1958年夏：德州仪器工程师基尔比如何发明首个集成电路

杰克·基尔比的前半生，用今天的眼光看，似乎算不上“天才开局”。

1923年，他出生于美国密苏里州。学生时代的基尔比成绩平平，但热衷于摆弄无线电。高中毕业时，他因三分之差与麻省理工学院失之交臂，这件事成了他心中一个长久的遗憾。

1941年，他进入伊利诺伊大学就读不久，珍珠港事件爆发了。基尔比应征入伍，成为了一名无线电通讯工程师，被派往中缅印战区。他的工作是维修和维护无线电设备，确保盟军的通信线路畅通无阻。

作为一名通信兵，他的足迹遍布中国云南、陕西等中西部地区，为抗击日本侵略贡献了一份力量。战争结束后，他利用军队提供的学费资助重返校园，主修电子工程，并于1947年获得了学士学位。

毕业时，他手握3个工作机会，最终选择了Globe Union的中心实验室。在那里工作了11年后，35岁的基尔比在1958年跳槽到了德州仪器（Texas Instruments，简称TI）。正是在这里，一个足以改变人类文明进程的机会，悄然降临。

德州仪器最初是一家服务于石油工业的公司，主要从事地质数据采集和处理。晶体管发明后，这家公司敏锐地抓住了机遇，推出了售价仅49.95美元的Regency TR-1袖珍晶体管收音机，一年就卖出了10万台。

这次成功让德州仪器彻底转向了科技公司的道路。晶体管由贝尔实验室发明，旨在取代笨重、昂贵且耗能的真空管。它由半导体材料制成，体积小、价格低、功耗仅为真空管的千分之一，发热量也小得多。

然而，新的问题随之而来。电子设备需要电阻、电容、晶体等多种元件，这些元件大小不一，制造出来后需要手工焊接在一起。一处连接出错，整个设备就可能瘫痪。当时业界用“数字暴政”（Tyranny of numbers）这个词来形容这个令人头疼的互联难题。

（超级计算机Cray-1内部包含了长达50英里的电线）

美国军方提出了一个解决方案，名为“微型模块计划”（Micro-Module program）。思路很简单：把所有电子元件的尺寸和形状标准化，这样连接工艺就能统一。德州仪器也参与了这个计划。

但刚刚加入公司的基尔比却不以为然，他觉得应该有更好的办法，并开始寻找替代方案。

1958年7月的达拉斯异常炎热，公司有惯例，员工在7月休假以避暑。但基尔比作为新人，假期不足，只能独自留在空旷的办公室继续工作。

或许正是这份难得的清静，让他的思维得以深入。当同行们都在钻研如何选用顶级材料、让单个元件性能极致、体积更小（当然也更贵）时，基尔比逆向思考：为什么不能全部用同一种材料（半导体）来制造所有组件，从而使整个电路体积更小、成本更低呢？

他这样推演：

• 最好的电阻器用的是碳材料，但硅和锗这类半导体也能实现电阻功能。
• 最好的电容器由陶瓷制成，但半导体同样可以充当电容。
• 金、银是优秀的导体，而经过处理的硅和锗也能导电。
• 最关键的是，硅来自于沙土，在地球上近乎取之不尽，价格极其低廉。

1958年7月24日，灵感拼图终于完整。基尔比在笔记本上写下了那个开创性的构想：
由很多器件组成的极小的微型电路是可以在一块晶片上制作出来的。由电阻、电容、二极管和三极管组成的电路可以被集成在一块晶片上。

当其他人聚焦于零件的独立优化时，基尔比找到了一条新路：将性能“够用”的多种元件集成在一起，设计出适合大规模制造的完整电路。

光有想法不够，必须做出实物。休假归来的领导听了他的汇报后将信将疑，让他先做个样品出来看看。

1958年9月12日，基尔比真的做出了一个东西。它看起来非常粗糙，像是由锗片拼凑而成。

这张图里的装置看起来不小，但真正的核心部分，那个集成电路原型，其实只有这么一点大：

这个电路的功能很简单：产生一个正弦波。基尔比进行了一次演示，包括公司董事长在内的几位高管都在场。当他按下开关，示波器屏幕上出现了一条稳定、持续的正弦曲线。

功能虽简，设备虽陋，但在场的人都意识到，基尔比取得了一项重大突破。这很可能是一个划时代的发明——人类历史上的第一块集成电路。

德州仪器迅速为此申请了专利并对外展示。但出乎意料的是，这项发明在当时并未引起巨大轰动，甚至招致了不少反对声音：

• “集成电路没有物尽其用，半导体根本不是制造电阻的最佳材料。”
• “晶体管这么好的器件，不该和其他低级元件混在同一块材料上。”
• 更有甚者，许多大公司的工程师担忧：“这会让我们的电路设计工作消失！”

