整整六十年前,大名鼎鼎的贝尔实验室展示了二十世纪最重要的发明:第一个可以真正工作的晶体管

晶体管的前辈是真空管,而后者的巅峰是1946年的ENIAC,史上第一台真正意义上的电子计算机。庞大的ENIAC使用了18000个真空管,但可靠性很差,平均两天死机一次。业界需要一种新的有源元件,它必须更可靠、更节能、更凉快,这就是延续至今的晶体管。

贝尔实验室在1947年组装的第一个真正的晶体管


1947年,Walter Brattain和John Bardeen发明了晶体管,并因此和William Shockley分享了1956年的诺贝尔奖,不过也有人说他们俩贡献的只是第一种可以真正投入实用的晶体管,其实贝尔实验室的科学家们此前已经造出了点接触型晶体管,只是难于投产、从未实际使用、也不广为所知而已。

1948年,Shockley(香克利)注册了更先进的面结型晶体管的专利。1950年左右,Raytheon制造了“CK703”,也就是第一款商用晶体管,售价18美元一个(考虑通货膨胀因素相当于今天的147美元)。显然,这种设备还无法与真空管竞争,因为后者当时只要75美分。

也正因如此,晶体管在发明之初并未改变电子产业。直到1956年日本“ETL Mark 3”诞生,才铸就了第一台全晶体管计算机,只是它用的还是130个点接触型晶体管,不实用也不可靠。第二年,IBM拿出了体重一吨多的“608”,首次使用了3000个商用型锗晶体管,功耗相比真空管型机器降低了90%。

1953年,Raytheon的“CK-722”还是需要7美元,但到了1955年底,只要花99美分就能买到不错的晶体管了。当时虽然还没有摩尔定律,但晶体管越来越便宜,普及之路无法阻挡。

晶体管发明25周年纪念信封

今天,晶体管已经遍布了整个半导体产业,Intel最新的45nm工艺四核心处理器就在214平方毫米的面积上集成了8.2亿个这种小东西,不过当初杀死真空管的魔咒似乎又开始笼罩晶体管了。1946年,全世界的计算机才消耗几千千瓦的能量,而现在,一台普通的服务器就能做到这一点。2005年,全球服务器的运转需要14座十亿瓦的电厂才能支撑,据说Google在俄勒冈州Dalles的数据中心也离不开高高的冷却塔。

如今业界正在挖空心思延续摩尔定律,但晶体管技术终究会遭遇不可跨越的极限。也许在晶体管迎来百年诞辰之前,我们就会发明更先进的低熵技术。当然,不管它们是什么,也难免会重复真空管和晶体管的老路,迫使我们继续向前跨越。