中国数字电路发展史(现代电路中的关键技术（三

如果我们研究历史仅仅停留在人文层面，尽管这是大家所喜闻乐道的，但不免是片面且遗憾的。在人类历史演进的长河中，科技史是不能被淡忘且一直是璀璨的；在本文中，笔者特别想跟大家分享一下集成电路（IC）的诞生与演进，因为集成电路（IC）的横空出世及其在现代电路中的使用几乎无处不在，可以说是人类科技发展史中最重要且最应该被铭记的。

在以前发布的“现代电路中的关键技术（一）和（二）“两文中提及到”现代电路中涉及有电源、电阻、电感、电容、二极管、三极管、晶体管等诸多物理单元器件…“，但随着社会的发展人们对于电路的集成化应用需求日益提升。

举一个例子，1946年2月14日由美国军方定制的全球首台电子计算机—“电子数字积分计算机”（Electronic Numerical And Calculator，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学问世。这台计算机使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万根导线，耗电量高至150千瓦；长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，含30个操作台，重达30英吨，造价48万美元（如上图所示）。毫无疑问，如果不是近80年来无数科技人员大幅度减轻质量、缩小体积、降低能耗，这种只能军方使用的计算机只会是“旧时王谢堂前燕“，无法走向民用”飞入寻常百姓家“。

追溯至1958年，34岁的电路工程师—杰克·基尔比（Jack S. Kilby）入职美国德州仪器公司；为什么入职该公司，他回应“因为它是唯一允许我差不多把全部时间用于研究电子器件微型化的公司，给我提供了大量的时间和不错的实验条件…”也正因为如此，他提出了一个推动人类电路技术进步的伟大设想“能不能将电阻、电容、晶体管等电子元器件都安置在一个半导体单片上 “？于是，他在当年手绘设计并制备了第一个锗（Ge）集成电路（Integrated Circuit，简写为IC）雏形，包含一个双极性晶体管，三个电阻和一个电容器（如下图所示）。，放在今天来讲，第一个集成电路的体积还相当庞大，但这却是人类科技史上一次极其伟大的科技革命。

伟大的发明也许注定不会被历史所遗忘，2000年，杰克·基尔比因发明集成电路而获得诺贝尔物理学奖；这份殊荣，经过42年的检验彰显珍贵，更是全人类对集成电路伟大发明的充分认可；诺贝尔奖评审委员会的评价很简单“集成电路的发明为现代信息技术发展奠定了基础”；当时的美国总统比尔·克林顿写信祝贺杰克·基尔比“你应该感到很骄傲，你的工作将会使人类生活得更好“。

写到此处，有一点要给大家说清楚尽管杰克·基尔比发明了基于锗（Ge）的集成电路，但目前半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路；而且，罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）发明硅集成电路也只比杰克·基尔比晚了一年左右。

那么，经过人类社会60余年的科技发展，今日的集成电路已经发展到了什么程度呢？今天，集成电路被定义为是将一定数量的常用电子元器件（如电阻、电容、晶体管等），以及这些电子元器件之间的导线通过半导体工艺集成在一起的具有特定工作性能的电路（如下图所示），体现出轻质量、小体积、低能耗和易装配等诸多应用价值。

假如用一个城市的中央商务区（CBD）来比拟一个集成电路（体积相差极大，但结构及功能集成方面集成电路还更密集且更复杂），地面上有办公楼、商城、美食街和酒店式公寓等等；地面下有停车场、大型超市、锅炉房、配电室、通信机房等等；再往下还有地基，这就类似集成电路内部的复杂多层结构。无论CBD中有多少楼房在提供多少不同种类的服务（类似于集成电路中不同器件的集成区提供不同的功能），每栋楼和每层楼的房间布局、过道回廊等都不一致，有口字形的、工字形的、T字形的等等，这就类似集成电路的分区分层布局。如果在每层或每套房间中，有客厅、书房、卧室、厨房、卫生间、阳台，也许整套房间不大只有几十平米，却具有原来几百平米房间的功能，这就广义上体现了集成；那同样在集成电路中可以将模拟电路和数字电路分开、处理小信号的敏感电路与复杂频繁的逻辑控制电路分开、电源和信号源分开，这就类似集成电路的精细设计。每栋楼中有多部高速电梯可达每层（甚至于复式户内部有专属电梯配置），这就类似集成电路的布线。如下图所示是Intel公司完成设计的CPU-Pentium4的集成电路模型，如果放大，你觉得像不像某个中央商务区（CBD）呢~

上述比喻只是为了让大家理解集成电路的构建过程，但其体积是微型的，且设计、布局和实现的功能也是非常复杂且精密的（远超CBD）。

直到今天，集成电路在演进过程中，其核心内涵仍无变化，依然是“集成”；只是按照功能不同，我们将其分成了模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三类。这三类集成电路所衍生出来的各种创新或应用，全是围绕“集成什么”、“如何集成”、“怎样处理集成带来的利弊”三大问题实施解决方案，而上述过程则促进了集成电路朝着小体积、轻质量、长寿命、高可靠、低成本、易封装、少接口、微能耗的融合方向演进；目前，集成电路不仅在民用各类设备或装置中得以广泛应用，而且在军事及各类特殊行业也体现出了很高价值（因为采用集成电路来装配电子设备，密度比晶体管可提升几十倍乃至几千倍，能耗将大大降低，稳定工作时间可大幅提高；且如前文所述，首台电子计算机就是为军方服务的（是美国奥伯丁武器试验场为满足计算弹道需要而研制成功并投入使用的））。

，我们引用一下德州仪器董事会主席汤姆·恩吉布斯对集成电路发明及其发明人的评价“我认为，有几个人的工作改变了整个世界，以及我们的生活方式—亨利·福特、托马斯·爱迪生、莱特兄弟，还有杰克·基尔比。如果说有一项发明不仅革新了我们的工业，并且改变了我们生活的世界，那就是杰克·基尔比发明的集成电路。”或许上述评价是对集成电路从诞生到演进至今最简洁有力的注解；直到今天，杰克·基尔比的照片还和爱迪生的照片一起悬挂在美国国家发明家荣誉厅内。还得再补充一句特别重要的，没有集成电路的发明及应用，就没有芯片，杰克·基尔比也被称作全球芯片之父。

今天的中国，消费电子、汽车电子、通信电子等行业都在飞速发展，上述产业发展都需要集成电路来支撑，中国作为制造大国，且作为最大的内需市场，已成为全世界最具影响力的集成电路市场；但因为中国“缺芯”（也就是缺集成电路芯片）情况的日趋严重，所以我们必须加大研发速度、力度和广度，在集成电路领域赶超美欧，刻不容缓地发展中国自主知识产权的核心集成电路芯片…

以上内容供大家平时学习研究和实践应用时参考，本来还有许多要讲的，例如“集成电路芯片的发展趋势等等”，留待以后有机会再与大家分享所思所得，兼虑时间有限，晚上写作又有点犯困，谢谢大家理解，今后继续….