历史的相似之处总是惊人，就像汽车取代马车时遭遇的阻力一样。讽刺的是，后来集成电路一统天下时，市场扩大了百倍、千倍，工程师的需求量不降反增。

转机出现在1962年9月12日。美国总统在休斯敦的莱斯大学发表了著名演讲《我们选择登月》（We choose to go to the Moon），宣布要在六十年代结束前将人类送上月球并安全返回。

庞大的阿波罗计划释放出海量资金。登月所需的制导、遥测、红外跟踪等系统都依赖大量计算，而火箭的每一磅载荷都极其珍贵。集成电路体积小、重量轻、可靠性高的优势瞬间凸显，美国政府成为了集成电路的最大采购方。

到阿姆斯特朗在月球上迈出第一步时，阿波罗项目已采购了超过100万块集成电路。大规模生产使得单价从32美元骤降至8美元，并在1971年进一步跌至1.2美元。集成电路从此取代晶体管，成为电子工业的绝对主流。

1971年，一家名为DataPoint的公司请求英特尔（Intel）为其定制一款微处理器。有趣的是，当时的英特尔将自己定位为一家内存公司，其CEO罗伯特·诺伊斯甚至认为：“每台终端只需要一个处理器，但却可以配备无限的内存。”因此，英特尔起初不愿接手，提出了苛刻条件：DataPoint必须资助开发并转让知识产权。

DataPoint答应了，这笔交易后来被科技界视为“最糟糕的商业决策”之一。英特尔由此设计出的8008微处理器，开启了一个价值千亿美元的市场，并让计算机真正开始走向千家万户。

发明集成电路后，基尔比并未停下脚步，他后来又参与了手持式计算器和热敏打印机的发明。

他获得了无数荣誉：国家科学奖、国家技术奖、美国国家工程学院奖章，并入选国家发明家名人堂。2000年，在集成电路问世42年后，他因“为信息时代奠定了基础”而被授予诺贝尔物理学奖。

德州仪器将他的集成电路设计实验室命名为“Kilby Labs”。2005年，基尔比在达拉斯的家中去世，享年81岁。那一年，集成电路已从一个简陋的发明，成长为年销售额超4000亿美元的庞大产业。

如今，集成电路无处不在，电脑、手机、汽车乃至各种家电都离不开它。它的出现，标志着人类社会全面迈入“硅文明”时代，其重要性不亚于蒸汽机之于工业革命。晶体管发明者之一约翰·巴丁曾评价：集成电路是“车轮”之后最重要的发明。

最后，不得不提集成电路发明权背后的专利之争。在基尔比进行发明的同时，由“八叛徒”创立的仙童半导体公司也在独立研究。其中，琼·赫尔尼发明了关键的平面工艺，而罗伯特·诺伊斯也想到了在同一硅片上制作所有器件，并计划用平面工艺进行连接。

德州仪器公布基尔比的发明后，诺伊斯大受震动。他查阅专利文件后，发现基尔比的设计存在缺陷——连接线路像“蜘蛛腿”一样从器件两侧伸出，这些“飞线”难以实用化，无法大规模生产。

而诺伊斯基于平面工艺的设计，则可以彻底消除这些飞线，实现可靠的内部连接。

于是，诺伊斯也提交了自己的专利申请。这引发了德州仪器与仙童之间长达十年的法律诉讼，最终以双方交叉授权和解告终。

利益可以共享，但“第一发明人”的名誉却难以调和。德州仪器认为，诺伊斯只是将基尔比的构想产品化，算不上根本性发明。而在仙童看来，基尔比的原始原型简陋而无实用价值，根本称不上真正的集成电路。

甚至在仙童内部，荣誉归属也存争议：构想来自诺伊斯，但关键的平面工艺基础来自赫尔尼，最终将构想变为产品的又是另一个人。究竟谁是发明人？

实际上，重大发明往往离不开团队协作。将功劳完全归于一人，对团队其他成员不公；但若完全归于集体，又可能挫伤核心创新者的积极性。所谓“第一发明人”，常常只是在正确的时间，做了关键的事情，并恰好被历史记录下来而已。

回顾整个计算机发展史，类似的故事并不鲜见。世界上第一台通用电子计算机ENIAC的主要负责人是普雷斯珀·埃克特和约翰·莫奇利，但约翰·冯·诺伊曼撰写的一份报告被广泛传播后，“冯·诺伊曼架构”之名却响彻全球，而埃克特和莫奇利的名字则鲜为人知。

历史总在提醒我们，技术的演进是一个复杂的过程，充满了偶然、协作与争议。而基尔比在1958年那个炎热夏天里的孤独思考，无疑为这一切按下了加速键。

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