大約在70多年前，當物理學家沃爾特·布拉頓像往常一樣寫下他的實驗日記時，他不曾預料，一個時代即將開啟。

在沃爾特記錄下的這場實驗中，主角是一個比火柴棍短且粗的半導體放大器。后來，它被命名為點接觸式晶體管。點接觸式晶體管成了人類打開晶體管大門的第一把鑰匙。而這扇大門推開后，迎來的是一場信息技術的大變革。今天的節(jié)目，我們就從晶體管開始說起。

隨著微電子技術的不斷發(fā)展，晶體管已經變得幾乎無處不在。它是一種固體半導體器件，科學家們把它當做磚瓦，搭建出一個個虛擬世界。以晶體管為基礎的集成電路，被人們長期依賴。

晶體管誕生之前，已經有了電子管，或者叫真空管。電子管具有信號放大作用，但是存在一些短板，例如，壽命短、體積大、可靠性也比較差。所以，科學家們希望找到一種器件替代電子管。這個探尋過程，我們需要先來了解一下美國的貝爾實驗室。

貝爾實驗室在1925年創(chuàng)建。成立初期，它是世界上規(guī)模最大的工業(yè)實驗室。3600名工作人員中，有2000名是技術人員。

20世紀四五十年代，為了適應時代的發(fā)展環(huán)境，貝爾實驗室進行了各個研究部門的改組。這次改組中，物理部門成立了3個研究小組，其中之一就是固體物理研究組。這個組又分為半導體和冶金兩個小組，麻省理工大學博士肖克萊兼任半導體小組組長。他把小組的研究計劃，定為研制“半導體放大器”。半導體指的是常溫下導電性能介于導體和絕緣體之間的材料，比如硅和鍺，就是常見的半導體材料。

貝爾實驗室對晶體管的構思由來已久。晶體管的誕生，是長期積累的結果。在清華大學微電子所所長魏少軍看來，要理解晶體管的工作原理，可以想象一個大壩的水閘。當大壩閘門合上，沒有水流出，水力發(fā)電機就沒有辦法發(fā)電；當閘門打開，水流涌出，水力發(fā)電機就可以輸出電流。閘門的開合直接影響到了水力發(fā)電機的運轉，這就是用一個弱信號，去控制了一個強信號。而晶體管的基本原理，就是“放大”，用小電流去控制大電流。

在提到晶體管的重要性時，魏少軍這樣說道：“從移動計算到智能計算，當今時代的種種變化，都離不開電子信息系統(tǒng)。而晶體管，是其中最為基礎的器件。晶體管之于信息革命，如同鐵器之于農業(yè)革命，如同蒸汽機之于工業(yè)革命，它的重要性怎么強調都不為過?！?/p>

在物理學家眼中，晶體管應該被拿來做更多的事情。不過前提是，它要足夠小。所以，如何找到一種高效的晶體管、導線和其他器件的連接方法，是研究人員面臨的直接問題。

大約在1958年左右，美國的兩名年輕人提供了自己的方案，也就是我們今天已經熟知的集成電路。如果說，晶體管的誕生，是蝴蝶扇動了翅膀。那么，我國也敏銳地嗅到了技術風暴來襲的信號。

事實上，我國集成電路的研發(fā)，起步也并不算晚。

20世紀50年代中期，也正是我國開始實施第一個五年計劃期間。半導體這門新興科學技術受到了高度重視。1956年，在沒有技術資料和完整設備的條件下，我國成功研制出了首批半導體器件——鍺合金晶體管。到1965年的時候，我國又擁有了集成電路。

對于階段性的技術發(fā)展，中科院微電子研究所所長葉甜春感慨道：“說起我國第一代半導體人，那真是非常了不起。他們帶著知識歸國，自己研制設備，自己制備材料，自己培養(yǎng)了第一批學生，完全白手起家。前20年，我國集成電路和國際上的差距并不大；但在第二個20年，道路開始曲折。差的不在技術，而是產業(yè)。這個時候，發(fā)展高新技術產業(yè)，可謂難上加難。產業(yè)發(fā)展不起來，技術研發(fā)也步履維艱，陷入惡性循環(huán)。我記得，1986年自己剛入集成電路這一行時，整個行業(yè)都處在痛苦的轉型期。大家還在學習高質量低成本地批量制造產品，在混沌中摸索?！?/p>

在20世紀八九十年代，國際集成電路產業(yè)開始快速發(fā)展。而我國在這一領域真正的轉折點，發(fā)生在2008年。這一年，國家科技重大專項啟動。例如，“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”、“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”等專項，都指向了集成電路。5年后，我國在這一領域的技術儲備到了一定程度，加大產業(yè)投入，也就被提上議事日程。

到了2014年，我國發(fā)布了《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》，這時，還專門設立了國家產業(yè)投資基金。中科院微電子研究所所長葉甜春總結發(fā)展成果的時候，說出了自己的一些看法：“效果一下子就顯現(xiàn)出來了。為什么能這么快？因為技術體系已經建立起來了，能支撐產業(yè)體系的快速發(fā)展了。這是一套組合拳，堪稱完美?！?/p>

雖說我國集成電路的設計和制造，還處在起步發(fā)展階段。但是，畢竟集成電路的發(fā)展，需要全球化的產業(yè)環(huán)境，需要巨額投入，也需要大量技術人才。這些，都是沒有辦法一蹴而就的。

從我國半導體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計來看，2016年我國集成電路產業(yè)銷售額達4335.5億元，比上年增長20.1%，這一增長速度算得上“高歌猛進”。不過，清華大學微電子所所長魏少軍的看法是，這4000多億元的銷售額，還包括了在華外商的貢獻。我們自身的能力還有限。根據(jù)他的判斷，我國自己生產的集成電路，大約可以滿足國內需求的1/4。

如果從技術水平上來看，我國最新的集成電路技術，跟國際上最新技術水平，還差了一代到兩代。但葉甜春所長認為，糾結在這個最新技術的代際差異上，其實是一種誤區(qū)，并沒有太大意義。比如，如今依然在大量生產的55納米、40納米和28納米芯片，進入市場已近10年，但它們并沒有因為更小尺寸芯片的出現(xiàn)，就退出歷史舞臺。

根據(jù)葉甜春所長介紹，集成電路尺寸縮小速度確實很快，但并不是下一代對上一代的完全替代。每一代技術都有大約10年的生命周期。我國55、40、28納米三代成套工藝已研發(fā)成功并實現(xiàn)量產，而更先進的22、14納米先導技術在研發(fā)上也取得了突破，形成了自主知識產權。所謂趕超，也無需要求在各個領域全面超越，只要我國的集成電路能夠支撐我國信息化和智能化的發(fā)展就可以。

站在新時代，我們回望微電子技術的發(fā)展，可以肯定的是，這場由晶體管開啟的信息技術變革，將會更深、更廣地重塑人類社會。未來，芯片的重要性也將會呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。在集成電路技術領域，我們有了“戰(zhàn)”的能力，雖然能力有限，但和以前相比，大不一樣了。用葉甜春的一句話說，天時地利人和，沒有理由超不過別人，這只是時間早晚的問題。她常說到一個詞，叫做“傳承”。的確，正是因為一代又一代半導體科研人員的砥礪前行，才有了我國在微電子技術上的新局面。