翻到这篇短文，浏览了一遍，然后翻过去了。没有什么轰动。没有人意识到，这篇文章预言了一整个时代。

后人给了它一个名字：“摩尔定律。“这是人类文明史上唯一一条不自称”定律”却比大多数经济学定律都更准确的预测。戈登·摩尔只是描述了一个现象：集成电路的复杂度每年翻一番（后来修正为每两年）。他不是在”提出”一条定律，他只是在”报告”一个观察。

而观察，往往比发明更可怕。

五

1950年代，中国。

北京西郊，中关村。那时还没有”中关村科技园”，没有联想，没有百度，没有车库咖啡。只有一片农地和几栋灰色的研究所大楼。

1956年，新中国制定了《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》。“十二年科学规划”。这份文件列了十二个重点领域——原子能、喷气推进、电子学、半导体、计算机。

注意第五个字和第六个字：半导体。

规划是这么写的：在十二年时间里，掌握半导体材料制备、器件工艺和基本应用。

翻译一下：先学会怎么做出来。

那年的北京，中国科学院应用物理研究所成立了半导体研究室。研究设备极其简陋——一台从苏联进口的扩散炉，温度控制要靠人手动调节。研究人员从北大、清华分配过来，大多没有见过晶体管。他们的教科书上，晶体管还只是一个概念图。

1958年，在规划发布两年后，中国研制出了第一只锗合金晶体管。和贝尔实验室1947年的版本差了十一年。

同年，中科院半导体研究所正式挂牌成立。

但1960年代，中苏关系破裂，苏联专家撤走，设备停止供应。刚起步的中国半导体工业被甩进了一个没有外援的真空里。接下来十几年，半导体研究在政治动荡中勉强维持——没有人停下来，但也没有人真正追上去。

差距，在那些年不是缩小了，是拉开了。

六

1959年冬天，加州。

诺伊斯站在仙童半导体的生产车间里。光刻机正在运转，紫外光穿过掩模版，把电路图案印在硅片表面的光刻胶上。每一道光，就是一层连线。每一块硅片，就是一个微型城市。

一个工人走到他旁边，递给他一支记号笔：“诺伊斯博士，这一批晶圆要写标签吗？”

诺伊斯接过笔，想了想，在晶圆盒的标签上写了一个词：

Fairchild。

然后他把笔还给工人，转身走了。

他没写日期，没写批次号，没写芯片型号。只写了公司名字。

因为他知道，标签不重要。重要的是这片硅里面藏着的东西。

三个月后，德州仪器的基尔比收到了诺伊斯寄给他的一封信。信很短，附了一张集成电路的照片。基尔比看了很久，然后把信放下，对旁边的同事说——据同事后来转述，基尔比的语气里没有愤怒，也没有嫉妒，只有一种奇怪的平静：

“他也做出来了。”

同一时期，在地球另一侧，北京的半导体研究所大楼里。楼下停着几排飞鸽牌自行车。楼上，一个年轻的助理研究员站在一台真空镀膜机前面，手里捏着一片刚从扩散炉里取出来的硅片，对着灯光看。背面有手写的字迹，钢笔，不太清晰，仔细看才认出来：

“硅三极管试制样品，第37批。”

他看了一会儿，把硅片放回托盘，在本子上又记了一笔。窗外的中关村农地里没有灯，北京的冬天，天黑得很早。

没有人知道，这座楼里将来会走出寒武纪、龙芯、华为海思的总工程师。没有人知道，这片农地将变成中国单位面积产值最高的土地。

1959年冬天，三块硅片在不同的楼里冷却。

在加州山景城，诺伊斯的那批晶圆刚从光刻机里取出来，传送带把盒子推进质检台。标签上只有一行字。

在北京中关村，那片硅三极管样品被放回托盘，编号37。纸上又多了一笔。

在费城郊外的一栋小公寓里，摩尔摊开一叠生产报表，用铅笔在坐标纸上点了一个点。那是第一个摩尔定律数据点。他不知道这个点会决定他往后三十年的命运。

三块硅，三张纸，三个冬天。

后来的人们给这个故事起了很多名字——“硅谷的起点”、“中国半导体的前夜”、“摩尔定律的问世”。但1959年冬天，没有人给任何东西起名字。

诺伊斯在等质检结果。那个中国助理研究员在等炉温降下来。摩尔在等铅笔印干。

硅在冷却。世界在等。